發(fā)布時間：2018-05-02 21:32

  本文選題：黃土高原 + 植被恢復��； 參考：《西北農(nóng)林科技大學》2017年碩士論文

【摘要】：植被恢復作為防治水土流失和修復退化生態(tài)系統(tǒng)的有效手段,在黃土高原地區(qū)得到了廣泛應用。植物群落的恢復和演替受到植物-土壤反饋機制的深刻影響,而微生物群落在其反饋機制和植物群落結(jié)構(gòu)塑造中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。本文選取黃土高原退耕還草區(qū)不同恢復年限的草地作為主要研究對象,基于高通量測序的分子生物學技術(shù),研究植被恢復過程土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、組成和功能多樣性的響應以及植物-微生物群落相互作用的特征,揭示植被恢復對微生物分類和功能多樣性以及地上-地下生物群落相互作用的影響機制。主要結(jié)論如下:(1)在微生物類群多樣性方面:草地自然恢復顯著地改變了土壤細菌和真菌群落結(jié)構(gòu),基于Bray-Curtis和Unifrac距離的統(tǒng)計分析表明,不同恢復年限的土壤細菌和真菌群落組成差異均顯著。細菌群落中相對豐度最高的門為放線菌門(Actinobacteria),其次是變形菌門(Proteobacteria)、酸桿菌門(Acidobacteria)和綠彎菌門(Chloroflexi);而真菌群落主要由子囊菌門(Ascomycota)、擔子菌門(Basidiomycota)和接合菌門(Zygomycota)構(gòu)成。土壤細菌和真菌群落的alpha多樣性均隨著恢復年限的增加而顯著提高,而兩者群落組成的相似度均表現(xiàn)出顯著的時間衰減趨勢。細菌和真菌的結(jié)構(gòu)、組成和多樣性均受到環(huán)境因子的影響,其中p H、有機質(zhì)和總氮是造成微生物類群構(gòu)成差異的主要驅(qū)動因素。(2)在微生物功能多樣性方面:宏基因組測序表明自然恢復草地和農(nóng)田土壤微生物類群的功能alpha多樣性和beta多樣性均顯著不同,自然恢復30年的草地存在最高的功能alpha多樣性。在測定的環(huán)境因子中,土壤有機質(zhì)是造成微生物群落功能多種性差異的主導因素。通過KEGG數(shù)據(jù)庫比對發(fā)現(xiàn),草地土壤微生物與能量代謝、碳水化合物代謝和外源物質(zhì)降解與代謝相關(guān)的功能基因類群相對豐度較農(nóng)田顯著提高;而與氨基酸代謝、多糖合成與代謝、復制與修復和細胞生長與凋亡相關(guān)的功能基因在農(nóng)田中具有較高的相對豐度;通過CAZy數(shù)據(jù)庫比對發(fā)現(xiàn),草地自然恢復增加了碳水化合物降解酶基因的相對豐度,包括GH3、GH13和GH15等類群。(3)植物-微生物群落相互作用方面:在草地恢復過程中地上植被和地下微生物群落間具有顯著的相互作用,其中土壤細菌和真菌群落的alpha多樣性均隨著植物alpha多樣性的增加而顯著增大,植物群落的alpha多樣性可以作為細菌和真菌群落alpha多樣性的顯著預測因子。在beta多樣性方面,植物群落的beta多樣性與土壤細菌和真菌群落的beta多樣性具有明顯的相關(guān)性,土壤環(huán)境因子對細菌和真菌群落也具有顯著影響。植物群落和土壤環(huán)境因素對土壤細菌和真菌群落具有不同的影響力,植物群落對真菌群落的影響大于細菌群落,而土壤環(huán)境因子對真菌群落的影響卻小于細菌群落,表明植被恢復過程中細菌和真菌群落的構(gòu)建具有不同的環(huán)境選擇過程。
[Abstract]:Vegetation restoration is widely used in Loess Plateau as an effective means to control soil erosion and restore degraded ecosystem. The restoration and succession of plant communities are deeply influenced by the plant-soil feedback mechanism, and the microbial community plays a key role in the feedback mechanism and the shaping of plant community structure. In this paper, the grassland with different restoration years in the Loess Plateau was selected as the main research object. Based on the molecular biological technology of high-throughput sequencing, the soil microbial community structure during vegetation restoration was studied. The response of composition and functional diversity and the characteristics of plant-microbial community interaction reveal the mechanism of vegetation restoration affecting microbial classification and functional diversity as well as the interaction between aboveground and underground biota. The main conclusions are as follows: in terms of microbial diversity: natural restoration of grassland significantly changed the structure of soil bacterial and fungal communities. Statistical analysis based on the distances of Bray-Curtis and Unifrac showed that, The composition of soil bacterial and fungal communities with different restoration years were significantly different. Actinobacteriae, Proteobacteriae, Acidobacteria, Acidobacteria) and Chloroflexium were the most abundant in the bacterial community, while the fungal community was mainly composed of Ascomycotataa, Basidiomycotata and Zygomycota. The alpha diversity of soil bacterial and fungal communities increased significantly with the increase of restoration years, and the similarity of the composition of the two communities showed a significant trend of time decay. The structure, composition and diversity of bacteria and fungi are affected by environmental factors. Among them, pH, organic matter and total nitrogen are the main driving factors for the difference of microbial composition. 2) in terms of microbial functional diversity: Macrogenome sequencing shows that functional alpha of soil microbial communities can be recovered naturally from grassland and farmland. Diversity and beta diversity were significantly different, There is the highest functional alpha diversity in grassland after 30 years of natural recovery. Among the environmental factors measured, soil organic matter is the leading factor for the diversity of microbial community function. The results of KEGG database analysis showed that the relative abundance of microbial and energy metabolism, carbohydrate metabolism and metabolism related to metabolism of exogenous substances were significantly higher than that of farmland, while amino acid metabolism was associated with microbial metabolism. The functional genes related to polysaccharide synthesis and metabolism, replication and repair, cell growth and apoptosis have high relative abundance in farmland. The natural recovery of grassland increased the relative abundance of carbohydrate degrading enzyme gene. Including GH3, GH13 and GH15) plant-microbial community interaction: there is significant interaction between aboveground vegetation and underground microbial community during grassland restoration. The alpha diversity of soil bacterial and fungal communities increased significantly with the increase of plant alpha diversity, and the alpha diversity of plant communities could be used as a significant predictor of alpha diversity of bacterial and fungal communities. In terms of beta diversity, the beta diversity of plant communities was significantly correlated with the beta diversity of soil bacteria and fungal communities, and soil environmental factors had significant effects on bacterial and fungal communities. Plant communities and soil environmental factors have different influences on soil bacteria and fungi communities. Plant communities have more influence on fungal communities than bacterial communities, but soil environmental factors have less influence on fungal communities than on bacterial communities. The results showed that the construction of bacterial and fungal communities had different environmental selection processes during vegetation restoration.
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S812.2

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