土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)隨水稻品種和生育期的變化及其農(nóng)田溫室氣體釋放意義.pdf

1、水稻根際來(lái)源于根的碳和氧基本上是由水稻品種和生長(zhǎng)期控制的，我們假設(shè)水稻不同品種所獨(dú)有的特征是否導(dǎo)致根際的微生物生物量差異進(jìn)而改變控制土壤COz、CH4和N20排放動(dòng)態(tài)變化的根際微生物角色．當(dāng)前全球變化形勢(shì)下，水稻田土壤中關(guān)于水稻品種控制C02、N20和CH4排放的微生物機(jī)制評(píng)價(jià)對(duì)于改進(jìn)相似生態(tài)系統(tǒng)中控制溫室氣體排放因子的認(rèn)識(shí)是極其重要的．
　　 將秧齡30天的雜交稻和常規(guī)稻（Oriza sativa）移植到隨機(jī)選擇的小區(qū)，采集不

2、同生長(zhǎng)期水稻的根際土和表土：種植后45天（分蒹期-SI），81天（抽穗期-S2）和107天（成熟期-S3）．同時(shí)為了調(diào)查植物根際對(duì)微生物群落的影響，在秧苗移植前采集土壤樣品（未種植土壤-SO）．
　　 我們測(cè)試了轉(zhuǎn)化酶和脲酶活性而檢測(cè)了總體微生物活性（功能），通過(guò)不依靠培養(yǎng)的分子技術(shù)包括聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．變性梯度凝膠電泳(PCR-DGGE)和實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)了細(xì)菌、真菌、反硝化菌（nirK），氨氧化細(xì)菌（amoA）和古菌（amo

3、A）的群體結(jié)構(gòu)和豐度，并且從DGGE凝膠上切取了重要條帶作了測(cè)序和系統(tǒng)進(jìn)化分析．得出主要研究結(jié)果如下：
　　 1)在分蘗期(S1)，抽穗期(S2)和成熟期(S3)雜交稻C02的排放分別比常規(guī)稻高11％、16%和25%，并且雜交稻具有更高的酶活性、總微生物生物量、細(xì)菌16S rRNA基因拷貝數(shù)、真菌ITS rRNA基因拷貝數(shù)以及與常規(guī)稻相比根際土壤中含有更高的真菌細(xì)菌比例．基于真菌和細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)PCR-DGGE圖譜主成分分析顯示

4、雜交稻和常規(guī)稻在不同生育期存在顯著差異．細(xì)菌16S rRNA DGGE條帶序列分析顯示雜交稻促進(jìn)了α-變形菌群生長(zhǎng)，而真菌18S rRNA分析顯示雜交稻抑制了幾個(gè)類(lèi)似于子囊菌門(mén)（Sordariomycetes，Pezizomycetes和Leotiomycetes）的獨(dú)特可操作分類(lèi)單元真菌生長(zhǎng)．
　　 2)水稻生長(zhǎng)季顯著影響了根際氨氧化細(xì)菌(AOB)和反硝化菌(nirK)的結(jié)構(gòu)和豐度，但對(duì)氨氧化古菌(AOA)結(jié)構(gòu)和豐度沒(méi)有影響．

5、所有土壤樣品中AOA的氨單加氧酶基因（amoA）拷貝數(shù)都高于AOB。然而，反硝化菌在整個(gè)生長(zhǎng)季中基本上支配氨氧化菌，顯示在水稻根際環(huán)境中反硝化菌具有更好的適應(yīng)性。
　　 3)相對(duì)于常規(guī)稻而言，雜交稻減少了N20的排放．并且，在根際土壤中，雜交稻比常規(guī)稻具有較高的氨氧化細(xì)菌(AOB)基因拷貝數(shù)，以及較低的反硝化細(xì)菌nirK基因拷貝數(shù)．比較氨氧化細(xì)菌和反硝化菌群的PCR-DGGE圖譜主成分分析也顯示整個(gè)生長(zhǎng)季中雜交稻和常規(guī)稻之間存在

6、顯著差異，而水稻品種和生長(zhǎng)季沒(méi)有顯著影響氨氧化古菌amoA的結(jié)構(gòu)和豐度．氨氧化古菌和反硝化菌（nirK）多樣性分析僅限于不可培養(yǎng)的泉古菌和根瘤菌群(Bradyrhizobiaceae和Rhizobiaceae)．而AOB多樣性分析顯示了幾個(gè)類(lèi)似于亞硝化螺菌屬Nitrosospira sp.的獨(dú)特分類(lèi)單元．相對(duì)于AOA而言，雜交稻在生長(zhǎng)季可以選擇性地促進(jìn)根際部分氨氧化細(xì)菌(AOB)菌群．這些結(jié)果提示NO3-N攝取增加和反硝化茵群適應(yīng)性較低

7、可能是雜交稻相比常規(guī)稻N20排放較低的原因．
　　 4)在分蘗期(S1)、抽穗期(S2)和成熟期(S3)雜交稻CH4的排放分別比常規(guī)稻低31%，48%和56%．我們于水稻生育后期觀察到了甲烷產(chǎn)生菌豐度的增加和甲烷氧化茵豐度的減少現(xiàn)象．水稻品種沒(méi)有顯著影響甲烷氧化菌古菌的結(jié)構(gòu)，而甲烷產(chǎn)生菌的結(jié)構(gòu)在兩品種間存在差別，并且在分蘗期(S1)、抽穗期(S2)和成熟期(S3)，雜交稻根際總的pmoA基因拷貝數(shù)比常規(guī)稻分別高出4.9%，5.1

8、%和6.2%．然而兩品種總的mcrA基因拷貝數(shù)在整個(gè)生長(zhǎng)季是穩(wěn)定的，除了最后一個(gè)階段（成熟期S3）．在所有采樣期，兩品種的mcrA和pmoA基因豐度和CH4排放存在顯著的正相關(guān)(P　　 因此，水稻不同品種和不同生育期，根際土壤微生物結(jié)構(gòu)和功能有些明顯差異，這種差異影響了土壤中C、N循環(huán)及作物，微生物利用，因而也影響到稻田溫室氣體排放．對(duì)于水稻生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)力、溫室氣體間的平衡可能需要對(duì)品種-土壤微