土壤中氧化亞氮（N₂O）的釋放量占全球N₂O釋放總量的60%.其中,稻田土壤是N₂O最主要的釋放源.反硝化過程是稻田土壤N₂O生成的主要微生物過程之一.本研究選取廣東韶關(guān)稻田垂向土壤（0～100 cm）為研究對象,通過乙炔抑制劑法測定了N₂O產(chǎn)生潛勢和反硝化潛勢,并利用針對特異性功能基因的實(shí)時熒光定量和高通量測序技術(shù)分別分析反硝化功能基因豐度和反硝化微生物群落結(jié)構(gòu).結(jié)果顯示:0～10 cm深度的土壤樣品N₂O產(chǎn)生潛勢最高,可達(dá)（0.020±0.0035）μg·g^-1·h^-1.反硝化功能基因中,nirK基因的豐度峰值(（1.51±0.0015）×10⁸ copies·g^-1)出現(xiàn)在0～10 cm深度,而nosZ和nirS基因的豐度峰值(（4.29±0.0015）×10⁷ copies·g^-1和（8.86±0.0010）×10

【文章來源】：環(huán)境科學(xué)學(xué)報. 2020,40(03)北大核心

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【部分圖文】：

稻田土壤樣品N2O產(chǎn)生潛勢和反硝化潛勢(a)及稻田土壤樣品反硝化功能基因nosZ、nirS和nirK的豐度(b)

通過序列比對分析做出相應(yīng)反硝化功能基因的相對豐度圖,如圖2所示.按門水平劃分各樣點(diǎn)中nosZ、nirS和nirK型反硝化細(xì)菌以變形菌門(Proteobacteria)占據(jù)著主導(dǎo)地位.按屬水平分類;nosZ型反硝化細(xì)菌在G1和G8樣點(diǎn)中慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)占比最高分別為24.65%和23.03%,G2、G3和G5樣點(diǎn)中Dongia菌屬占比最高分別達(dá)到30.09%、35.05%和19.54%.G10樣點(diǎn)中Ferrovibrio菌屬占比最高為59.54%.當(dāng)深度的增加慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)在樣點(diǎn)的占比率整體降低,而Ferrovibrio菌屬的占比率卻逐漸增加.nirS型反硝化細(xì)菌在G1樣點(diǎn)中慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)占比最高為22.81%,G2和G3樣點(diǎn)中固氮螺菌屬(Azospira)占比最高分別達(dá)到13.04%、16.82%,而在深層G5、G8和G10樣點(diǎn)中未分類菌屬(unclassified)占比最高分別為35.75%、19.63%和36.68%.隨著深度的增加未分類菌屬(unclassified)的占比率也整體隨之增加.同時羅河桿菌屬(Rhodanobacter)的占比率整體降低.nirK型反硝化細(xì)菌在垂向各樣點(diǎn)均是慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)占比最高(55.64%、44.88%、38.41%、38.36%、45.05%、41.77%).nirK型反硝化細(xì)菌中的慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)、中慢生根瘤菌屬(Mesorhizobium)、紅游動菌屬(Rhodoplanes)等屬于根瘤菌目(Rhizobiales).在OTUs水平計(jì)算稻田垂向土壤樣品的Bray-Curtis差異度矩陣,利用 Qiime軟件做主坐標(biāo)軸圖3(Principal Coordinate Axis Analysis,PCoA).兩軸總的解釋度為48.31%、36.9%和40.79%的nosZ、nirS和nirK 型反硝化細(xì)菌,解釋數(shù)值較低.表明樣本之間的遺傳親緣度不高,nosZ、nirS和nirK型反硝化細(xì)菌群落依然顯示出較大差異,這說明深度并不是影響稻田垂向nosZ、nirS和nirK型反硝化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的重要因素.通過圖中結(jié)果發(fā)現(xiàn),nosZ型反硝化細(xì)菌在G1、G2和G3樣點(diǎn)中聚在一起,G5和G10聚在一起.nirS型反硝化細(xì)菌在各點(diǎn)分散度較高,而nirK型反硝化細(xì)菌G2和G8聚集一起,nirK和nirS型反硝化細(xì)菌G1點(diǎn)與其它樣點(diǎn)分離程度較高.以上結(jié)果表明在G1～G3和G5、G10上nosZ型反硝化細(xì)菌分別具有相似的菌群結(jié)構(gòu),nirS型反硝化細(xì)菌的菌群結(jié)構(gòu)在各點(diǎn)都有所不同,nirK型反硝化細(xì)菌在G2和G8有著相似的菌群結(jié)構(gòu).表層土壤影響了nirS和nirK型反硝化細(xì)菌菌群結(jié)構(gòu).

在OTUs水平計(jì)算稻田垂向土壤樣品的Bray-Curtis差異度矩陣,利用 Qiime軟件做主坐標(biāo)軸圖3(Principal Coordinate Axis Analysis,PCoA).兩軸總的解釋度為48.31%、36.9%和40.79%的nosZ、nirS和nirK 型反硝化細(xì)菌,解釋數(shù)值較低.表明樣本之間的遺傳親緣度不高,nosZ、nirS和nirK型反硝化細(xì)菌群落依然顯示出較大差異,這說明深度并不是影響稻田垂向nosZ、nirS和nirK型反硝化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的重要因素.通過圖中結(jié)果發(fā)現(xiàn),nosZ型反硝化細(xì)菌在G1、G2和G3樣點(diǎn)中聚在一起,G5和G10聚在一起.nirS型反硝化細(xì)菌在各點(diǎn)分散度較高,而nirK型反硝化細(xì)菌G2和G8聚集一起,nirK和nirS型反硝化細(xì)菌G1點(diǎn)與其它樣點(diǎn)分離程度較高.以上結(jié)果表明在G1～G3和G5、G10上nosZ型反硝化細(xì)菌分別具有相似的菌群結(jié)構(gòu),nirS型反硝化細(xì)菌的菌群結(jié)構(gòu)在各點(diǎn)都有所不同,nirK型反硝化細(xì)菌在G2和G8有著相似的菌群結(jié)構(gòu).表層土壤影響了nirS和nirK型反硝化細(xì)菌菌群結(jié)構(gòu).圖4 稻田土壤樣品nirS與nirK型反硝化細(xì)菌分子生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]農(nóng)田土壤N2O產(chǎn)生的關(guān)鍵微生物過程及減排措施[J]. 朱永官,王曉輝,楊小茹,徐會娟,賈炎.  環(huán)境科學(xué). 2014(02)
[2]不同水旱輪作體系稻田土壤剖面N2O的分布特征[J]. 劉平麗,張嘯林,熊正琴,黃太慶,丁敏,王金陽.  應(yīng)用生態(tài)學(xué)報. 2011(09)



本文編號：3065916