学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

内蒙古锡林郭勒草原土壤中氨氧化微生物对氨和pH的响应

作　者: 李肖肖
导　师: 高勇生
学　校: 江西农业大学
专　业: 环境科学
关键词: 氮沉降 氮素积累 氨氧化细菌 氨氧化古菌 硝化作用 pH
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 113次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


大气氮沉降的加剧使土壤中的氮素积累日益严重。由微生物催化的硝化作用是全球氮循环的一个重要环节,与土壤养分的供应和硝酸盐污染等问题有着紧密的联系,但是关于内蒙地区氮素积累对硝化过程的影响及机制还缺乏深入的研究。氨氧化微生物是硝化过程的主要驱动者,在硝化过程中起着关键作用。氨氧化微生物主要有氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria, AOB)和氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)两大类,目前关于它们的不同生理特点还缺乏足够的认识,同时研究AOB和AOA的组成和活性及其影响因素对于深入了解并进一步调控土壤硝化过程具有重要意义。氮素积累在导致土壤中氨浓度升高的同时往往伴随着土壤因硝化作用增加而导致土壤酸化,氨浓度和pH值的变化都是影响氨氧化微生物组成和活性的重要因素,也很可能成为氮素积累影响氨氧化过程的主要机制。本论文利用中国科学院内蒙古草原生态系统定位试验站的不同氮素添加和不同pH实验样地,以编码催化氨氧化过程的氨单加氧酶的功能基因amoA基因为分子标记物,通过分子生物学手段(Real-timePCR、克隆测序、T-RFLP等),对长期添加不同浓度氮素(0、1.75、5.25、10.5、17.5、28 g N m-2 yr-1)和不同pH值下土壤中氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的数量和群落结构进行了分析,同时结合土壤氨氧化潜势的测定和室内培养实验,对影响氨氧化微生物组成和氨氧化活性的主要因素进行分析,以探讨内蒙古草原土壤中氮素积累对氨氧化过程的影响及其机制,结果如下：在长期添加氮素处理中,随着氮素添加浓度的升高,土壤pH值逐渐下降(从6.63下降至4.93),氨氧化潜势(PNR)也呈下降趋势且与pH呈极显著正相关性(p<0.01)。AOB的数量随添加氮素浓度升高呈上升趋势,与土壤中氨浓度呈极显著正相关性,与土壤pH和PNR呈极显著负相关性；而AOA的数量在不同加氮水平处理间没有显著差异,除了在最高氮素添加水平(28gNm-2yr-1)时数量有明显下降,与土壤氨浓度呈极显著负相关,与pH和PNR均极显著正相关。克隆测序和聚类分析结果表明,各处理中AOB均归属于亚硝化螺菌属(Nitrosospira),氮素添加导致AOB群落结构发生了改变,在不添加氮素、添加中浓度和高浓度氮素下,AOB的主要组成类群分别为Cluster3a1、Cluster3a2和Cluster 2。而T-RFLP图谱分析结果显示AOA的群落结构没有发生明显改变。在添加硫酸处理的不同pH样地中,随着pH的下降,PNR明显下降,且与pH呈极显著正相关(p<0.01),与添加不同浓度氮素实验的结果相似。但随着pH的下降AOB数量也呈下降趋势,而AOA数量明显上升,只在最低pH值(4.6)处理下显著下降。T-RFLP图谱分析表明,不同pH处理土壤中AOA的群落组成变化不大。综合氮素添加和不同pH处理的分析结果,可以看出,在这些处理中,土壤pH值是决定PNR的主要因素,而土壤中氨浓度的变化则对AOB和AOA的数量起着重要的影响。为了进一步验证氨浓度和pH值对氨氧化微生物组成和活性的影响,分别在中性和酸性条件下对不施肥土样(NO)和最高施肥浓度土样(N28)进行加氨培养(40天)。结果表明,优势类群为Cluster 3a1的NO处理土样在中性条件下加氨培养后,所得AOB序列全部归属于Cluster 3a2;而在酸性条件下培养后约56%归属于Cluster 2。优势种群为Cluster 2的N28处理在中性条件下培养后约56%归属于Cluster 3a2;酸性条件下培养后87%的序列归属于Cluster 2。由此推测Cluster 3a2喜中性高氨环境,而Cluster2喜酸性环境,这些结果也解释了氮素添加平台中AOB群落结构变化的原因。

全文目录


缩略语  4-5
摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
图目录  11-12
表目录  12-13
1 前言  13-21
  1.1 研究背景  13-15
    1.1.1 氮循环与草原农业生态系统  13
    1.1.2 硝化作用及其农业和环境意义  13-14
    1.1.3 土壤氨氧化作用  14-15
  1.2 土壤氨氧化微生物简介  15-17
    1.2.1 氨氧化细菌(AOB)  15-16
    1.2.2 氨氧化古菌(AOA)  16-17
  1.3 土壤氨氧化微生物的分子生态学研究方法  17-21
    1.3.1 Real-time PCR技术  18
    1.3.2 T-RFLP技术  18
    1.3.3 DGGE技术  18
    1.3.4 FISH技术  18-19
    1.3.5 其他方法  19-21
2 长期不同氮素梯度下氨氧化微生物数量、多样性分析  21-31
  2.1 材料和方法  21-26
    2.1.1 样地介绍  21-22
    2.1.2 采样时间和方法  22
    2.1.3 土壤基本理化性质测定  22
    2.1.4 土壤氨氧化潜势测定  22
    2.1.5 土壤总基因组DNA的提取  22-23
    2.1.6 实时定量PCR分析  23
    2.1.7 T-RFLP分析  23-24
    2.1.8 克隆文库的构建及序列分析  24
    2.1.9 数据分析  24-26
  2.2 结果  26-29
    2.2.1 土壤理化性质与氨氧化潜势  26
    2.2.2 AOA和AOB的丰度  26-27
    2.2.3 AOB和AOA的群落结构  27-29
  2.3 讨论  29-31
3 土壤中氨氧化微生物对pH的响应  31-37
  3.1 材料和方法  31
    3.1.1 样地介绍  31
    3.1.2 土壤理化性质测定  31
    3.1.3 土壤氨氧化潜势的测定  31
    3.1.4 总基因组DNA的提取  31
    3.1.5 实时定量PCR分析  31
    3.1.6 T-RFLP分析  31
    3.1.7 数据分析  31
  3.2 结果  31-34
    3.2.1 土壤理化性质与氨氧化潜势  31-32
    3.2.2 AOA和AOB的丰度  32-34
    3.2.3 氨氧化古菌amoA基因的T-RFLP分析  34
  3.3 讨论  34-37
4 氨氧化微生物的富集培养  37-43
  4.1. 材料与方法  37-38
    4.1.1 实验设计  37-38
    4.1.2 理化性质等指标的测定  38
    4.1.3 基因组DNA的提取  38
    4.1.4 实时定量PCR分析  38
    4.1.5 克隆文库的构建及序列分析  38
    4.1.6 数据分析  38
  4.2 结果与讨论  38-43
    4.2.1 AOA富集结果  38-41
    4.2.2 AOB富集结果  41-43
5 结论与展望  43-45
  5.1 结论  43
  5.2 展望  43-45
参考文献  45-51
硕士期间发表文章  51-52
致谢  52

相似论文

  1. 硝酸钠制配过程中pH值的预测控制及仿真研究,TP273
  2. NaHCO3在杨树溃疡病防治中的作用机制研究,S763.7
  3. 壳聚糖基温敏性复合水凝胶的制备及性能研究,R943
  4. 不同农业生产方式下菜地土壤氮素转化过程与N2O排放的研究,X131.3
  5. 南京市郊区蔬菜地土壤肥力及环境质量调查与安全评价,S631.1
  6. 肠道病毒71型的层析纯化,R373
  7. 基于GSM的温度、PH、溶解氧测量的海水养殖监测系统,TP274
  8. 哈泥泥炭地泥炭藓植物孢蒴生产与孢子萌发对环境变化的响应,Q945
  9. 沉水植物苦草和水环境质量相互效应的研究,X173
  10. 基于STM32的污水处理pH值控制系统的设计,TP273
  11. 南美白对虾养殖底泥氨氧化细菌与氨氧化古菌多态性分析,S917.1
  12. 模拟氮沉降对杉木人工林土壤有机碳库的影响,S714
  13. 2009年夏秋季辽河口芦苇湿地沉积物硝化作用及影响因素研究,X703
  14. 高浓度氨氮废水处理工艺及其分子生态学研究,X792
  15. 不同支臂结构的聚谷氨酸基材料的合成和性能研究,TQ316.3
  16. 樟树叶片氮同位素指示城市大气氮沉降,X831
  17. 纳米银对硝化细菌以及SBR反应器中的活性污泥的抑制作用的研究,X703.1
  18. 三江源地区高寒草地土壤氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌的分子生态学研究,X172
  19. 土壤氨氧化过程和欧洲亚硝化单胞菌对重金属的响应研究,X53
  20. 大气氮沉降对杭州北里湖的影响,X524

中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
© 2012 www.xueweilunwen.com