铜陵铜尾矿废弃地可培养固氮菌和氨氧化细菌研究

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1、摘要铜陵是我国六大铜业基地之一，区内堆存在大量的铜尾矿废弃地，多数尾矿废弃地处于自然生态恢复状态。其自然生态恢复过程表现为典型的生态系统原生演替过程：弃置后的尾矿裸地表面首先形成以藻类、藓类占优势的隐花植物结皮（cryptogamiccrust），而后草本维管植物定居并逐渐形成自然植物群落。在尾矿废弃地自然生态恢复过程中氮素及氮循环常常处于关键的地位。目前，关于重金属尾矿废弃地生态系统发展过程中土壤固氮菌和氨氧化细菌群落多样性的研究国内外鲜见报道。研究上的不足导致了人们对包括尾矿废弃地在内的各类人为原生裸地生态系统发展过程中土壤固氮细菌和

2、氨氧化细菌群落结构、功能多样性等重要生态学理论问题的认识十分肤浅。本研究以4处不同时期弃置的、处于3个演替阶段（原生裸地阶段、隐花植物结皮阶段和草本维管植物群落阶段）的铜尾矿废弃地为研究对象，利用PCR-DGGE和测序分析法对位于铜陵铜尾矿废弃地不同植被类型下的尾矿理化性质、可培养微生物数量及可培养固氮菌和氨氧化细菌多样性进行了探讨。主要研究结果如下：1随着尾矿废弃地上植物群落的形成和发展，尾矿废弃地水分含量增加、pH降低、土壤有机质和总氮含量提高；2铜尾矿废弃地自然生态恢复过程中，随着生态系统演替的进行尾矿废弃地中土壤微生物量逐渐增加，

3、不同演替阶段土壤微生物群落的结构表现为细菌数量>放线菌数量>真菌数量，三者所占的比例分别为细菌60.68﹪～97.45﹪、放线菌2.50﹪～39.13﹪、真菌0.05﹪～0.82﹪。可培养细菌多样性的DGGE图谱特征表明，不同植物群落下的尾矿样品中条带的位置、亮度以及数目各有不同，因此不同植物群落下细菌的ShannonWiener指数存在差异性，其中以白茅植物群落下的多样性指数最大，表明白茅植物群落下可培养细菌优势种群较丰富；3处于不同演替阶段的4个尾矿库中可培养自生固氮菌多样性指数不同。其中，有植物群落定居的尾矿土壤中可培养自生固氮菌多

4、样性指数大于无任何植物生长的尾矿裸地；而在同一尾矿库中隐花植物结皮下多样性指数最高，说明其遗传信息丰富。在DGGE分离的条带中，选取其中11个荧光强度较亮的条带进行切胶回收测序，测序的结果在GeneBank数据库中用BLAST进行检索和进行同I源性比较。结果表明，尾矿中固氮菌所有序列与Genebank中nifH基因序列的相似性在92%-100%之间，分别属于根瘤菌属(Rhizobium)、农杆菌属(Agrobacterium)和假单胞菌属(Pseudomonas)；另外，其余几株菌株与数据库中目前未获得纯培养的未知名的菌株之间也具有大于9

5、7%的相似性。4不同植物群落下的尾矿土壤中氨氧化细菌的多样性指数不同；对氨氧化细菌16SrDNA扩增的产物进行DGGE分离，选取其中12个荧光强度较亮的条带进行切胶回收测序，测序的结果在GeneBank数据库中用BLAST进行检索和进行同源性比较。结果表明，获得的AOB序列与GenBank数据库中已知序列的相似度都高于95%。其中，1、3、5号条带分别与GenBank中已知无色菌属(Achromobacter)的EU214611.1、EF433459.1和DQ989212.2有98%、95%和100%的相似度；与GenBank数据库中未获

6、得纯培养的AOB菌株有很高的相似性；与6、7号条带相似度最高的序列均为未鉴定的β变形杆菌纲内的氨氧化细菌。关键词：铜尾矿；原生演替；固氮菌；氨氧化细菌；群落结构；PCR-DGGEIIAbstractTonglingisoneofChinesesixmajorcopperbases,thereareamassofcopperminetailingswastelands,themajorityofthemareinanaturalstateofecologicalrestoration.Theirnaturalecologicalrestor

7、ationprocessperformancesforatypicalecosystemprimarysuccessionprocess:afterthedisposal,thetailingswastelandsfirstlycameintobeingcryptogamiccrust,whichisdominatedbyalgaeandmoss,thenherbaceousvascularplantssettledownandgraduallyformanaturalplantcommunity.Nitrogenandnitrogenc

8、ycleareoftenatacriticalpositioninnaturalecologicalrestorationprocessonthetailingswastelands.Atpr