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艾比湖湿地国家自然保护区是国内最具代表性的温带干旱区湿地荒漠生态系统,是天山北坡地区绿洲与荒漠化共轭演进的中心,在调节气候、维持区域生态平衡等方面有着十分重要的作用。本文对不同时间和空间尺度下艾比湖湿地自然保护区土壤氨氧化细菌多样性及其与环境相关性进行研究,旨在揭示氨氧化细菌生态分布和区域特异性,探讨微生物多样性在湿地生态系统中潜在的生态指示作用。 为研究艾比湖湿地自然保护区内柽柳群落区、盐节木群落区和芦苇群落区土壤酶活性和土壤理化性质在春、夏、秋三季的变化以及其之间的相关性,本文对3个样地土壤进行分层采集(0-5cm、5-15cm、15-25cm、25-35cm),进行酶活性和理化性质测定,并利用SPSS软件进行相关性分析。结果表明:研究区土壤有机质、氮和磷养分含量普遍较低,但钾素含量较高,总体来看该地区土壤营养贫瘠,养分含量处于中等偏下水平。脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性均相对较低。相关性分析显示土壤理化性质及酶活性之间具有较好的相关性。 为保证检测结果的准确性,本文首先通过正交实验筛选MPN-Griess法最佳实验条件与PCR扩增最佳的反应体系。结果表明MPN-Griess法在检测土壤中氨氧化细菌的最佳实验条件为:氨氮浓度10mmol/L,盐度20ms/cm,pH8.5,温度28℃。PCR扩增的最佳反应体系为:模板DNA3μL,amoA基因引物0.5μmol/L,dNTPs0.2mmol/L,MgCl22.0mmol/L,Taq酶2.0U,复性温度55℃。 为研究土壤氨氧化细菌数量的时空变化以及其与环境因子之间的相关性,本文在比较MPN-Griess法和MPN-PCR法检测效果的基础上,对氨氧化细菌数量进行测定,并利用SPSS软件分析其与环境因子的相关性。结果表明:MPN-PCR法比MPN-Griess法更加快捷、准确。氨氧化细菌数量季节动态变化规律为夏季>春季>秋季;在垂直方向上变化规律为0-5cm>5-15cm>15-25cm>25-35cm;在样地间的变化规律为柽柳群落区>盐节木群落区>芦苇群落区。相关性分析显示氨氧化细菌数量在不同季节上与土壤全氮、硝态氮、有效磷、全钾、速效钾等环境因子呈极显著相关性;在同一季节内,不同土层之间相关不显著。 为研究土壤氨氧化细菌多样性的时空变化以及其与环境因子之间的相关性,本文利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)对土壤氨氧化细菌群落结构及多样性进行研究,并利用SPSS软件分析其与环境因子的相关性。研究结果表明:3个样地中土壤氨氧化细菌的多样性均较高,多样性指数在1.369~2.471之间。基因测序分析结果显示,研究区氨氧化细菌种类以亚硝化螺菌属(Nitrosospira)为主,同时也有少量亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)的存在。相关性分析显示土壤氨氧化细菌多样性与土壤有机质、电导率、全磷和硝态氮呈显著相关性。 通过上述研究结果可以看出,氨氧化细菌群落结构及多样性受到多种生物及非生物因子的调控。环境因子空间分布的不均匀性是其差异的重要原因,各种环境因子都可能影响着土壤中氨氧化细菌的群落结构及多样性。同时也说明氨氧化细菌多样性对生态系统中环境因子的变化具有一定的潜在指示作用。