全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员园期摇 摇 圆园员源年 缘月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
景观可持续性与景观可持续性科学 赵文武袁房学宁 渊圆源缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
生态系统服务付费的诊断框架及案例剖析 朱文博袁王摇 阳袁李双成 渊圆源远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
湿地植物根表铁膜研究进展 刘春英袁陈春丽袁弓晓峰袁等 渊圆源苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
水生生态环境中捕食信息素的生态学效应 覃光球袁卢豪良袁唐振柱袁等 渊圆源愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
脊椎动物传播植物肉质果中的次生物质及其生态作用 潘摇 扬袁罗摇 芳袁鲁长虎 渊圆源怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
中亚热带天然林土壤 悦匀源吸收速率对模拟 晕沉降的响应 陈朝琪袁杨智杰袁刘小飞袁等 渊圆源怨愿冤噎噎噎噎噎噎
塔里木盆地南缘旱生芦苇生态特征与水盐因子关系 贡摇 璐袁朱美玲袁塔西甫拉提窑特依拜袁等 渊圆缘园怨冤噎噎噎
黄刺玫叶片光合生理参数的土壤水分阈值响应及其生产力分级 张淑勇袁夏江宝袁张光灿袁等 渊圆缘员怨冤噎噎噎噎
亚热带杉木和米老排人工林土壤呼吸对凋落物去除和交换的响应 余再鹏袁万晓华袁胡振宏袁等 渊圆缘圆怨冤噎噎噎
施钾提高蚜害诱导的小麦茉莉酸含量和叶片相关防御酶活性 王摇 祎袁张月玲袁苏建伟袁等 渊圆缘猿怨冤噎噎噎噎噎
高浓度 韵猿及太阳辐射减弱对冬小麦 孕杂域光合活性及光能耗散的影响
孙摇 健袁郑有飞袁吴荣军袁等 渊圆缘源愿冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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蜡样芽孢杆菌 月猿鄄苑在大田小麦根部的定殖动态及其对小麦纹枯病的防治效果
黄秋斌袁张摇 颖袁刘凤英袁等 渊圆缘缘怨冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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有限供水下冬小麦全程耗水特征定量研究 张兴娟袁薛绪掌袁郭文忠袁等 渊圆缘远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
抗真菌转基因水稻生态适合度评价 李摇 伟袁郭建夫袁袁红旭袁等 渊圆缘愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
花生叶片蛋白组对 哉灾鄄月辐射增强的响应 杜照奎袁李钧敏袁钟章成袁等 渊圆缘愿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
南海南部悬浮颗粒物脂肪酸组成 刘华雪袁柯常亮袁李纯厚袁等 渊圆缘怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
年龄尧集群尧生境及天气对鄱阳湖白鹤越冬期日间行为模式的影响 袁芳凯袁李言阔袁李凤山袁等 渊圆远园愿冤噎噎噎
咱树暂麻雀羽再生的能量预算和水代谢散热调节 杨志宏袁吴庆明袁杨摇 渺袁等 渊圆远员苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
低剂量杀虫剂对星豹蛛捕食效应的影响及其机理 李摇 锐袁李摇 娜袁刘摇 佳袁等 渊圆远圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
空心莲子草叶甲对越冬保护的响应与控害效能 刘雨芳袁王秀秀袁李摇 菲袁等 渊圆远猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
气候变化对鄱阳湖白鹤越冬种群数量变化的影响 李言阔袁钱法文袁单继红袁等 渊圆远源缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同退耕年限下菜子湖湿地土壤磷素组分特征变化 刘文静袁张平究袁董国政袁等 渊圆远缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
查干湖湿地浮游植物与环境因子关系的多元分析 李然然袁章光新袁张摇 蕾 渊圆远远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
闽江河口区淡水和半咸水潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌多样性 曾志华袁杨民和袁佘晨兴袁等 渊圆远苑源冤噎噎噎噎噎
环境及遗传背景对延河流域植物叶片和细根功能性状变异的影响 郑摇 颖袁温仲明袁宋摇 光袁等 渊圆远愿圆冤噎噎噎
衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复阶段土壤特性的演变 杨摇 宁袁邹冬生袁杨满元袁等 渊圆远怨猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
海平面上升影响下广西钦州湾红树林脆弱性评价 李莎莎袁孟宪伟袁葛振鸣袁等 渊圆苑园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国南方 猿种主要人工林生物量和生产力的动态变化 杜摇 虎袁曾馥平袁王克林袁等 渊圆苑员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
杉木人工林土壤真菌遗传多样性 何苑皞袁周国英袁王圣洁袁等 渊圆苑圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
科尔沁固定沙地植被特征对降雨变化的响应 张腊梅袁刘新平袁赵学勇袁等 渊圆苑猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土丘陵区退耕还林地刺槐人工林碳储量及分配规律 申家朋袁张文辉 渊圆苑源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
南亚热带森林演替过程中小气候的改变及对气候变化的响应 刘效东袁周国逸袁陈修治袁等 渊圆苑缘缘冤噎噎噎噎噎
黄淮海平原典型站点冬小麦生育阶段的干旱特征及气候趋势的影响 徐建文袁居摇 辉袁刘摇 勤袁等 渊圆苑远缘冤噎噎
资源与产业生态
基于 郧陨杂的山西省矿产资源规划环境影响评价 刘摇 伟袁杜培军袁李永峰 渊圆苑苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于效益分摊的水电水足迹计算方法要要要以密云水库为例 赵丹丹袁刘俊国袁赵摇 旭 渊圆苑愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
全球土地计划第二次开放科学大会渊郧蕴孕 圆灶凿 韵责藻灶 杂糟蚤藻灶糟藻 酝藻藻贼蚤灶早冤会议述评 段宝玲袁卜玉山 渊圆苑怨远冤噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿源愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员源鄄园缘
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 鄱阳湖越冬的白鹤群要要要白鹤为国家一级保护动物袁世界上白鹤东部种群的迁徙路线是从俄罗斯西伯利亚的雅库
特袁向南迁飞 缘员园园噪皂到中国长江下游的鄱阳湖越冬袁其中途经俄罗斯的雅纳河尧印迪吉尔卡河和科雷马河流域袁进
入中国后主要停歇地有扎龙尧林甸尧莫莫格以及双台河口尧滦河口尧黄河三角洲和升金湖等地遥 多年的监测表明袁世
界 怨园豫以上的白鹤种群都在鄱阳湖越冬遥 越冬初期和末期是白鹤补充能量的关键阶段袁因此袁研究鄱阳湖国家级自
然保护区越冬白鹤种群数量和当地气候变化的相关性具有重要意义遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 10 期
2014年 5月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.10
May,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(41371127, 41071148);福建省自然科学基金资助项目(2011J01143);福建师范大学校级创新团队项目
收稿日期:2013鄄07鄄19; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄13
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: tongch@ fjnu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201307191916
曾志华, 杨民和,佘晨兴,仝川.闽江河口区淡水和半咸水潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌多样性.生态学报,2014,34(10):2674鄄2681.
Zeng Z H, Yang M H, She C X, Tong C.Diversity of methanogen communities in tidal freshwater and brackish marsh soil in the Min River estuary.Acta
Ecologica Sinica,2014,34(10):2674鄄2681.
闽江河口区淡水和半咸水潮汐沼泽湿地
土壤产甲烷菌多样性
曾志华1, 杨民和1,佘晨兴2,仝摇 川3,4,*
(1. 福建师范大学生命科学学院, 福州摇 350007;2. 福建师范大学环境科学与工程学院, 福州摇 350007;
3. 湿润亚热带生态鄄地理过程教育部重点实验室, 福州摇 350007;4. 福建师范大学亚热带湿地研究中心, 福州摇 350007)
摘要:为认识盐度对河口潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌的影响,应用 PCR鄄RFLP 技术及测序分析对闽江河口区淡水鄄半咸水盐度
梯度上分布的 4个短叶茳芏潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌群落结构进行研究。 闽江河口区短叶茳芏潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌
群落结构受盐度影响明显,位于下洋洲和塔礁洲的短叶茳芏潮汐淡水沼泽湿地土壤产甲烷菌的香农鄄威纳多样性指数值分别为
2.81和 2.65,位于蝙蝠洲和鳝鱼滩的短叶茳芏潮汐半咸水沼泽湿地土壤产甲烷菌香农鄄威纳多样性指数值分别仅为 2.33 和
2郾 27。 系统发育分析表明:短叶茳芏沼泽湿地土壤产甲烷菌类群主要有甲烷杆菌目 ( Methanobacteriales ),包括
Methanobacterium、Methanobrevibacter和 Methanobacteriaceae;甲烷微菌目(Methanomicrobiales),主要有 Methanoregula,以及甲烷八
叠球菌目(Methanosarcinales), 主要有 Methanosarcina和 Methanococcoides。 闽江河口区短叶茳芏潮汐淡水沼泽湿地土壤主要的
优势产甲烷菌有 Methanoregula、Methanosarcina和 Methanobacterium,而短叶茳芏潮汐半咸水沼泽湿地土壤主要的优势产甲烷菌
则转化为仅以 Methanoregula为主。
关键词:产甲烷菌;群落结构;淡水和半咸水;短叶茳芏沼泽;闽江河口
Diversity of methanogen communities in tidal freshwater and brackish marsh soil
in the Min River estuary
ZENG Zhihua1, YANG Minhe1, SHE Chenxing2, TONG Chuan3,4,*
1 College of Life Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China
2 College of Environmental Science and Engineering, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China
3 Key Laboratory of Humid Subtropical Eco鄄geographical Process of Ministry of Education, Fuzhou 350007, China
4 Research Centre of Wetlands in Subtropical Region, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China
Abstract: Methane is one of the main greenhouse gases and plays an important role in global climate change. Wetlands are
the main source of global methane emission. Microbial communities inhabiting anoxic habitats such as freshwater wetlands
and marine sediment are important for biological carbon cycling. Methanogenesis is the final step of degradation of organic
substrates and mediated by methanogenic archaea. Rising sea levels and excessive water withdrawals upstream are making
previously freshwater wetlands saline. Plant community responses to change in the freshwater鄄saline gradient have been well
studied in the estuarine wetlands; however, microbial community structure response to salinity gradient remains relatively
unexplored, including the methanogens in tidal marsh soil along salinity gradient in subtropical estuary are poorly
characterized.It is essential to investigate the influence of salinity on the community structure of methanogen in tidal
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marshes. With the development of molecular biological techniques, molecular methods independent of culture techniques has
vastly improved the potential to describe microbial diversity. Methyl鄄coenzyme M reductase is a critical enzyme in
methanogenesis and the mcrA gene is a favorable functional gene and widely used to detect methanogens in soils of wetlands.
Here, we determined the diversity of methanogen communities using molecular technique targeting the mcrA gene and
restriction fragment length polymorphism (RFLP) from the soil of the tidal freshwater and brackish Cyperus malaccensis
marshes in the Min River estuary, southeast China. The community structure of methanogen in the tidal C. malaccensis
marshes changed with salinity. Values of Shannon鄄Weiner index of methanogen from the soil of tidal freshwater C.
malaccensis marshes are 2.81 and 2.65 in the Xiayangzhou and Tajiaozhou wetlands, and 2.33 and 2.27 in the soil of tidal
brackish C. malaccensis marshes in the Bianfuzhou and Shanyutan wetlands. The diversity of methanogen communities from
the tidal C. malaccensis marshes decreased with increasing salinity in the Min River estuary. Phylogenetic analysis revealed
that the communities of methanogens in the C. malaccensis marshes were mainly divided into three groups which were
Methanomicrobiales, Methanosarcinales and Methanobacteriales. The freshwater C. malaccensis marshes were mainly
dominated by Methanoregula,Methanosarcina and Methanobacterium. However, the brackish C. malaccensis marshes only
dominated by Methanoregula. We conclude that methanogen diversity in estuarine tidal marshes is shaped by salinity
conditions, suggesting an influence of impending sea level rise.
Key Words: methanogen; community structure; freshwater and brackish; Cyperus malaccensis marsh; Min River estuary
摇 摇 入海河口位于河流与海洋交汇处,河口区从上
游段到下游段,根据盐度的不同,依次分布有潮汐淡
水、潮汐半咸水(或微咸水)沼泽湿地以及潮汐咸水
湿地(包括盐沼和红树林) [1]。 潮汐沼泽湿地是全球
天然湿地重要的组成部分,也是世界上初级生产力
最高的植物群落类型之一。 具有高热辐射吸收潜力
的甲烷被认为是重要的温室气体之一[2],据估算天
然湿地甲烷排放占全球甲烷排放总量的 21%以
上[3]。 产甲烷菌是介导湿地土壤甲烷产生的功能菌
群,对于不同湿地类型的土壤产甲烷菌群落结构的
测定有助于正确认识湿地甲烷代谢的微生物学
机制。
随着分子生物学技术在湿地土壤微生物种类与
数量的测定方面的广泛应用,北方泥炭湿地等湿地
类型土壤产甲烷菌群落结构的研究报道较多[4鄄7],
近年来,关于河口潮汐淡水沼泽[8]和河口咸水沼泽
湿地[9鄄10]土壤产甲烷菌群落结构的研究日益增多。
盐度是入海河口区一个十分重要的环境因子,盐度
变化对于河口潮汐沼泽湿地植物群落特征具有直接
的影响[11鄄12]。 盐度变化对于河口潮汐沼泽湿地甲烷
代谢的影响也已引起科学家的关注[13鄄16]。 Baldwin
等[17]采用微型实验生态系的方法,向淡水湿地土芯
添加不同盐度的 NaCl溶液,同时通过末端标记限制
性片段长度多态性分析(T鄄RFLP)测定,结果表明随
着盐度的增加,土壤产甲烷菌群落结构发生变化,一
些产甲烷菌种消失。 然而,目前还未见关于河口区
从淡水到半咸水盐度梯度上分布的同一优势沼泽植
物群落湿地土壤产甲烷菌群落结构变化的报道。 本
研究以闽江河口区为研究范围,运用 PCR鄄RFLP 技
术和测序相结合的方法,测定和分析了从淡水到半
咸水盐度梯度上分布的 4个短叶茳芏潮汐沼泽湿地
土壤产甲烷菌的群落结构和系统发育,研究结果为
更深入地认识盐度变化对于河口区沼泽湿地土壤产
甲烷菌多样性的影响提供了基础数据。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区和样地概况
闽江河口区气候暖热湿润,年均降水日数
153 d, 年均降水量 1346 mm,降水多发生在 3—9
月。 闽江河口区潮汐特征表现为口外正规半日潮,
口内非正规半日浅海潮[18]。 闽江河口区从河口海
滨段向上至中游段依次分布有鳝鱼滩湿地、蝙蝠洲
湿地、下洋洲湿地和塔礁洲湿地(图 1),其中下洋洲
和塔礁洲为典型的淡水潮汐湿地,鳝鱼滩和蝙蝠洲
受海水影响较大,近岸沼泽植被带属于半盐水沼泽
湿地, 4 个湿地上均分布有短叶茳芏 ( Cyperus
malaccensis Lam. var. brevifolius Bocklr.)群落。 短叶
茳芏为多年生草本植物,耐盐碱性强,广泛分布于我
5762摇 10期 摇 摇 摇 曾志华摇 等:闽江河口区淡水和半咸水潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌多样性 摇
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国的闽、粤等沿海省份和台湾地区。 4个湿地分布的
短叶茳芏沼泽群落结构简单,多为单一种群落,短叶
茳芏植株 3月初进入生长期,6—9月生长旺盛,花期
较短, 7月份植株高度 1.5—2 m。
图 1摇 4个研究样地在闽江河口区的分布
Fig.1摇 Spatial distribution of four sampling tidal marshes in the
Min River estuary
1.2摇 土壤采集
2012年 6月 29—30日,在 4 个湿地分别选择 1
个长势均匀的短叶茳芏群落为研究样地,在鳝鱼滩
湿地,短叶茳芏群落集中分布于近堤岸的中高潮滩,
在其他 3 个湿地短叶茳芏群落均分布在近河岸一
侧。 在与河岸线或海岸线平行的方向随机布设 3 个
样点(样点间约 3—5 m间距),用不锈钢采样器采集
表层(0—10 cm)土样,采样均在落潮后时段进行,样
品采集后迅速装入灭菌的封口聚乙烯袋中,并置于
冰盒中尽快送至实验室,进行 DNA 提取和后续
分析。
1.3摇 土壤理化指标的测定
土壤 pH值原位采用 IQ150 便携式 pH /氧化还
原电位 /温度计( IQ Scientific Instruments, USA)测
定,土壤电导率原位用 2265FS 便携式电导计
(Spectrum Technologies Inc., USA)测定,并以此表征
土壤盐度[19]。 土壤含水量和容重采用环刀采样,
105 益烘干直至恒重并测定。 土壤质地采用激光粒
度仪 ( Mastersizer鄄 2000, UK) 测量。 土壤有机碳
(SOC)采用重铬酸钾氧化法测定。
1.4摇 土壤总 DNA的提取
0.25 g土样总 DNA的提取使用 Power Soil DNA
isolation kit (MO BIO Laboratories,USA),按照厂家说
明书的方法对土样 DNA 的提取,并以 1%浓度的琼
脂糖凝胶电泳检测、分析。 提取好的 DNA 存于-20
益贮存备用。
1.5摇 mcrA基因的 PCR扩增和纯化
以土壤总 DNA为模板,利用产甲烷菌的特异性
引物 ME1 ( GCMATGCARATHGGWATGTC) 和 ME2
(TCATKGCRTAGTTDGGRTAGT) [20] 进行扩增。 扩
增反应体系(50 滋L):10伊 buffer 缓冲液 5 滋L,dNTP
4 滋L,引物 ME1 1 滋L,引物 ME2 1 滋L, DNA 模板 2
滋L,Taq酶 0.5 滋L,加无菌去离子水至 50 滋L。
PCR反应程序:95 益预变性 5 min; 94 益变性
45 s,50 益退火 45 s,72 益延伸 90 s,33个循环;最后
72 益延伸 10 min。 PCR产物用 1%的琼脂糖凝胶电
泳检测。 在紫外灯下将扩增出的条带切下,用
SanPrep柱式 DNA 胶回收试剂盒(sanggon),按照说
明书进行 mcrA基因回收。
1.6摇 mcrA基因的 T鄄A克隆及克隆文库的构建
回收后的 mcrA 基因与 PMD18鄄TVector(TaKaRa)
根据载体说明书进行连接:连接体系 ( 10 滋L):
PMD18鄄TVector 1 滋L,PCR产物 3 滋L,灭菌的 ddH2O
1 滋L,Solution玉 5 滋L,将上述体系配好后轻轻混匀,
16 益反应 3 h。 连接结束后,将连接液转入 E. coli
DH5琢感受态细胞,转化产物涂布到含有氨苄青霉素
的 LB固体培养基上,37 益培养 12—16 h。 采用蓝
白斑筛选挑取适量的阳性克隆构建克隆文库。 在构
建的文库中挑取 100个阳性克隆进行菌落 PCR的随
机验证,根据扩增条带的大小鉴定重组子。
1.7摇 mcrA基因克隆文库的 RFLP 分析,测序和系统
发育分析
选择含有正确插入片段的阳性克隆并对其 PCR
产物进行酶切。 酶切体系:菌落 PCR 产物 5 滋L,
0郾 1%BSA 1 滋L,10 伊T Buffer 1 滋L,限制性内切酶
MSP玉0.5 滋L,加灭菌去离子水补充至 10 滋L,37 益
反应 3 h。 酶切后产物用 2.0%的琼脂糖凝胶电泳分
离酶切片段,比较分析酶切电泳图谱,将酶切谱型完
全一致的归为 1 个操作分类单位 ( operational
taxonomic unit, OTU),将不同的酶切谱型所对应的
克隆子送上海英俊公司(Invitrogen)测序。 得到序列
与 GeneBank 数据库中已有的序列进行 Blast 比对,
找到亲缘关系最近的种属,确定其分类地位。 所有
序列用 Cluster X Version 1.83 软件进行序列比对分
析,利用 MEGA4 软件,采用 NJ 法,自展数 1000,建
6762 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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立系统发育树。
1.8摇 多样性分析
根据酶切图谱信息,计算克隆文库的库容 C,计
算公式[21]如下:
C=[1-(n1 / N)]伊100%
式中, n1代表文库中仅出现 1 次的 OTU 数目,N 代
表每个文库中的总阳性克隆数。 利用 Bio鄄dap 软件
对 Shannon鄄Weaver指数(H)和 Simpson 指数(D)进
行计算。
2摇 结果与分析
2.1摇 土壤理化特征
鳝鱼滩短叶茳芏样地土壤盐度显著高于下洋洲
和塔礁洲的短叶茳芏样地。 4 个短叶茳芏样地土壤
容重及 DOC 含量均无显著性差异。 鳝鱼滩短叶茳
芏样地土壤 pH 值显著高于其它 3 个样地,而 SOC
含量显著小于其它 3 个样地。 4 个样地土壤以粉粒
为主,随着盐度的降低,短叶茳芏湿地土壤粉粒逐渐
减少,而砂粒含量不断增加(表 1)。
2.2摇 产甲烷菌克隆文库的构建及多样性分析
通过 RFLP 方法,对下洋州、塔礁洲、蝙蝠洲和
鳝鱼滩短叶茳芏沼泽湿地土壤分别获得的 95、97、94
和 98个含有正确插入片段的阳性克隆进行单酶切
分析,部分酶切图谱如图 2 所示。 从所有酶切图谱
看,不同文库间有一些相似的酶切类型,表现在酶切
条带与 Marker的相对位置上,这表明不同盐度短叶
茳芏湿地土壤中可能有一定比例的共有类群,这些
类群不受盐度变化的影响。 4 个样点克隆文库分别
获得 26、21、16和 16种不同的 RFLP 带型,克隆文库
RFLP 分析见表 2。 从 RFLP 分析结果来看,半咸水
的蝙蝠洲和鳝渔滩短叶茳芏沼泽湿地土壤的 2 个克
隆文库相似,均与淡水的下洋洲和塔礁洲短叶茳芏
沼泽湿地土壤存在很大的区别。 从表 2 可以看出 4
个样点产甲烷菌克隆文库的覆盖率均较高,分别为
93.6%、93.8%、89.4%和 91.0%, 可以说建立的文库
已覆盖研究样地土壤产甲烷类群的 90%以上。 塔礁
洲和鳝鱼滩短叶茳芏沼泽湿地土壤克隆文库种类
(部 分 未 列 出 ) 较 为 丰 富, 在 所 有 文 库 中,
OTU鄄11、OTU鄄6、OTU鄄13和OTU鄄14是主要的优势
表 1摇 各样地土壤的理化性质
Table 1摇 Physicochemical property of four sampling sites
理化性质
Physicochemical property
鳝鱼滩
Shanyutan
蝙蝠洲
Bianfuzhou
下洋洲
Xiayangzhou
塔礁洲
Tajiaozhou
NaCl溶液电导率 / (mS / cm) 1.97依0.54 a 1.29依0.39 ab 0.42依0.03 b 0.46依0.01 b
pH 6.68依0.03 a 5.58依0.06 b 4.51依0.03 b 5.87依0.06 c
容重 Bulk density / (g / cm) 0.74依0.07 a 0.78依0.04 a 0.78依0.01 a 0.66依0.03 a
SOCSoil organic carbon / (g / kg) 25.80依0.3 c 53.40依4.1 a 37.20依1.9 b 51.70依4.5 a
粘粒 Cosmid / % 13.40依1.80 ab 15.00依0.45 a 12.30依0.08 a 10.60依0.24 b
粉粒 Silt / % 70.20依1.86 a 67.00依0.57 a 63.00依0.63 b 49.40依0.74 c
砂粒 Sand / % 16.40依3.06 c 18.00依1.00 c 24.70依0.70 b 40.00依0.70 a
摇 摇 数据为平均值依标准误,同一行数据标注不同字母表示差异性显著,P < 0.05,n = 3
图 2摇 mcrA基因插入片段的 Msp玉酶切图谱(部分)
Fig.2摇 Insert of mcrA genes digested by Msp玉(partial)
M: 50bp DNA Ladder
7762摇 10期 摇 摇 摇 曾志华摇 等:闽江河口区淡水和半咸水潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌多样性 摇
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群,占整个 RFLP 类型的 34.90%(图 3)。 OTU鄄14 存
在于 4 个样地中,但在塔礁洲短叶茳芏沼泽样地中
所占比例最高。 蝙蝠洲和鳝鱼滩短叶茳芏沼泽土壤
克隆文库主要的酶切类型是 OTU鄄6、OTU鄄8、OTU鄄13
和 OTU鄄4,下洋洲和塔礁洲短叶茳芏沼泽土壤克隆
文库主要的谱型是 OTU鄄11、OTU鄄14和 OTU鄄16。
4个短叶茳芏沼泽湿地土壤产甲烷菌的 Simpson
指数值和 Shannon鄄Wiener指数值如表 2,下洋洲和塔
礁洲淡水潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌多样性指数
Shannon鄄Wiener分别为 2.81 和 2.65,蝙蝠洲和鳝鱼
滩半咸水潮汐沼泽湿地土壤 Shannon鄄Wiener 多样性
指数分别为 2.33 和 2.27,2 个淡水沼泽多样性指数
差别不大且均高于半咸水沼泽, Simpson 指数分析
结果也与之类似。 结果表明淡水潮汐沼泽湿地土壤
产甲烷菌多样性高于半咸水潮汐沼泽湿地。
表 2摇 短叶茳芏湿地表层土壤克隆文库的 RFLP分析
Table 2摇 RFLP analysis of clone libraries obtained from four C. malaccensis marshes
克隆文库
Clone library
单一酶切克隆数
Number of
single phylotype
酶切类型数
Total number
of phylotype
阳性克隆数
Number of
positive clones
香农鄄威纳指数
Shannon鄄Weiner
index
辛普森指数
Simpson index
库容(C)
Coverage(C) / %
鳝鱼滩 Shanyutan 6 16 98 2.27 0.125 93.8
蝙蝠洲 Bianfuzhou 6 16 94 2.33 0.114 93.6
下洋洲 Xiayangzhou 10 26 95 2.81 0.076 89.4
塔礁洲 Tajiaozhou 9 21 97 2.65 0.081 91.0
图 3摇 mcrA基因克隆文库酶切类型百分比
Fig.3摇 Percentage of RFLP patterns of mcrA gene clone library
2.3摇 mcrA基因系统发育分析
根据酶切分类结果,每一类型的分类操作单元
中选取一个单克隆菌液进行 mcrA 序列测定,构建的
4个克隆文库中总共 35个克隆子被测序。 将所测序
结果用 Blast 在 GeneBank 数据库中进行比对,比对
结果显示,不同的 RFLP 类型克隆子可能代表同 1个
属,4个不同盐度土壤的克隆子与 GeneBank 数据中
产甲烷菌的 mcrA 序列相似范围在 91%—99%,并且
90%以上都是不可培养的产甲烷古菌序列。 将测序
结果用 Cluster 进行序列比对,用 MEGA4 进行系统
发育分析,结果如图 4。 从图 4可以看出闽江河口区
短叶茳芏沼泽湿地土壤存在不同的产甲烷菌类群,
总体看有甲烷杆菌目 (Methanobacteriales ),包括
Methanobacterium、Methanobrevibacter 和 Methanobacteriaceae;
甲烷微菌目(Methanomicrobiales),主要有 Methanoregula,
以及甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales),主要包括
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Methanosarcina 和 Methanococcoides。 淡水潮汐沼泽
湿地土壤主要有 Methanoregula、Methanosarcina 和
Methanobacterium,半咸水潮汐沼泽湿地土壤则仅以
Methanoregula为主,同样可以看出随着盐度的增加,
产甲烷菌类群的生物多样性降低。
图 4摇 短叶茳芏湿地土壤产甲烷菌 mcrA基因系统发育树
Fig. 4摇 Phylogenetic tree based on mcrA sequence of methanogens obtained from C. malaccensis marshes
Methanobacteriales代表甲烷杆菌目,Methanomicrobiales代表甲烷微菌目,Methanosarcinales代表甲烷八叠球菌目
3摇 讨论与结论
本研究通过 PCR鄄RFLP 技术对闽江河口区短叶
茳芏沼泽湿地土壤产甲烷菌群落结构进行了分析,
结果表明闽江河口区淡水鄄半咸水短叶茳芏潮汐沼
泽湿地土壤产甲烷菌主要有 3 大类群:甲烷微菌目
(Methanomicrobiales)、甲烷八叠球菌目 ( Methano鄄
sarcinales)和甲烷杆菌目(Methanobacteriales),这与
国外许多报道[4,7,22鄄20]一致,也与佘晨兴和仝川对闽
江口鳝鱼滩芦苇潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌的研究
结果[24]一致。 但是,本研究中的淡水和半咸水短叶
茳芏潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌群落类型有较大的
差异,淡水短叶茳芏沼泽湿地土壤产甲烷菌主要类群
以 methanoregula、methanobacterium 和 methanosarcina
为主,而半咸水短叶茳芏湿地主要类群则转化为以
methanoregula为主。 随着盐度的增加,产甲烷菌群
落多样性降低,这可能与半咸水短叶茳芏湿地产甲
烷菌单一种和偶见种数减少有关。
Baldwin等[17]等研究发现,随着盐度的增加,产
甲烷菌群落多样性降低,一些乙酸型产甲烷菌种类
只在低盐度添加土壤中出现,而在高盐度添加土壤
中未检测到,当 NaCl 溶液的电导率达到 滋S / cm 时,
原存在于低盐度添加土壤中的甲烷八叠球菌
(methanosarcina)消失。 Mishra 等[25]等向洪水淹湿
9762摇 10期 摇 摇 摇 曾志华摇 等:闽江河口区淡水和半咸水潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌多样性 摇
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地中添加 Cl-、SO2-4 和 HCO
-
3,结果发现产甲烷菌群
落结构发生改变,其中添加 Cl-的变化最显著,其次
是 SO2-4 ,而添加 HCO
-
3,产甲烷菌群落结构无变化。
Smith等[26]以 mcrA基因为引物开展的自然盐田研究
发现,高盐度和低盐度的土壤中产甲烷菌群落结构
不一样,随着盐度的逐渐降低,甲烷微菌目成为主要
的产甲烷菌类群。 在本研究中,随着盐度的增加,位
于蝙蝠洲和鳝鱼滩的半咸水短叶茳芏沼泽湿地土壤
中甲 烷 八 叠 球 菌 数 量 减 少, 甲 烷 微 菌 目 的
methanoregula同样成为主要的产甲烷菌群。 一些研
究表明,钠盐、硫酸盐和硝酸盐对微生物的活动具有
抑制作用,盐度越高,对微生物的抑制作用越
强[27鄄30],盐度的增大还可能影响厌氧发酵过程中电
子受体的供应[31],导致产甲烷菌可利用底物发生变
化从而影响产甲烷菌群落结构。 在闽江河口区,与
淡水潮汐沼泽相比,半咸水潮汐沼泽具有相对高的
盐度,土壤中 Na+、Cl-和 SO2-4 等离子浓度增大,从而
抑制了某些产甲烷菌的活性。 虽然多数研究表明盐
度对湿地土壤产甲烷菌群落结构造成影响,但是,
Jenifer等[32]对美国 Altamaha River 淡水湿地添加海
水处理,采集土样实验室分析发现,细菌和古菌的群
落结构均没有随着盐度的增加而发生改变。 作为影
响河口湿地土壤产甲烷菌群落结构的重要因素,关
于盐度的影响还需更多的研究,由于海水成分的复
杂性,产甲烷菌群落多样性具体与哪一种盐离子或
多个盐离子有密切关系,有待进一步研究。
虽然分子生物学技术克服了产甲烷菌难培养的
缺点,但是依然有一定的局限性。 从酶切分析结果
来看,得到的 OTU 数目不是很多,这可能会影响多
样性的分析结果,在以后的实验中可以采用双酶切,
得到更多的 OTU,对产甲烷菌进行更精确的分类。
PCR的偏好性可能会导致测定的产甲烷菌比实际的
低,今后可通过增加取样地点、同时使用不同的引物
对闽江口河口区短叶茳芏湿地土壤产甲烷菌群落结
构开展更准确的研究。
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砸藻泽责燥灶泽藻 燥枣 贼澡藻 葬造造蚤早葬贼燥则 憎藻藻凿 枣造藻葬 遭藻藻贼造藻袁 粤早葬泽蚤糟造藻泽 澡赠早则燥责澡蚤造葬 渊悦燥造藻燥责贼藻则葬院 悦澡则赠泽燥皂藻造蚤凿葬藻冤 贼燥 燥增藻则憎蚤灶贼藻则蚤灶早 责则燥贼藻糟贼蚤燥灶 葬灶凿
蚤贼泽 糟燥灶贼则燥造造蚤灶早 藻枣枣藻糟贼 燥灶 葬造造蚤早葬贼燥则 憎藻藻凿 粤造贼藻则灶葬灶贼澡藻则葬 责澡蚤造燥曾藻则燥蚤凿藻泽 渊粤皂葬则葬灶贼澡葬糟藻泽藻院粤造贼藻则灶葬灶贼澡藻则葬冤
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栽澡藻 藻枣枣藻糟贼 燥枣 糟造蚤皂葬贼藻 糟澡葬灶早藻 燥灶 贼澡藻 责燥责怎造葬贼蚤燥灶 枣造怎糟贼怎葬贼蚤燥灶 燥枣 贼澡藻 杂蚤遭藻则蚤葬灶 糟则葬灶藻 蚤灶 孕燥赠葬灶早 蕴葬噪藻
蕴陨 再葬灶噪怎燥袁 匝陨粤晕 云葬憎藻灶袁 杂匀粤晕 允蚤澡燥灶早袁 藻贼 葬造 渊圆远源缘冤
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园园愿圆 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿源卷摇
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
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通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
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本期责任副主编摇 祖元刚摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
第 猿源卷摇 第 员园期摇 渊圆园员源年 缘月冤
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
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