不同施肥处理下土壤氨氧化微生物丰度和群落多样性研究-沈菊培

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1、分类号密级UDC编号中国科学院研究生院博士学位论文不同施肥处理下土壤氨氧化微生物丰度和群落多样性研究沈菊培指导教师贺纪正研究员中国科学院生态环境研究中心申请学位级别博士学科专业名称环境科学论文提交日期2008.12论文答辩日期2008.12培养单位中国科学院生态环境研究中心学位授予单位中国科学院研究生院答辩委员会主席陆雅海Abundanceandcompositionofsoilammonia-oxidizingbacteriaandammoniaoxidizingarchaeacommunitiesunder

2、differentfertilizationpracticesADissertationfortheDoctoralDegreeofEnvironmentalScienceintheGraduateSchoolofChineseAcademyofSciencesByJupeiShenDirectedByJi-ZhengHeChineseAcademyofSciencesDecember，2008关于学位论文使用权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经著作权人授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍

3、照、或以任何方式传播。否则，引起有碍著作权人著作权益之问题，将可能承担法律责任。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院生态环境研究中心有关保存、使用学位论文的规定，即：中国科学院生态环境研究中心有权保留学位论文的副本，允许该论文被查阅；中国科学院生态环境研究中心可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。（涉密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：关于学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所

4、知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名：导师签名：日期：摘要摘要氨氧化是硝化作用的第一个反应步骤，也是限速步骤，是全球氮循环的中心环节。氨氧化细菌是整个自然界氨氧化作用的主要参与者，随着宏基因组学等分子生物技术的快速发展和应用，发现新的微生物类群—氨氧化古菌在氨氧化过程中起着潜在的作用。对氨氧化细菌和氨氧化古菌组成、数量和生态特征的认识，将为理解全球氮循环过程、提高氮素利用效率、减轻氮素

5、环境危害提供重要依据。本论文以土壤养分循环和平衡的长期定位试验站为研究地点，以分子生物学的方法包括Real-timePCR和DNA指纹技术（包括扩增rDNA限制性酶切和变性梯度凝胶电泳）为主要手段，对湖南祁阳红壤旱地和河南封丘潮土两个长期定位试验点展开调查，研究长期施肥处理对土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度和群落结构的影响，同时根据实验结果，进一步探讨了不同土壤对施肥处理的响应，得到如下结果。红壤旱地长期监测点祁阳试验区共8个处理：1）撂荒CK0；2）不施肥CK；3）施化学氮肥N；4）施氮磷NP；5）施氮钾NK；

6、6）施磷钾PK；7）施氮磷钾NPK；8）施常量氮磷钾+常量有机肥（NPK+OM），分2006年1月和7月冬夏两季采集土壤样品。结果显示，长期施用氮肥显著降低了土壤pH值，土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌在不同处理间有显著差异，其中NPK+OM处理的amoA基因拷贝数数量显著高于其它处理，而施氮的矿质化肥处76理显著最低。不同处理的氨氧化古菌amoA基因拷贝数在9.56x10-8.42x10拷贝数每克干76土范围，高于氨氧细菌的amoA基因拷贝数（9.34x10-2.89x10拷贝数每克干土）。利用扩增rDNA限制性酶

7、切的方法对氨氧化细菌群落结构的研究结果表明，所有获得的序列均属于类亚硝化螺菌属，分布于3个不同的簇，Cluster3a、Cluster3b和Cluster10&11，处理间变异不大；而氨氧化古菌序列分布在以陆地来源的ClusterS和以海洋和沉积物来源的ClusterM，所有处理均能检测到属于ClusterS的序列，而在N、NP、NK和PK四个处理中还检测到了属于ClusterM的序列，表明长期施肥处理显著改变了土壤氨氧化古菌的群落结构。封丘农业生态试验站土壤养分循环和平衡的长期定位试验共7个处理：1）CK；2

8、）NP；3）NK；4）PK；5）NPK；6）1/2OMN（有机物+1/2NPK）；7）OM，分别在2006年和2007年的4月采样。结果发现不同处理间氨氧化细菌amoA基因拷贝数有显著差异，其中NP为最高，是CK处理的22.5倍，其次为NK，NPK和1/2OMN，CK最低。尽管土壤氨氧化古菌的amoA基因拷贝数在不同施肥处理间无显著差异，却显著高于氨氧化细菌的amoA基因拷贝数。对不同