不同土壤母質(zhì)黃棕壤剖面細(xì)菌的生物多樣性及其對(duì)鉀礦物風(fēng)化作用的研究.pdf

1、土壤微生物多樣性是指土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)與組成的差異，一般可包括物種多樣性、遺傳多樣性、生態(tài)多樣性和功能多樣性．研究土壤微生物的多樣性，不僅有助于對(duì)微生物資源及生物多樣性的深入認(rèn)識(shí)，豐富微生物資源庫(kù)和基因庫(kù)，揭示微生物多樣性與土壤理化因子之間的關(guān)系，還可以篩選高效分解鉀礦物的細(xì)菌，為研究細(xì)菌對(duì)礦物的風(fēng)化及在土壤形成過(guò)程中的作用提供理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)材料．
　　 采用16S rDNA克隆文庫(kù)構(gòu)建法及變性梯度凝膠電泳法(DGGE)對(duì)小龍

2、山(A)和后漢路(B)兩個(gè)土壤剖面不同深度樣品的細(xì)菌生物多樣性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，小龍山土壤剖面中細(xì)菌菌群歸屬于13大類(lèi)群，分別為α-，β-，γ-和δ-Proteobacteria(變形菌門(mén))、Acidobacteria(酸桿菌門(mén))、Actinobacteria(放線(xiàn)菌門(mén))、Chloroflexi(綠彎菌門(mén))、Firmicutes(厚壁菌門(mén))、Verrucomicrobia(疣微菌門(mén))、Bacteroidetes(擬桿菌門(mén))、Gemm

3、atimonadetes，Ktedonobacteria和OP10。其中優(yōu)勢(shì)菌群為γ-Proteobacteria、Acidobacteria、Actinobacteria、Firmicutes和Chloroflexi;在后漢路土壤剖面中細(xì)菌菌群歸屬于9大類(lèi)群，分別為甜，α-，β-，γ-和δ-Proteobactefia、Acidobacteria，Actinobacteria、Verrucomicrobia、Bacteroidetes

4、和Ktedonobacteria，其中菌群Proteobacteria、Actinobactcda、Acidobactcria為優(yōu)勢(shì)菌群．菌群Actinobactefia、Acidobacteria和γ-Peoteobacteda是兩個(gè)土壤剖面中共有的優(yōu)勢(shì)菌群。某些優(yōu)勢(shì)菌群隨著土壤剖面深度的變化而變化．小龍山土壤剖面中，菌群γ-Proteobacteria中的克隆子主要分布于剖面L2中；菌群Acidobacteria中的克隆子數(shù)量隨著深

5、度的增加而逐漸降低；菌群Actinobacteria中的克隆子主要分布于剖面L1和L2中，而在L3中克隆子數(shù)量則有顯著降低；而菌群Chloroflexi和Firmicutes中的克隆子則主要分布于剖面L3中。后漢路土壤剖面中，菌群Acidobaeteria和Verrucomicrobia中的克隆子數(shù)量隨著土壤剖面深度的增加有降低的趨勢(shì)；菌群Actinobacteria中克隆子則在H2層數(shù)量最多；γ-Proteobacteria中的克隆子

6、主要分布剖面H3及H4中。DGGE分析結(jié)果表明，小龍山土壤剖面中的優(yōu)勢(shì)種群為Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Acidobacteria、Firmicutes和Chloroflexi，其中Rhodoplanes、Pseudomonas、Serratia和Arthrobacter為優(yōu)勢(shì)菌屬.后漢路土壤剖面中的優(yōu)勢(shì)種群為r-Proteobaeteria、Bacteroidetes、Act

7、inobacteria和Acidobacteria，其中Pseudomonas、Serratia、Arthrobacter為優(yōu)勢(shì)菌屬。
　　 主成分分析(PCA)表明，土壤pH、有機(jī)質(zhì)、有效性Fe和Al、土壤有效磷以及速效鉀能夠影響土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。典型相關(guān)分析(CCA)分析表明，小龍山土壤剖面中菌群γ-Proteobactefia易受到土壤中活性鋁的影響(r=-0.8，P<0.05);Acidobacteria與土壤中有效磷含

8、量呈顯著正相關(guān)(r=0.99，P<0.05)．后漢路土壤剖面中γ-Proteobacteria與土壤有效磷和速效鉀存在明顯的正相關(guān)(r=0.94，P<0.05;r=0.99，P<0.05)．優(yōu)勢(shì)菌屬Arthrobacter在土壤礦物風(fēng)化的進(jìn)程中可能起了重要的作用。
　　 采用缺鉀培養(yǎng)基通過(guò)稀釋平板法從上述土壤剖面中分離篩選到36株鉀礦物分解細(xì)菌，16S rDNA序列分析結(jié)果表明，36株細(xì)菌隸屬于菌群Firmicutes、Prot

9、eobacteria和Actinobacteria中的的9個(gè)菌屬，分別為Bacillus(芽孢桿菌屬)、Paenibacillus(類(lèi)芽孢桿菌屬)，Dyella、Pantoea(泛菌屬)、Burkholderia(伯克霍爾德菌屬)，Nocardioides(類(lèi)諾卡氏菌屬)、Isoptericola(白蟻菌屬)、Microbacterium(微桿菌屬)、Arthrobacter(節(jié)桿菌屬)。其中Bacillus、Paenibacillus

10、,Arthrobacter和Burkholderia為兩個(gè)土壤剖面的共有菌屬，表現(xiàn)出較豐富的物種多樣性。
　　 菌株H17與Isoptericola屬的親緣關(guān)系最近，與同屬的6株模式菌株的16S rRNA基因序列的同源性為97.8％-99.6%。菌株H17細(xì)胞壁肽聚糖為L(zhǎng)-Lys-D-Asp，細(xì)胞壁糖為半乳糖、木糖和甘露糖，脂肪酸主要為anteiso-C15，0和iso-C15；0，主要極性脂為diphosphatidylgly

11、cerol、phosphatidylglycerol、phospholipids、phosphatidylinositol、phosphoglycolipid、glycolipid和lipid，主要萘醌為MK9(H4)，未檢測(cè)到分枝菌酸，其G+C mol%為72.4%，與6株模式菌株的DNA-DNA雜交同源性為15.2%-45.6%。綜合這些結(jié)果，我們建議菌株H17為Isoptericola屬的一個(gè)新種，命名為Isoptericolan

12、anjingensis sp.nov..
　　 搖瓶條件下，對(duì)來(lái)源于供試菌株L11(Bacillus)，H5( Burkholderia)，H15(Arthrobacter)的礦物分解能力進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，培養(yǎng)30 d后接菌處理的發(fā)酵液中Fe、Si、A1含量分別比接滅活菌對(duì)照增加27.5-115、1.5-2.2和13-35倍。掃描電鏡(SEM)結(jié)果表明，接菌處理的鉀長(zhǎng)石礦物表面形成腐蝕坑，同時(shí)在鉀長(zhǎng)石表面形成了球形物和較小的

13、顆粒狀物質(zhì)，對(duì)照處理的鉀長(zhǎng)石礦物表面比較平整；能譜(EDX)分析發(fā)現(xiàn)，上述球形物和較小的顆粒狀物質(zhì)是Fe和Ca的氧化物，推測(cè)是在鉀長(zhǎng)石礦物表面形成的次生礦物．另外，還研究了菌株Q12對(duì)云母（黑云母、白云母和金云母）的風(fēng)化效應(yīng)．ICP測(cè)定表明，接菌處理的溶液中Fe、Si、Al和K含量分別比對(duì)照增加9-173%、9-18%、10-310%和9-29%;SEM分析發(fā)現(xiàn)，菌株Q12在云母表面形成生物膜，云母表面形成了絮狀、顆粒狀和針狀的物質(zhì)，E

14、DX分析表明，這些物質(zhì)可能是形成的方解石、赤鐵礦等次生礦物；X衍射(XRD)結(jié)果表明，接菌處理可以使黑云母形成赤鐵礦和富鎂蒙脫石等次生礦物。另外，透射電鏡(TEM)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，在菌株Q12細(xì)胞表面可以吸附一些礦物顆粒。
　　 砂培試驗(yàn)表明，菌株Lll和H5能夠促進(jìn)鉀礦物的溶解，促進(jìn)水稻植株的生長(zhǎng)并提高水稻植株對(duì)鉀素的利用。SEM分析表明，菌株能夠在礦物表面和水稻植株根際定殖．在礦物表面或根表面形成圓球形、蔟狀、多面體、針狀等物質(zhì)。