張洪霞, 鄭世玲, 魏文超, 王炳臣, 王歐美, 劉芳華

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水分條件對(duì)濱海蘆葦濕地土壤微生物多樣性的影響

張洪霞1, 2, 鄭世玲1, 魏文超1, 2, 王炳臣1, 2, 王歐美3, 劉芳華1

(1. 中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所, 海岸帶生物學(xué)與生物資源利用所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東煙臺(tái) 264003; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3. 濱州醫(yī)學(xué)院, 山東煙臺(tái) 264003)

濱海濕地因受河流和海水的交互作用, 其土壤氧化還原電位及營(yíng)養(yǎng)元素等條件復(fù)雜且處于不斷變化之中, 為了闡明此種環(huán)境下不同水分條件對(duì)濱海蘆葦濕地土壤微生物多樣性的影響, 尤其是對(duì)鐵還原菌群落結(jié)構(gòu)的影響, 作者以黃河三角洲濱海濕地為對(duì)象, 研究了淹水和非淹水蘆葦濕地表層(0~30 cm)土壤理化特性、微生物多樣性(采用T-RFLP技術(shù))和培養(yǎng)條件下濕地土壤微生物的Fe(III)還原能力的變化。結(jié)果表明, 淹水蘆葦濕地土壤有機(jī)碳、全氮、鹽度、Fe(II)含量和pH值顯著(<0.05)高于非淹水蘆葦濕地土壤, 而淹水蘆葦濕地土壤銨態(tài)氮含量顯著(<0.05)低于非淹水蘆葦濕地。淹水蘆葦濕地土壤主要優(yōu)勢(shì)細(xì)菌和古菌分別為鉻還原菌屬()、纖維單胞菌屬()、鞘脂單胞菌屬()、假單胞菌屬()和甲烷桿菌屬()、甲烷八疊球菌屬(); 而纖維單胞菌屬、食酸菌屬()、地桿菌屬()、硫桿菌屬()和甲烷八疊球菌屬分別為非淹水蘆葦濕地土壤主要優(yōu)勢(shì)細(xì)菌和古菌。淹水蘆葦濕地土壤主要優(yōu)勢(shì)鐵還原菌為副球菌屬()、地桿菌屬、鉻還原菌屬和硫單胞菌屬(), 而非淹水蘆葦濕地土壤為地桿菌屬和固氮螺菌屬()。說(shuō)明淹水能增加蘆葦濕地土壤細(xì)菌、古菌和鐵還原菌的多樣性。培養(yǎng)條件下, 淹水蘆葦濕地土壤鐵還原菌的還原Fe(III)能力在培養(yǎng)后期(25d后)低于非淹水蘆葦濕地, 說(shuō)明淹水條件在一定程度上抑制了蘆葦濕地土壤鐵還原菌的鐵還原能力。

水分條件; 蘆葦濕地; 微生物群落; 鐵還原菌; 多樣性

濱海濕地處于陸地—海洋—大氣相互作用最活躍的地帶, 是全球環(huán)境變化的緩沖區(qū)[1], 頻繁受淡水與海水交互作用影響, 濱海濕地土壤中的氧、氮、硫、鐵等元素含量隨水文條件和生物化學(xué)過(guò)程而變化復(fù)雜[2], 電子供體及電子受體濃度也受土壤氧化還原條件的改變而劇烈變化。濕地水位增高及土壤含水量增加能夠降低氧化還原電位與溶解氧濃度[3], 降低濕地微生物種類與活性[4], 進(jìn)而影響土壤微生物對(duì)濕地有機(jī)碳的分解轉(zhuǎn)化和利用。土壤水分條件成為影響濕地生態(tài)系統(tǒng)的最主要因素之一。

已有研究[5-7]表明, 水分條件是影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的重要因素, 淹水條件能夠明顯改變水稻土和濕地微生物群落結(jié)構(gòu)和活性。Unger等[8]研究也發(fā)現(xiàn), 持續(xù)淹水條件降低了土壤微生物量, 且影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。牛佳等[9]對(duì)高寒濕地干濕土壤條件下微生物群落結(jié)構(gòu)特征研究發(fā)現(xiàn), 常年淹水土壤的微生物總生物量、細(xì)菌生物量均表現(xiàn)為高于非淹水土壤, 且不同水分條件的兩種土壤微生物群落結(jié)構(gòu)顯著不同。因此, 濱海濕地這種特殊水文條件對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其參與的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生重要影響。

黃河三角洲濱海濕地處于黃河入海口, 黃河水顆粒物濃度高而攜帶大量泥沙入海, 使該區(qū)域成為世界上造陸速度最快的河口三角洲之一。黃河三角洲濕地生態(tài)系統(tǒng)受河水、海水交互作用的影響, 且地下水位較高, 水分條件成為影響濱海濕地鹽度、營(yíng)養(yǎng)元素轉(zhuǎn)化、植被演替及微生物群落結(jié)構(gòu)的最主要環(huán)境影響因素。蘆葦是濕地植物群落的重要建群種, 在黃河三角洲濕地區(qū)域分布廣泛, 是該地區(qū)的典型優(yōu)勢(shì)物種之一和生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵種[10-11]。蘆葦與微生物具有密切的相互作用關(guān)系, 蘆葦種植能夠使土壤細(xì)菌和古菌的豐度明顯上升, 提高微生物活性, 而且蘆葦根際能夠釋放氧改變氧化還原條件, 從而促進(jìn)土壤中有機(jī)氮礦化、硝化作用及反硝化作用[12]。微生物能夠提高植物根際土壤養(yǎng)分有效性, 還能促進(jìn)植物對(duì)微量(鐵)元素的吸收[13], 增加植物在極端環(huán)境中的生存能力, 提高植物對(duì)高鹽、干旱及淹水等脅迫的耐性。此外, 有研究表明在不同水分梯度下濕地蘆葦植被生態(tài)特征表現(xiàn)出異質(zhì)性, 蘆葦在水淹條件下能夠表現(xiàn)出較高的生長(zhǎng)速率[14-15], 而在此環(huán)境下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)對(duì)水分條件變化的響應(yīng)了解甚少。

近年來(lái)盡管已有一些對(duì)黃河三角洲濕地微生物群落結(jié)構(gòu)的研究報(bào)道, 但還未見(jiàn)對(duì)不同水分鹽度條件下典型植物群落土壤微生物資源分布的報(bào)道, 特別是功能微生物(鐵還原菌)群落結(jié)構(gòu)變化的研究報(bào)道。本研究選取黃河三角洲濱海不同水分條件蘆葦濕地表層土壤為研究對(duì)象, 分析水分條件變化下蘆葦濕地表層土壤微生物多樣性以及鐵還原菌群落組成變化, 以期為進(jìn)一步了解濱海濕地水分條件對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)及其參與元素生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程的影響機(jī)理及濕地生態(tài)修復(fù)等提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品來(lái)源

樣品于2014年3月取自黃河三角洲(東營(yíng))國(guó)家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)內(nèi)(37°40′~38°10′N, 118°41′~119°16′E),該區(qū)為黃河入?？谔?保護(hù)區(qū)總面積為15.3×104hm2, 屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候, 年平均氣溫12.1℃, 多年平均降水量約551.6 mm。區(qū)內(nèi)植被以水生植被和鹽生植被為主(85%以上), 植物群落組成簡(jiǎn)單, 建群種少, 以蘆葦()、檉柳()及翅堿蓬()分布較廣。土壤質(zhì)地以輕壤土和中壤土為主, 土壤類型以潮土和鹽土為主。

本研究在保護(hù)區(qū)內(nèi)選擇2處不同水分條件的蘆葦濕地, 分為常年淹水蘆葦濕地(FP)和非淹水區(qū)蘆葦濕地(WP)(圖1)。每個(gè)蘆葦濕地隨機(jī)設(shè)置3個(gè)3 m× 3 m 的樣方, 在蘆葦生長(zhǎng)季的每個(gè)樣方內(nèi)按“S”型采集X點(diǎn)表層0~30 cm土壤樣品, 土壤樣品去除雜質(zhì)并混合均勻后放入冰盒內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室, 分3部分處理: 一部分樣品風(fēng)干后過(guò)2 mm篩用于土壤理化特性測(cè)定, 一部分凍存于–80℃用于土壤微生物DNA提取, 另一部分保存于4℃, 用于鐵還原微生物富集培養(yǎng)。

1.2 富集培養(yǎng)

鐵還原富集培養(yǎng)采用淡水富集培養(yǎng)基(FWM), 配方參照Lovley的方法[16], 成分如下: NaHCO32.5 g/L, CaCl2·2H2O 0.1 g/L, KCl 0.1 g/L, NH4Cl 1.5 g/L, NaH2PO40.6 g/L, NaCl 0.1 g/L, MgCl2·6H2O 0.1 g/L, MgSO4·7H2O 0.1 g/L, MnCl2·4H2O 0.005 g/L, NaMoO4·2H2O0.001 g/L, NaAc 20 2.7 g/L, 并加入終體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)于60 mmol/L的無(wú)定形鐵氧化物[Amorphous Fe(III) oxides], 調(diào)pH至 7.0。將配好的培養(yǎng)基分裝入血清瓶中, 每瓶50 mL, 充入混合氣體(N2︰CO2=80︰20)至少30 min, 滅菌。無(wú)定形鐵氧化物的實(shí)驗(yàn)室合成參照Lovley的方法[16]。

將蘆葦濕地土壤樣品混合均勻后, 取5 g樣品加入裝有10 mL去離子水的血清瓶, 充入混合氣體(N2︰CO2=80︰20)至少30 min。再用無(wú)菌注射器抽取3 mL土壤懸浮液接入50 mL淡水富集培養(yǎng)基中, 置于30℃下黑暗培養(yǎng)30 d。每種蘆葦濕地土壤樣品重復(fù)3次。培養(yǎng)期間每隔5 d取混合液樣品測(cè)定Fe(II)含量。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 土壤理化特性測(cè)定

土壤pH采用去離子水(土水比1︰2.5,)浸提15 min, 用Mettlertoledo 320 pH 計(jì)測(cè)定; 土壤鹽度用電導(dǎo)率儀測(cè)定(土水比1︰5,); 土壤有機(jī)碳和總氮含量用元素分析儀(ElementarVario Macro, 德國(guó))測(cè)定; 土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮采用2 mol/L KCl提取, 用連續(xù)流動(dòng)分析儀(Seal, 德國(guó))測(cè)定。操作方法參照南京土壤研究所編《土壤理化分析》[17]。

1.3.2 Fe(II)/Fe(III)測(cè)定

富集培養(yǎng)體系中Fe(II)含量測(cè)定采用紫外菲啰嗪(Ferrozin)顯色法。在培養(yǎng)期間每隔5 d取樣, 取0.5 mL混合液樣品加入到4.5 mL 0.5 mol/L的鹽酸中, 黑暗靜置24 h。離心5 min (8 000 r/min), 取上清100 μL, 加入1.9 mL含0.1%菲啰嗪的HEPES緩沖液, 反應(yīng)5 min后, 在562 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值, 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算Fe(II)濃度。每個(gè)樣品重復(fù)3次。取100 μL上述浸提后的離心上清樣品, 與2 mL的0.25 mol/L的溶于等濃度鹽酸中的羥胺鹽酸混合, 在60℃保溫2 h, 取100 μL與1.9 mL的菲洛嗪試劑混合, 然后按上述測(cè)Fe(II)的步驟操作, 計(jì)算得可提取態(tài)總Fe濃度, 其與Fe(II)測(cè)定濃度之差, 即為Fe(III)測(cè)定濃度。

1.4 DNA提取及T-RFLP分析

土壤樣品及富集培養(yǎng)樣品總DNA采用FastDNATMSPIN Kit for soil試劑盒提取, 根據(jù)試劑盒說(shuō)明書(shū)標(biāo)準(zhǔn)流程操作。參考Zheng等[18]的方法進(jìn)行T-RFLP分析, 以DNA為模版, 細(xì)菌以通用引物對(duì)Ba27f/Ba907r, 古菌以通用引物對(duì)Ar109f/Ar915r進(jìn)行PCR, 其中引物Ba27f的5′端和Ar915r的3′端標(biāo)記6-羧基熒光素(FAM)。PCR反應(yīng)參數(shù)為: 94℃2 min; 94℃ 30 s; 55℃30 s; 72℃1 min, 25個(gè)循環(huán), 72℃10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)純化后, 古菌用I酶, 細(xì)菌用I酶進(jìn)行酶切, 酶切產(chǎn)物采用自動(dòng)測(cè)序儀ABI PRISM 3730XL分析。特異T-RF相對(duì)豐度采用每個(gè)T-RF峰高值與總T-RFs峰高值的百分?jǐn)?shù)計(jì)算, 每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

本研究中的T-RFs片段所代表的屬水平上的細(xì)菌或古菌的鑒定參照文獻(xiàn)及課題組研究濱海濕地樣品所建的細(xì)菌和古菌克隆文庫(kù)。利用SPSS19.0和Origin7.5進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。并利用T檢驗(yàn)分析不同水分條件蘆葦濕地土壤理化性質(zhì)的差異顯著性。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同水分條件下蘆葦濕地土壤理化特性變化

兩種類型蘆葦濕地土壤有機(jī)碳、全氮、銨態(tài)氮、鹽度、Fe(II)含量及pH存在顯著差異(<0.01)(表1)。常年淹水蘆葦濕地土壤有機(jī)碳、全氮、鹽度、Fe(II)含量及pH均明顯高于非淹水蘆葦濕地土壤, 而兩者土壤硝態(tài)氮和Fe(III)含量差異不顯著。這可能由于淹水環(huán)境使土壤通氣性變差, 限制微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解, 使有機(jī)質(zhì)及其他一些營(yíng)養(yǎng)元素更易于積累。以往對(duì)若爾蓋濕地的研究發(fā)現(xiàn), 土壤含水量與有機(jī)碳、全氮等含量成正比[9,19], 這與本研究中常年淹水蘆葦濕地土壤有機(jī)碳和全氮含量較高的結(jié)果一致。而土壤碳、氮含量被認(rèn)為是土壤微生物生長(zhǎng)的主要限制因素[20]。所以水分條件可以通過(guò)影響土壤鹽度、有機(jī)碳和全氮含量等理化性質(zhì), 對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。所有蘆葦濕地土壤pH均呈堿性(pH范圍為7.90~8.24)。

表1 不同水分條件蘆葦濕地土壤基本特性(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)

注: FP. 淹水蘆葦濕地, WP. 非淹水蘆葦濕地; 下同。同一列中不同字母表示處理間差異顯著(< 0.05)

2.2 不同水分條件蘆葦濕地土壤細(xì)菌和古菌群落結(jié)構(gòu)

微生物在濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用, 參與濕地土壤中有機(jī)質(zhì)分解、礦化與積累以及介導(dǎo)N、P、S、Fe等其他元素的循環(huán)過(guò)程[21-22]。微生物活性與種類對(duì)環(huán)境條件變化十分敏感, 干旱、降水以及土壤含水量的改變都會(huì)引起土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)及其活性的變化[4]。

如圖2a所示, 黃河三角洲不同水分條件蘆葦濕地表層土壤細(xì)菌群落存在明顯差異。淹水蘆葦濕地土壤細(xì)菌群落T-RFs片段以472、80、435和497 bp為主要優(yōu)勢(shì)片段, 非淹水蘆葦濕地土壤細(xì)菌群落T-RFs片段以80、484、160和490 bp為主。

參照已建克隆文庫(kù), 各T-RFs片段代表的屬水平上的細(xì)菌見(jiàn)表2。由此可知, 淹水蘆葦濕地土壤主要優(yōu)勢(shì)細(xì)菌為鉻還原菌屬、纖維單胞菌屬、鞘脂單胞菌屬()和假單胞菌屬(); 非淹水蘆葦濕地土壤占主要優(yōu)勢(shì)的為纖維菌屬()、食酸菌屬()、地桿菌屬()和硫桿菌屬()。此外, 91、120、128、141、165和522 bp T-RFs片段分別代表擬桿菌屬()、嘉利翁氏菌屬()、副球菌屬()、芽孢桿菌屬()、和梭菌屬()。

表2 采用限制性內(nèi)切酶MspI產(chǎn)生的細(xì)菌片段構(gòu)建克隆文庫(kù)的16S rRNA基因系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系(原位土壤)

注:a用Greengene進(jìn)行BLAST比對(duì)的結(jié)果,b限制性內(nèi)切酶I切割后的T-RF片段長(zhǎng)度, 表4同

如圖2b所示, 淹水與非淹水蘆葦濕地土壤古菌群落結(jié)構(gòu)也存在差異。黃河三角洲淹水蘆葦濕地土壤古菌T-RF以86、181bp為主要片段, 非淹水蘆葦濕地土壤古菌T-RF片段以181、717bp為主。各T-RFs片段代表的屬水平上的細(xì)菌見(jiàn)表3, 86和181bp T-RFs片段分別代表甲烷桿菌屬和甲烷八疊球菌屬, 而其他T-RFs片段代表古菌未知。所以, 淹水蘆葦濕地土壤主要優(yōu)勢(shì)古菌為甲烷桿菌屬和甲烷八疊球菌屬, 而甲烷八疊球菌屬為非淹水蘆葦濕地土壤主要優(yōu)勢(shì)古菌。同樣地, 淹水蘆葦濕地樣品古菌T-RFs片段多樣性高于非淹水蘆葦濕地樣品。

表3 采用限制性內(nèi)切酶TaqI產(chǎn)生的古菌片段構(gòu)建克隆文庫(kù)的16S rRNA基因系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系

注:a用Greengene進(jìn)行BLAST比對(duì)的結(jié)果,b限制性內(nèi)切酶I切割后的T-RF片段長(zhǎng)度

Ligi等[23]研究表明水分條件是影響濕地反硝化細(xì)菌豐度最顯著的環(huán)境變量, 不同水分條件改變反硝化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和豐度。劉岳燕等[6]研究發(fā)現(xiàn)水分條件(淹育、淹育晾干、非淹育)的變化導(dǎo)致水稻土微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性和活性發(fā)生明顯變化。本研究中黃河三角洲淹水與非淹水蘆葦濕地土壤細(xì)菌和古菌群落結(jié)構(gòu)均存在明顯差異, 淹水蘆葦濕地樣品細(xì)菌和古菌T-RFs片段多樣性均高于非淹水蘆葦濕地樣品, 說(shuō)明水分條件對(duì)濱海蘆葦濕地細(xì)菌和古菌多樣性產(chǎn)生明顯影響。淹水條件對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量沒(méi)有明顯影響[24], 且淹水環(huán)境能使土壤微生物對(duì)底物的利用能力增加、土壤碳素周轉(zhuǎn)速率加快[6], 這可能由于淹水條件下土壤細(xì)菌和古菌多樣性較高, 對(duì)環(huán)境條件變化適應(yīng)性更強(qiáng)。長(zhǎng)期淹水濕地的CH4氧化速率高于間歇性淹水濕地, 淹水環(huán)境下CH4濃度是影響甲烷氧化菌最主要的因素[25], 所以淹水濕地環(huán)境產(chǎn)甲烷菌具有更高的多樣性和活性。

2.3 黃河三角洲不同水分條件蘆葦濕地土壤顯著差異物種分析

對(duì)黃河三角洲不同水分條件蘆葦濕地的細(xì)菌和古菌相對(duì)豐度做元數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì), 分析兩種類型蘆葦濕地微生物群落結(jié)構(gòu)差異以及不同濕地的特別優(yōu)勢(shì)微生物。結(jié)果表明(圖3), 淹水蘆葦濕地代表性細(xì)菌T-RFs為128、141和435 bp, 分別代表副球菌屬、芽孢桿菌屬和鞘氮醇單胞菌屬。非淹水蘆葦濕地代表性細(xì)菌T-RFs有80、120、160和490 bp, 分別代表纖維單胞菌屬、嘉利翁氏菌屬、地桿菌屬和硫桿菌屬; 古菌T-RFs181bp, 代表甲烷八疊球菌屬。不同水分條件濕地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異, 說(shuō)明土壤微生物具有通過(guò)調(diào)整自身群落結(jié)構(gòu)以適應(yīng)環(huán)境條件變化的生存機(jī)制。

2.4 不同水分條件蘆葦濕地土壤鐵還原菌群落結(jié)構(gòu)變化

為了分析不同水分條件下濕地土壤鐵還原菌群落結(jié)構(gòu)特征, 對(duì)黃河三角洲不同水分條件蘆葦濕地土壤樣品進(jìn)行鐵還原菌富集培養(yǎng), 結(jié)果如圖4所示, 淹水與非淹水蘆葦濕地樣品富集得到不同的細(xì)菌T-RFs片段。淹水蘆葦濕地樣品細(xì)菌群落T-RFs片段主要為128、160、475和487 bp; 而非淹水蘆葦濕地樣品細(xì)菌群落T-RFs片段主要為137、160、323、464和480 bp。

參照已建克隆文庫(kù), 各T-RFs片段代表的屬水平上的細(xì)菌見(jiàn)表4。由此可知, 淹水蘆葦濕地富集樣品主要優(yōu)勢(shì)細(xì)菌為副球菌屬、地桿菌屬、鉻還原菌屬()和硫單胞菌屬(); 非淹水蘆葦濕地富集樣品占主要優(yōu)勢(shì)的為地桿菌屬和固氮螺菌屬。而富集得到的古菌T-RFs片段沒(méi)有差別, 均為181bp, 代表甲烷八疊球菌。

表4 采用限制性內(nèi)切酶Msp I產(chǎn)生的細(xì)菌片段構(gòu)建克隆文庫(kù)的16S rRNA基因系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系(富集培養(yǎng)體系)

鐵還原菌是一類在代謝過(guò)程中以Fe(III)為外在電子受體, 把Fe(III)還原成Fe(II)的微生物, 其介導(dǎo)的過(guò)程是自然界中Fe(III)還原的主要途徑[26]。厭氧條件下, 它可以乙酸、甲酸、琥珀酸等為電子供體、Fe(III)為末端電子受體, 還原多種有毒重金屬、降解利用有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物[27-28]?？赡芤?yàn)樗謼l件變化引起的土壤鹽分及電子受體和供體含量的變化, 對(duì)鐵還原菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。不同水分條件蘆葦濕地土壤樣品經(jīng)過(guò)鐵還原富集培養(yǎng)形成不同的鐵還原菌群落結(jié)構(gòu), 說(shuō)明蘆葦濕地土壤鐵還原菌對(duì)水分脅迫做出選擇, 以適應(yīng)環(huán)境條件的變化?？赡苡捎谠谧匀画h(huán)境中甲烷八疊球菌屬能夠與鐵還原菌()形成團(tuán)聚體[18], 能夠進(jìn)行直接種間電子傳遞[29], 所以在鐵富集培養(yǎng)系統(tǒng)中更占優(yōu)勢(shì)。

由圖5可知, 在整個(gè)鐵還原菌富集培養(yǎng)期間中(0~30 d), 對(duì)照(CK)處理Fe(II)含量保持穩(wěn)定, 而淹水與非淹水蘆葦濕地樣品Fe(II)含量均呈明顯逐漸上升趨勢(shì)。在培養(yǎng)的第5天, WP樣品Fe(II)含量上升至6.0 mmol/L, 之后逐漸上升至第30天的47.36 mmol/L; FP樣品Fe(II)含量在培養(yǎng)的第5天僅上升了2.99 mmol/L, 之后呈明顯上升趨勢(shì), 并且在培養(yǎng)的10~20 d與WP樣品差異不明顯, 到培養(yǎng)的第30天, Fe(II)含量為39.32 mmol/L, 明顯低于WP樣品的Fe(II)含量。

CK. 對(duì)照; FP. 淹水蘆葦濕地; WP. 非淹水蘆葦濕地

CK. Control; FP. Flooded reed wetlands; WP. Non-flooded reed wetlands

侯翠翠等[30]研究發(fā)現(xiàn), 水位增高會(huì)抑制常年淹水濕地土壤微生物活性, 水位是影響濕地微生物活性的首要環(huán)境因素, 水分增加對(duì)微生物活性具有明顯抑制作用。本研究中非淹水蘆葦濕地樣品的Fe(II)生成量較高于淹水蘆葦濕地樣品, 說(shuō)明不同水分條件蘆葦濕地異化鐵還原菌的Fe還原能力具有差異, 長(zhǎng)期淹水環(huán)境改變了鐵還原菌群落結(jié)構(gòu), 降低了鐵還原菌活性。此外, 淹水環(huán)境引起的土壤鹽度上升也可能是影響鐵還原菌還原能力的重要因素。

3 結(jié)論

黃河三角洲常年淹水與非淹水蘆葦濕地表層土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化, 說(shuō)明濕地土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與植物對(duì)水分條件的響應(yīng)具有相似性, 同樣對(duì)環(huán)境條件的變化做出響應(yīng)。常年淹水蘆葦濕地主要優(yōu)勢(shì)細(xì)菌和古菌分別為鉻還原菌屬、纖維單胞菌屬、鞘脂單胞菌屬、假單胞菌屬和甲烷桿菌屬、甲烷八疊球菌屬; 而纖纖單胞菌屬、食酸菌屬、地桿菌屬、硫桿菌屬和甲烷八疊球菌屬分別為非淹水蘆葦濕地主要優(yōu)勢(shì)細(xì)菌和古菌。

非淹水蘆葦濕地樣品鐵還原能力略高于淹水蘆葦濕地樣品, 但不顯著, 說(shuō)明常年淹水對(duì)鐵還原菌活性有一定的抑制作用。鐵還原菌主要優(yōu)勢(shì)菌在淹水與非淹水蘆葦濕地中同樣存在群落結(jié)構(gòu)差異。副球菌屬、地桿菌屬、鉻還原菌屬和硫單胞菌屬為淹水蘆葦濕地主要優(yōu)勢(shì)鐵還原細(xì)菌, 而地桿菌屬和固氮螺菌屬在非淹水蘆葦濕地富集樣品中占主要優(yōu)勢(shì)。

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Effects of water conditions on the diversity of soil microbial communities in the coastal reed wetlands

ZHANG Hong-xia1, 2, ZHENG Shi-ling1, WEI Wen-chao1, 2, WANG Bing-chen1, 2, WANG Ou-mei3, LIU Fang-hua1

(1. Key Laboratory of Coastal Biology and Biological Resources Utilization, Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Binzhou Medical University, Yantai 264003, China)

River-sea waterinteractions in coastal wetlands dramatically affect soil redox potential and cause variations in nutrient elements. In this study, we analyzed the changes in physicochemical properties of soil, diversity in the microbial community, and the Fe(III) reduction activity of microorganisms in reed wetlands of the Yellow River Delta under different water conditions. The results showed that the salinity, pH value, and concentrations of organic carbon, total nitrogen, and Fe(II) in the soil were higher in the flooded reed wetlands as compared with the ammonium concentration. The genera,,andwere the dominated bacteria in flooded reed wetlands, whereasandwere the dominant archaea. Further, the dominated bacteria and archaea in the non-flooded reed wetlands were,,,and, respectively. A shift in the iron-reducing bacterial community structure was also observed in the enrichment samples from flooded and non-flooded reed wetlands.,,andwere the dominant iron-reducing bacteria in the flooded reed wetlands, and the dominant genera of iron-reducing bacteria in the non-flooded reed wetlands wereand. The diversity of soil bacteria, archaea, and iron-reducing bacteria was higher in the flooded reed wetlands. The Fe(III) reduction activity of iron-reducing bacteria in the reed wetlands was lessened to a certain extent by perennial flooded conditions.

water condition; reed wetlands; microbial community; iron-reducing bacteria; diversity

(本文編輯: 譚雪靜)

[General Program of National Natural Science Foundation of China, No. 41371257, 41573071; Young Scientists Fund of National Natural Sci ence Foundation of China, No. 41401285, 31600370; The Key Program of the Chinese Academy of Sciences, No. KZZD-EW-14; The Key Research Project of Frontier Science of Chinese Academy of Sciences, No. QYZDJ-SSW-DQC015; Young Taishan Scholars Program of Shandong Province, No. tsqn20161054]

Oct. 18, 2016

Q936

A

1000-3096(2017)05-0144-09

10.11759//hykx20161018001

2016-10-18;

2017-03-22

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41371257、41573071); 國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(41401285、31600370); 中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目(KZZD-EW-14); 中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目(QYZDJ-SSW- DQC015); 泰山學(xué)者青年專家項(xiàng)目(tsqn20161054)

張洪霞(1985-), 女, 山東費(fèi)縣人, 博士研究生, 主要從事濱海濕地微生物生態(tài)研究, E-mail: hxzhang@yic.ac.cn; 劉芳華, 通信作者, 研究員, 電話: 0535-2109268, E-mail: fhliu@yic.ac.cn; 王歐美, 通信作者, 副教授, 電話: 0535-6913374, E-mail: ziou79@hotmail.com