全 文 ：环 境 科 学 学 报
Acta Scientiae Circumstantiae
DOI: 10.13671/j.hjkxxb.2016.0452
艾比湖湿地盐节木根际土壤氨氧化微生物多样性和丰度及其与环境因子的相关
性分析
何园 胡文革* 马得草 杨扬 兰鸿珠 高岩
石河子大学生命科学学院 石河子 832000
摘要：氨氧化反应是硝化作用的关键步骤，参与这一反应的微生物是氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌
(AOA)。对新疆艾比湖湿地盐节木根际和非根际土壤的氨氧化微生物进行群落结构和丰度分析，并探究其
与土壤理化因子的相关性。以氨单加氧酶基因(amoA)为分子标记，构建克隆文库并测序和 q-PCR法结合研
究 AOA，AOB的群落结构和丰度，利用 Pearson相关分析法探究其与环境因子的相关性。根际土壤中 AOB
的多样性高于 AOA，amoA 基因序列多属于土壤/水体沉积物分支，AOB克隆文库中的所有序列均属于亚
硝化单胞菌属 ( Nitrosomonas)。根际土壤中 AOA amoA 和 AOB amoA 的数量分别为 2.09×104 和
2.91×10
5
copies/g，AOB/AOA的比值为 13.9；非根际土壤中AOA amoA和 AOB amoA的数量分别为 3.85×104
和 4.76×105copies/g，AOB/AOA的比值为 12.36；相关分析显示氨氧化微生物的群落结构和丰度与 EC，OM，
AN，NH4
+
-N和 TN等环境因子相关。这些结果表明根际土壤中 AOB的群落多样性高于 AOA，根际和非
根际土壤中 AOB的丰度均高于 AOA丰度，表明在艾比湖湿地 AOB是氨氧化微生物的优势种群；且 EC，
OM，AN，NH4
+
-N和 TN可能会影响氨氧化微生物的群落结构和丰度。
关键词：氨氧化细菌(AOB)；氨氧化古菌(AOA)；克隆文库；q-PCR；根际土壤
Diversity and abundance of ammonia-oxidizing microorganisms in relation to
soil environment in rhizosphere soil of Halocnemum strobilaceum in Ebinur
Lake Wetland
HE Yuan HU Wenge* MA Decao YANG Yang LAN Hongzhu GAO Yan
College of Life Science, Shihezi University, Shihezi 832003, China
Abstract: Ammonia oxidation is the first and rate-limiting step of nitrification, which is carried out by
ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and ammonia oxidizing archaea (AOA). In order to study the community
structure and abundance of ammonia-oxidizing microorganisms in rhizosphere and non-rhizosphere soil of
Halocnemum strobilaceum in Ebinur Lake Wetland, and analysis the correlations between the diversity and
abundance of AOB, AOA and soil environment factors. The community diversity and abundance of AOA and
AOB in rhizosphere soil of Halocnemum strobilaceum in Ebinur Lake Wetland were studied by clone library and

基金项目：国家自然科学基金项目(31160026，31560040)
*通讯作者 Corresponding author．E-mail: wengehushiheziu@163.com.

网络出版时间：2016-12-07 09:00:19
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1843.X.20161207.0900.001.html
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q-PCR targeting the ammonia monooxygenase (amoA) genes, then using Pearson’s correlation analysis
relationships between the diversity and abundance of ammonia-oxidizing microorganisms and soil environment
factors. The results showed that the diversity of AOB were higher than those of AOA in rhizosphere soil,
phylogenetic analysis revealed that most of the cloned amoA sequences of AOA and AOB belonged to soil/water
sediment group. All of AOB sequences were highly affiliated with Nitrosomonas lineage. In rhizosphere soil, the
number of amoA gene of AOA and AOB was 2.09×10
4
and 2.91×10
5
copies/g, the ratio of AOB/AOA was 13.9; In
non-rhizosphere soil, the number of amoA gene of AOA and AOB was 3.85×10
4
and 4.76×10
5
copies/g, the ratio
of AOB/AOAwas 12.36; Correlation analysis showed that the diversity and abundance of AOB and AOA were
significantly correlated with soil electrical conductivity (EC), organic matter (OM), available nitrogen (AN),
ammonium content (NH4
+
-N) and total nitrogen (TN). The diversity of AOB were higher than those of AOA in
rhizosphere soil, as well as the abundance of AOB were higher than AOA in rhizosphere and non- rhizosphere soil,
showed that AOB were the dominant ammonia-oxidizing microorganisms in Halocnemum strobilaceum in Ebinur
Lake Wetland; and EC，OM，AN，NH4
+
-N and TN may have influence on the community diversity and abundance
of AOA and AOB.
Keywords: Ammonia-oxidizing bacteria (AOB); Ammonia oxidizing archaea (AOA); q-PCR; clone library;
Rhizosphere soil
1 引言（Introduction）
硝化作用是全球氮循环的重要环节，而氨的氧化过程是整个氮循环过程的限速步骤(Chen et al. ,2014)。
长期以来，氨氧化细菌 ( ammonia oxidizing bacteria，AOB) 一直被认为是氨氧化作用的重要贡献者(Chu et
al. , 2007)，然而随着氨氧化古菌 ( ammonia oxidizing archaea，AOA) 从环境中被分离和鉴定出来(Konneke
et al. , 2005)，自此不同研究者发现在海洋(Jin
et al. , 2011)、原生态土壤、农业区土壤(Sher , 2013)等环境中的氨氧化过程主要是由 AOA 完成。amoA( 氨
单加氧酶) 基因作为硝化过程第一步的关键酶编码基因(Chu et al. , 2007; Konneke et al. , 2005)，具有较强的
保守性，所以常被作为研究氨氧化微生物的分子标记，目前已被广泛用于生态系统中 AOA 和 AOB 的群
落结构多样性和相对丰度的研究(Cao et al. , 2011)。湿地是水陆相互作用形成的独特的生态系统，在保持生
物多样性、降解污染、调节气候等方面具有重要的功能(裴希超等, 2009)。新疆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，在维持区域生态平衡等方面有着十分重要的作用(冷中
笑等, 2006)。艾比湖湿地的优势种群盐节木(Halocnermum strobilaceum )，具有很强的耐盐能力(Qu et al. ,
2008)，在盐渍生境中起着极其重要的建群作用。目前国内外有关艾比湖湿地氨氧化微生物的报道仅见于陈
登稳等(2012)和王翠华等(2015)研究的氨氧化细菌的数量和群落的多样性，而对氨氧化古菌以及利用实时荧
光定量 PCR检测氨氧化微生物丰度的报道还未见到。
本文选取新疆艾比湖湿地代表性植被盐节木根际与非根际的土样，以 amoA 基因为分子标记，应用基
因克隆文库构建盐节木根际土壤的 AOB和 AOA文库，Real Time PCR技术对氨氧化微生物和细菌、古菌
的 16S rDNA进行定量分析，旨在揭示艾比湖湿地优势植物群落盐节木的根际土壤氨氧化微生物多样性和
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丰度，以期探讨微生物群落在温带干旱区荒漠化并不断盐渍化的艾比湖湿地生态功能恢复过程中的潜在力
量，为湖泊湿地的退化恢复提供理论和数据基础。
2 材料和方法
2.1 研究区概况
艾比湖湿地自然保护区位于新疆维吾尔自治区境内，是准噶尔盆地西部最低洼地和水盐的汇集中心。
年均降水 90.9mm，蒸发量高达 3790mm，属典型的大陆性干旱气候(任建丽等, 2011)。艾比湖湿地位于我
国著名的风口—阿拉山口主风通道上，多风、大风、多沙尘暴天气是该地区的显著特点(Wu et al. , 2004)。
其典型的植被群落有梭梭群落、芦苇群落、盐节木群落和盐角草群落等的分布(杨军等, 2010)。
2.2 样品采集，处理与保存
于 2015年 7月 28日，对艾比湖湿地盐节木群落进行定点采样。采样点基本情况见表 1。在盐节木群
落区随机设置 10 m ×10 m 的样方，由于根际土壤的变异较大，故每个样方采集 5个点，每个点选 3株植
株的根际土和对应的非根际土壤。将植株根系全部拔起后，拍打整个根系使得疏松土块全部脱落，利用灭
菌的刷子收集紧附在根系表面的根际土壤。收集每个植株根际土的同时，在样方内植株旁边的无根区域取
5-20 cm的土壤作为相对的非根际土壤。过 2mm筛混匀样品，去除根系、植物残体以及其他杂质后分别装
于无菌袋中并贴上标签。将上述新鲜土样分为三部分处理：①装入铝盒，用于土壤含水量的测定。②自然
风干，研磨，过筛，用于土壤生物地球化学性质的测定。③-80℃冰箱保存，用于土壤总 DNA的提取。
表 1 采样点信息
Table 1 The basic information of sampling sites
Sampling code 植被类型
Vegetation form
土壤类型
Soil types
经度
Longitude(E)
纬度
Latitude(N)
海拔
Altitude(m)

H/ H’
Halocnemum strobilaceum 砂壤土
Sandy loam soil

82°4849.8″E

44°5051.6″N

186
H=盐节木的根际土壤， H’=盐节木的非根际土壤
H=Rhizosphere of Halocnemum strobilaceum, H’= Non-rhizosphere of Halocnemum strobilaceum
2.3 样品理化指标分析
土壤 pH、含水量(SM)、电导率(EC)、有机质(OM)、全氮(TN）、速效氮(AN)、硝态氮(NO3
-
-N)、铵态
氮(NH4
+
-N)、全磷(TP）、速效磷(AP)、全钾(TK)和速效钾(AK)的分析测定采用土壤常规分析方法(Lu, 2000)。
2.4 DNA 的提取和普通 PCR 扩增
PowerSoil DNA Isolation Kit( MoBio公司) 试剂盒用于提取样品的总 DNA。用 amoA基因的特异引物
archaea-amoAF/ archaea-amoAR和 amoA-1F/ amoA-2R(Jin et al. , 2011)扩增AOA 和 AOB。PCR产物经 1%
的琼脂糖凝胶检测，用琼脂糖凝胶 DNA 回收试剂盒进行切胶回收。
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2.5文库构建和酶切分型测序
将回收到的 PCR产物与 PMD18-T 载体连接，转入 DH5α大肠杆菌感受态细胞后，进行蓝白斑筛选。
将每个样品所有的白色单克隆子利用 M13F/M13R(李露等, 2015)引物进行阳性克隆鉴定。将鉴定为阳性的
白斑克隆用含氨苄青霉素终浓度为 100ug/ml的 LB培养基摇菌后，制成含 25%甘油的菌液，放到 96孔板
中，于-80℃保存。对阳性克隆的 PCR 扩增产物用MspⅠ和 Hae Ⅲ 2种限制性内切酶分型。每个酶切类
型随机挑取 1-5个代表菌株测序( 华大基因，北京) 。
2.6 DNA 定量 PCR
2.6.1 绝对定量标准品的制备 选取用 M13F/M13R引物 PCR 扩增鉴定的阳性克隆，提取质粒，供 qPCR
反应的标准曲线使用。质粒的浓度经 Thermo NANODROP 2000检测，amoA基因的拷贝数通过质粒的浓
度进行计算(Okano et al. , 2004)。按 10倍浓度梯度稀释，以 10-4-10-10浓度梯度的标准质粒为模板进行荧光
定量 PCR 扩增。设置阴性对照。
2.6.2 DNA的定量 细菌、古菌、AOB 和 AOA 的丰度采用 SYBR Green I方法测定。AOA 和 AOB的引
物用 amoA基因的特异引物（同 1.4）；细菌 16S rDNA引物为 515F/927R(Ducey et al. , 2011)；古菌 16S rDNA
的引物为 ARC344F/ARC915R(Nakaya et al. , 2009)。扩增仪为 LightCycler480。设 3 个阴性对照确保试验
数据的有效性，每个样品平行 3次，以基线( 背景) 荧光信号标准差的 10 倍作为阈值，扩增效率>80%，
溶解曲线为单一峰。
2.7 数据处理分析
利用 DOTUR软件以 3%的差异度划分为一个独立操作单元（Operational Taxonomic Unit, OTU），将
代表序列经 BLAST 比对，使用 MEGA 6软件以邻位相连法(Neighbor-Joining)构建系统发育树(Tamura et
al. , 2007)。测定的序列已提交至 GenBank。盐节木根际 AOB的登录号：KP126525 -KP126604; AOA的登
录号：KX390379- KX390476。
qPCR 反应数据采用罗氏 LightCycler 480软件进行处理；利用 DOTUR软件计算 Shannon 指数（H）、
Simpson index，ACE和 Chao1 index，文库覆盖度 Coverage C =1-n1/ N (N 为所分析的克隆总数，n1为仅有
一个克隆的操作分类单位数)；Origin绘制 Rarefaction 曲线。
采用 SPSS 20 软件进行群落结构多样性和丰度与土壤环境因子的相关性分析。
3 结果和分析(Results and analysis)
3.1 艾比湖湿地盐节木根际与非根际土壤的理化性质
由表 2 可知，盐节木根际与非根际的土壤理化性质存在差异：均为碱性土壤；除含水量外，根际土
壤其他理化因子的含量均高于非根际土壤；根际土壤氨态氮和硝态氮的含量明显高于非根际土壤。表明，
盐节木根际土壤的微环境在氮肥力水平上要优于非根际土壤；根际与非根际土壤的含水量均较低，这可
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能与农耕而进行的长年的节流、年降水量稀少以及夏季高的蒸发量有关，使艾比湖湿地的含水量下降，
在夏季 7月低于正常湿地水平。
表 2 理化性质的测定结果
Table 2 The result of physical and chemical propertie

Sample
plot
土壤理化因子
Soil physiochemical factors
pH SM
(%)
EC
(ms/cm)
OM
(g/kg)
TN
(g/kg)
AN
(mg/kg)
NH4
+
-N
(mg/kg)
NO3
—
N
(mg/kg)
TP
(g/kg)
AP
(mg/kg)
TK
(g/kg)
AK
(mg/kg)
H 8.64 14.39 10.65 5.06 0.72 33.63 7.33 3.11 0.88 32.23 6.51 296.95
H’ 8.56 17.60 5.21 4.05 0.65 29.51 6.52 0.92 0.61 29.06 5.90 279.38
3.2盐节木根际土壤 AOB和 AOA群落结构组成和系统发育分析
3.2.1 盐节木根际土壤氨氧化微生物多样性 通过文库覆盖度、丰富度、Chao1 指数、ACE 指数和
Shannon–Wiener 指数来评估 AOA和 AOB文库的多样性（见表 3）。
表 3盐节木根际土壤氨氧化微生物生物多样性指数
Table 3 Diversity characteristics of AOA and AOB clone library in Rhizosphere of Halocnemum strobilaceum
amoA
gene
Clone
number
Sequneces
number
Richness Shannon–Wiener
index
ACE Simpson
index
Chao1
index
Coverage
AOA 307 80 7 1.21023 7.78601 0.405896 7 99.67%
AOB 270 99 9 1.73082 9.9939 0.22943 10 99.26%
由表 3可知，盐节木根际 AOB文库的丰富度、Chao1 指数、ACE 指数、Shannon–Wiener指数均高于
AOA文库的。 AOA和 AOB的文库覆盖度分别达到了 99.67%和 99.26%，结合图 1可知，稀缺性曲线显
示出各文库用于测序的克隆数量达到或接近饱和。表明本研究所得的氨氧化微生物种群信息较好地代表了
真实环境中的氨氧化微生物的多样性。

图 1 盐节木根际土壤 AOA和 AOB文库的稀疏曲线
Fig. 1 Rarefaction curves of AOA and AOB clone library in Rhizosphere of Halocnemum strobilaceum
3.2.2 AOB群落结构组成和系统发育分析 利用 DOTUR软件将 AOB文库所得序列划分为 9个 OTU，如
图 2，OTU -3和 OTU -6为盐节木根际土壤中 AOB的优势菌群占整个文库序列的 41.25%和 20%，其他
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OUT所占的比例相对较少。系统发育树如图 3，所有序列归为 3个簇，盐节木根际土壤 AOB的序列均属
于 Nitrosomonas属。其中 OTU-2、OTU-3、OTU-4、OTU-5与来自富营养化的乌梁素海湖的克隆子及沿
海水产养殖沉积物、中原油田含油土壤、中国北部淡水湿地保护区的克隆子聚为一簇，属于 Nitrosomonas
Oligotropha簇，占所有序列的 56.25%；Nitrosomonas Communis簇包括 33.75%的序列(OTU-6、OTU-7、
OTU-8 和 OTU-9)；OTU-1 与来自多米尼加共和国的海洋河口沉积物及日本大叶藻区沙地中的克隆子聚
为一簇，属于 Nitrosomonas Sp.Nm143簇，这一簇在盐节木根际土壤 AOB文库中较少。

图 2 盐节木根际土壤 AOB和 AOA 的 amo A 基因 OTU的分布和相对丰度
Fig. 2 Distribution and relative abundance of AOB amo A gene and AOA amo A gene OTU in rhizosphere soil of Halocnemum strobilaceum

图 3 基于 AOB amoA基因的系统发育树
Fig. 3 Phylogenetic tree based on AOB amoA partial sequences
3.2.3 AOA群落结构组成和系统发育分析 AOA的 99条序列共划分为 7个 OTU，OTU-1 和 OTU-4分别
占整个文库序列的 21.21%和 59.6%，其中 OTU-4 为土壤氨氧化古菌的最优菌群(图 2)。系统发育分析（图
3）表明，序列被划分为两个分支: 海洋沉积物分支和土壤/水体沉积物分支。大约 26.26%的序列(OTU-1
和 OTU-2)与海洋沉积物有较近的亲缘关系；而大约 73.73%的序列与来源于土壤或水体沉积物的 AOA amo
A基因序列聚为一簇。OTU-3与来源于土壤中的 Nitrososphaera viennensis聚为一类,而 OTU-7与纯培养获
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得的 Nitrososphaera属聚为一类， 可知 11.11% AOA amo A基因序列属于奇古菌门的 Nitrososphaera系。
其中 Nitrososphaera viennensis EN76、Candidatus Nitrososphaera gargensis、Candidatus Nitrosopumilus sp．、
Nitrosopumilus maritimus SCM1近期均已被划入一个新的古菌类群—奇古菌门( Thaumarchaeota)(张丽梅等,
2012)，表明艾比湖湿地盐节木根际土壤 AOA均属于奇古菌门。

图 4基于 AOA amoA基因的系统发育树
Fig.4 Phylogenetic tree based on AOA amoA partial sequences
3.3 土壤 AOA和 AOB的丰度
利用 q-PCR技术对盐节木根际与非根际土壤中的 AOB、AOA、细菌和古菌进行定量分析，结果如图 4。
根际土壤中 AOA amoA和 AOB amoA的数量分别为 2.09×104和 2.91×105copies/g，AOB/AOA的比值为 13.9，
AOA占古菌丰度的比例为 0.04%，AOB占细菌丰度的比例为 0.06%；非根际土壤中 AOA amoA和 AOB amoA
的数量分别为 3.85×104 和 4.76×105copies/g，AOB/AOA 的比值为 12.36，AOA 占古菌丰度的比例为 1.46%，
AOB占细菌丰度的比例为 1.93%。由此可见，非根际土壤中 AOA和 AOB的丰度高于根际土壤其丰度；根际
土壤中古菌和细菌的丰度均高于非根际土壤其丰度，且盐节木土壤中 AOB amoA的丰度高于 AOA amoA的丰
度。

图 4 盐节木根际和非根际土壤中 AOA、AOB、细菌和古菌的基因数量
Fig. 4 Abundance of AOA, AOB, bacterium and archaea in the Rhizosphere of and Non-rhizosphere of Halocnemum strobilaceum
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3.4 土壤氨氧化微生物群落结构与环境因子的相关性分析
相关性分析发现(表 4)，AOA 群落结构中，土壤的含水量与 Shannon 指数和 Chao 指数呈显著和极显
著正相关，而与 ACE指数和 Simpson指数呈显著负相关；土壤有机质的含量与 ACE指数和 Chao指数呈
显著相关；TN的含量与 Shannon指数呈显著正相关，而与 Simpson指数呈显著负相关，可知 SM，OM，
TN含量的变化可能影响 AOA群落结构的变化。各理化因子中 AN、NH4
+
-N、AK含量的变化是 AOB群
落结构变化的主要影响因素(rAN=-0.999, P<0.05; (rNH4+-N =1, P<0.01; rAk=-0.993, P<0.05 )，并与 AOB群落多
样性指数呈显著或极显著相关。
表 4 盐节木根际土壤氨氧化微生物群落与土壤理化因子的相关性分析
Table 4 Correlation analysis of AOA and AOB community structures with soil physicochemical factors

氨氧化微
生物

多样性指
数
土壤理化因子
soil physicochemical factors
pH SM EC OM TN AN NH4
+
-N NO3
-
-N TP AP TK AK

AOA
Shannon -0.828 0.994
*
0.953 0.986 0.988
*
-0.473 -0.199 -0.871 0.984 0.979 0.984 0.368
Ace 0.820 -0.996
*
-0.949 -0.988
*
-0.986 0.486 0.185 0.864 -0.981 -0.976 -0.981 -0.354
Chao -0.772 1.000
**
0.921 0.997
*
0.970 -0.552 -0.108 -0.822 0.963 0.957 0.963 0.280
Simpson 0.841 -0.992
*
-0.960 -0.982 -0.991
*
0.452 0.222 0.882 -0.988
*
-0.984 -0.988
*
-0.390

AOB
Shannon 0.786 -0.845 0.500 0.077 -0.327 -0.999
*
-0.818 0.052 0.217 -0.317 0.111 0.562
Ace -0.099 0.201 -0.971 -0.772 0.908 0.665 0.982 -0.756 -0.854 -0.464 0.639 0.207
Chao -0.283 0.380 -0.909 -0.640 0.814 0.792 1.000
**
-0.621 -0.742 -0.291 0.485 0.021
Simpson -0.982 0.957 0.327 0.703 -0.500 0.683 0.101 0.721 0.596 0.924 -0.824 -0.993
*

**表示极显著相关(P<0.01)，*表示显著相关(P<0.05)
** Significant at the 0.01 level, * Significant at the 0.05 level
3.5 土壤氨氧化微生物丰度与环境因子的相关性分析
如表 5所示，盐节木根际土壤中 AOA 和 AOB 的 amo A 基因数量分别与 EC和 TN呈显著负相关；
细菌的丰度与 TN呈显著负相关(r=-0.996, P<0.05)；AOB/AOA的比值与 OM呈显著负相关，与 NO3
-
-N呈
显著正相关。盐节木非根际土壤中 AOA amo A基因数量与 TN呈极显著正相关(r=1, P<0.01)，与 TP呈显著
负相关，AOB amo A基因数量与 NH4
+
-N呈显著正相关；AOB/AOA的比值与 OM，NO3
-
-N呈显著负相关，
与 TK呈显著正相关。
表 5 AOA、AOB、古菌和细菌数量与土壤环境因子的相关性分析
Fig. 5 Correlation analysis of AOA, AOB, bacterium and archaea abundance with soil physicochemical factor
样地
Sample

微生物
土壤理化因子
soil physicochemical factors
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Microorganisms pH SM EC OM TN AN NH4
+
-N NO3
-
-N TP AP TK AK


H
AOA 0.423 0.726 -0.991
*
-0.973 -0.933 -0.727 0.104 0.960 0.086 0.339 0.697 0.270
AOB 0.812 0.298 -0.797 -0.961 -0.990
*
-0.298 0.577 0.975 -0.412 0.756 0.958 0.706
古菌 0.873 0.188 -0.724 -0.924 -0.967 -0.188 0.665 0.943 -0.512 0.825 0.985 0.782
细菌 0.781 0.347 -0.828 -0.974 -0.996* -0.348 0.533 0.985 -0.363 0.721 0.942 0.668
AOB/AOA 0.583 0.588 -0.948 -0.999
*
-0.983 -0.588 0.285 0.995
*
-0.098 0.507 0.817 0.442


H’
AOA 0.327 -0.228 -0.982 -0.967 1.000
**
0.290 0.811 -0.961 -0.993
*
-0.792 0.903 0.598
AOB -0.141 0.242 -0.960 -0.744 0.889 0.696 0.989
*
-0.728 -0.831 -0.426 0.606 0.165
0.587
-0.395
0.822
古菌 -0.804 0.861 -0.473 -0.046 0.298 1.000** 0.800 -0.022 -0.187 0.346 -0.141
细菌 -0.655 0.729 -0.655 -0.264 0.500 0.974 0.912 -0.240 -0.397 0.132 0.079
AOB/AOA 0.611 -0.526 -0.871 -0.998
*
0.948 -0.029 0.583 -0.999
*
-0.978 -0.945 0.993
*

**表示极显著相关(P<0.01)，*表示显著相关(P<0.05)
** Significant at the 0.01 level, * Significant at the 0.05 level
4 讨论(Discussion)
4.1 艾比湖湿地盐节木根际氨氧化微生物群落结构多样性和丰度的特征
氨氧化古菌的发现改变了人们对传统氮循环中氨氧化过程完全由 AOB 推动的认识。本文利用构建
amoA基因克隆文库检测到 AOA和 AOB的存在，进一步验证了氨氧化微生物在环境中分布广泛。盐节木
根际土壤中AOB的种类数多于AOA，q-PCR结果显示根际和非根际土壤中AOB的丰度均高于AOA丰度。
由此可见，AOB可能是艾比湖湿地盐节木根际和非根际氨氧化过程的主导微生物。这与已有的很多研究结
果相反，已有的研究表明，在很多环境中 AOA的群落特征和功能作用均优于 AOB，且 AOA的多样性具
有明显的环境来源特性，是驱动氨氧化过程的主要微生物，如 Herrmann 等(2008)对淡水植物 Littorella
uniflora根系土壤的研究发现古菌与细菌的 amoA拷贝数比例在 500-8000倍之间；Alves(2013)等在北极土
壤中 11个样品中 5个样品只能检测到氨氧化古菌，另外 4个样品中古菌 amoA基因数比细菌的高，但也存
在与本文研究结果一致的例子，在河流沉积物(Sun et al. , 2013)以及氨氮污染严重的湿地(潮滩)(Zheng et al. ,
2013)中 AOB的群落丰度更具优势。
4.2 氨氧化微生物群落结构多样性和丰度与环境因子的相关性分析
土壤理化结果显示盐节木根际与非根际的理化性质存在差异，即根际土壤的含水量明显低于非根际土
壤，而其他理化因子的含量均高于非根际土壤。这可能与盐节木植物养分的吸收、根系分泌物释放以及根
际微生物代谢活动等多过程同时发生有关(Neumann et al. , 2002)，除此之外，孔令韶等(1995)指出盐节木适
应于盐碱、干旱的土壤，这些因素使得根际微环境显著不同于周围土壤。根际丰富的有机质矿化后将为微
生物提供各种不同的代谢底物，刺激着各种微生物的生长(Chen et al., 2008)，也正是这样一个特殊的环境
使得根际土壤中古菌和细菌的丰度是非根际土壤的 19.507和 19.512倍(图 4)。大量研究表明根际效应对土
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壤微生物活性产生强烈的影响，包括氮循环等微生物学过程(Kirk et al. , 2005; Herman et al., 2006)，硝化作
用的根际正效应在一些研究中得到证实(Chen et al., 2008)，另一方面，也存在一些潜在的根际硝化抑制剂
可轻微抑制根际微生物硝化活性( Subbarao et al. , 2007; White, 1994)，在本研究中非根际土壤中的氨氧化微
生物高于根际土壤中其丰度，证实了根际分泌物或根际微生物中有可能存在抑制硝化作用的物质或微生
物。
AOA、AOB的群落特征受多种环境因子影响，NH4
+
-N是影响氨氧化微生物群落结构的主要因子。本
文中 NH4
+
-N与 AOB的多样性指数呈极显著正相关，表明高 NH4
+
-N 适宜 AOB生长。已知 AOA 群落的
生长在低氨氮环境中比 AOB显著(Erguder et al. , 2009)，由于艾比湖湿地上游农田农药化肥施用量的不断
增加，其残留物注入艾比湖湖水，氨氮的含量明显加剧(Wu et al. , 2004)，故其高浓度的 NH4
+
-N环境更适
宜 AOB 的生长，这与 AOA 对低氨氮具有更强的耐受力的观点一致，且本研究中的氨氧化细菌均为
Nitrosomonas，未发现 Nitrosospira的群落出现。Purkhood等研究发现亚硝化螺菌属主要出现在低铵的环境
中(Purkhold et al. , 2003)，样地中氨浓度较高，证实了 Purkhood的观点。pH值也影响氨氧化微生物群落特
征，已有研究表明，AOA在酸性土壤中的丰度高于 AOB(Chen et al. , 2011)。艾比湖湿地土壤属于碱性土
壤，其与氨氧化微生物的群落结构和丰度没有显著的响应关系，可能与盐节木根际分泌物所形成的复杂的
微环境有关(Chaparro et al. , 2014)。除 NH4
+
-N浓度，pH值外，盐浓度也是影响氨氧化微生物群落结构的
主要因子，Mosier等(2012)指出低盐环境可以富集 AOA，而 Zhang Yan等(2015)指出，较高或者中等的盐
浓度更加适宜 AOA的生长，AOB对盐浓度的变化不是很敏感，且适宜在低盐环境下生长。艾比湖由于近
年来湖水量的减少，故盐分升高(冷中笑等, 2006; Qu et al. , 2008; Wu et al. , 2004)，相关分析结果表明 AOA
的数量与盐浓度呈显著的负相关，即高盐浓度抑制 AOA的生长。过量的 NH4
+
-N含量，中性偏碱性的 pH
值条件结合高浓度的盐含量，以及其他环境因子，决定了艾比湖湿地盐节木根际和非根际的氨氧化微生物
AOB的丰度优势。
5结论(Conclusions)
艾比湖湿地盐节木根际土壤的 AOB 的群落多样性高于 AOA。系统发育树表明 AOB 序列均属于
β-Proteobacteria 中的 Nitrosomonas，而 AOA 主要属于土壤/水体沉积物分支类群, 且属于奇古菌门 Group
I.1b 分支；丰度分析结果显示，根际和非根际土壤中 AOB的丰度均高于 AOA丰度，细菌的丰度高于古菌
的丰度，且 AOA/古菌和 AOB/细菌的比值很小，表明在艾比湖湿地 AOB是氨氧化微生物的优势种群；相
关分析表明氨氧化微生物的群落结构和丰度与 EC，OM，AN， NH4
+
-N和 TN等环境因子相关。
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