我所在東北黑土農(nóng)田細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)地理分布及其驅(qū)動(dòng)因素研究上取得新進(jìn)展
動(dòng)植物在陸地生態(tài)系統(tǒng)中存在一定的地理分異規(guī)律。與動(dòng)植物相比，對(duì)于陸地生態(tài)系統(tǒng)中數(shù)量巨大、種類多樣的土壤微生物而言，是否存在生物地理分布格局及其驅(qū)動(dòng)因素是什么？是目前土壤學(xué)和微生物生態(tài)學(xué)研究的前沿科學(xué)問題。已有的研究結(jié)果表明，不同生態(tài)系統(tǒng)中的土壤微生物受到生物和非生物因素的雙重影響，群落結(jié)構(gòu)多樣性及群落結(jié)構(gòu)組成存在較大差異。在這些影響因素中土壤pH被普遍認(rèn)為是制約土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的主要因素。值得指出的是，多數(shù)研究均是基于土壤pH值差異較大的不同原始土壤進(jìn)行的，而對(duì)于同一種土壤類型，土壤pH值變化較小而其它土壤理化性質(zhì)差異較大時(shí)，決定土壤微生物生物地理分布的因素是什么是一個(gè)值得探討的科學(xué)問題。
東北黑土是我國重要的土壤資源，在保障國家糧食安全和生態(tài)安全上具有重要地位。由于受氣候、開墾年限和農(nóng)田管理措施等的影響，東北黑土農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量，特別是土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)規(guī)律性的地理分布，即總體呈現(xiàn)南低北高的趨勢(shì)。但對(duì)于黑土土壤微生物是否也存在著地理分布格局？如果存在，其驅(qū)動(dòng)因素是什么？還不清楚。為此，東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所農(nóng)田分子生態(tài)學(xué)科組王光華研究員等人，于2012年從東北黑土帶上基于土壤有機(jī)質(zhì)含量的差異，南起遼寧昌圖北至黑龍江訥河，采集了26個(gè)農(nóng)田土壤樣品，采用454高通量測(cè)序技術(shù)成功地解析了東北黑土細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的地理分布規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)因素。研究共獲得35萬多條細(xì)菌序列，包括至少35個(gè)細(xì)菌類群，其中酸桿菌門（Acidobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、綠灣菌門（Chloroflexi）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）和浮霉菌門（Planctomycetes）等7個(gè)菌門細(xì)菌為黑土農(nóng)田優(yōu)勢(shì)微生物（平均豐度>5%以上）。研究還發(fā)現(xiàn)綠灣菌門、芽單胞菌門和浮霉菌門細(xì)菌的相對(duì)豐度在黑土農(nóng)田中較以往報(bào)道的其它土壤中高出5倍以上。本研究未發(fā)現(xiàn)普遍報(bào)道的現(xiàn)象，即土壤酸桿菌門豐度與土壤pH值具有顯著的相關(guān)性，但發(fā)現(xiàn)黑土農(nóng)田中酸桿菌門中亞門1和3與土壤pH成顯著負(fù)相關(guān)，而亞門4、5、6、7和25則與土壤pH成顯著正相關(guān)關(guān)系。研究結(jié)果揭示出東北黑土農(nóng)田細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成、多樣性及優(yōu)勢(shì)細(xì)菌門的相對(duì)豐度受土壤pH和土壤有機(jī)質(zhì)含量的雙重影響，且土壤pH的作用強(qiáng)度大于土壤有機(jī)質(zhì)（圖1）。此外，地理距離也是影響黑土農(nóng)田細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的另一重要因素（圖2），黑土農(nóng)田細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成存在明顯的地理分布格局，低緯度低有機(jī)質(zhì)含量的黑土，雖然土壤微生物量小，但高緯度高有機(jī)質(zhì)含量的黑土相比具有更高的土壤細(xì)菌多樣性（圖3）。
該研究得到黑龍江省杰出青年科學(xué)基金的支持，研究成果發(fā)表在Soil Biology & Biochemistry（2014, 70: 113-122）。
圖1 東北黑土農(nóng)田細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的NMDS分析。圖a和c及圖b和d是基于unweighted和weighted UniFrac群落分析結(jié)果
圖2 地理距離及土壤因素對(duì)東北黑土農(nóng)田細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成的變異分割分析
圖3 東北黑土農(nóng)田細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性隨地理緯度的變化趨勢(shì)
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