山东滨海盐碱地柽柳林叶际与土壤微生物群落结构特征及其影响因素研究

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滨海盐碱地是陆地和海洋之间过渡的自然综合体,是一种重要的土地资源。近年来在人类活动的干扰下,生态环境破坏日益严重,其相关研究生态学意义及战略意义日趋突出。柽柳(Tamarix spp.)在山东滨海盐碱地广泛分布,对维护海洋及海岸生态系统发挥重要作用,具有重要的自然生态价值。微生物是生态系统的重要组成部分,对于维系生态平衡起着关键作用。因此,开展山东滨海盐碱地柽柳微生物群落结构特征及其影响因素研究,可为区域内滨海盐碱地的生态评估及治理提供科学依据,然而相关研究尚未见报道。  本研究以山东昌邑市国家级海洋生态特别保护区内不同密度、不同季节柽柳林下土壤微生物及柽柳叶际微生物为研究对象,利用定量PCR、Biolog分析及高通量测序技术对其群落结构特征及影响因素开展研究,结果表明:  1、研究区自密集区经稀疏区到边缘区,随柽柳林密度的降低,土壤微生物量呈现降低的趋势,而不同密度柽柳林所造成的有机质输入的差异是主要影响因素。高通量测序结果多样性指数分析表明,柽柳在滨海盐碱地的生长不仅显著提高了土壤细菌群落结构的稳定性,而且增加了土壤真菌物种数。  2、高通量测序结果表明,研究区分布有32个门及部分未鉴定细菌,其中,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)及拟杆菌门(Bacteroidetes)为优势类群。进一步对比分析表明拟杆菌门主要由海洋潮汐输入,并为一类耐低温的抗逆群落。研究区可鉴定优势菌属为Gillisia、黄单胞菌属(Xanthomonas)、腈基降解菌属(Nitriliruptor)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、节杆菌属(Arthrobacter)、Blastocatella和类诺卡氏菌属(Nocardioides)。基于对已知细菌功能菌属分析,研究区甲烷氧化菌(methane-oxidizing bacteria)、固氮菌(nitrogen-fixing bacteria)、硫氧化菌(sulfur-oxidizing bacteria)及脱硫菌(sulfurand sulfate reducing bacteria)相对丰度均表现出无植被区高于有植被区域的特征,而硝化菌(nitrifying bacteria)则表现出相反趋势。  研究区共检测到7个门的真菌及部分未鉴定真菌,以子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和接合菌门(Zygomycota)为优势类群。在属水平多为未鉴定属,可鉴定属中曲霉属(Aspergillus)和青霉菌属(Penicillium)为广泛分布的菌属。  3、Biolog分析结果显示,柽柳林提高了土壤微生物生理代谢能力及其功能多样性。无植被区域和有植被区域微生物生理代谢类利用碳源明显不同,且微生物群落结构与微生物碳源利用能力密切相关,表现为:绿弯菌门(Chloroflexi)丰度与六类碳源利用能力均呈正相关,而芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)与除胺类及酚类之外的另四类碳源利用能力正相关。酸杆菌门(Acidobacteria)及装甲菌门(Armatimonadetes)丰度均与羧酸利用能力正相关。在属一级水平,酸土单胞菌(Aciditerrimonas)与单糖及酚类利用能力正相关,气微菌属(Aeromicrobium)与单糖利用能力正相关,Bauldia丰度与氨基酸、羧酸及酯类利用能力正相关,Blastocatella与羧酸利用能力正相关。  4、土壤细菌及真菌多样性指数与土壤有机碳含量呈正相关关系。RDA分析结果亦表明土壤有机碳、全氮及土壤盐浓度对土壤微生物群落结构组成产生显著影响。  聚类结果表明过渡区及浅滩区土壤微生物群落结构、生理代谢类群聚类关系均较近,且在两个分类级别下均可以分别聚类为4个季节类群,而密集区、稀疏区和边缘区季节分布规律不明显,表明柽柳在山东滨海盐碱地的生长为其下土壤内的微生物提供了稳定的生长条件,因而导致微生物对季节变化的响应不明显。  5、柽柳叶际微生物群落分析显示,叶际生境中的细菌群落具有明显的生态优势度。叶际真菌群落中的主体来自子囊菌门和担子菌门,一些具有耐受极端环境的能力微生物更容易在叶际生境成为优势类群,且优势真菌常常与植物的生理和病理相关。与已有同类研究比较,研究区柽柳林的叶际微生物尽管具有很强的地域特色,但叶际微生物群落核心组分相似。  综上所述,本研究揭示了滨海盐碱地生态系统下丰富的微生物多样性,对比分析表明山东滨海盐碱地柽柳林叶际与土壤微生物具特殊的群落结构特征,而其主要受柽柳生长的影响。前期开展了滨海盐碱地微生物应用研究,对耐盐碱菌株及原油降解微生物进行了分离及活性研究,表明区域内微生物资源丰富,而后续相关应用研究将有望开拓滨海盐碱地微生物的应用前景。
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