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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 2 期摇 摇 2012 年 1 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
北部湾秋季底层鱼类多样性和优势种数量的变动趋势 王雪辉,邱永松,杜飞雁,等 (333)……………………
中国大陆鸟类和兽类物种多样性的空间变异 丁晶晶,刘定震,李春旺,等 (343)………………………………
粉蝶盘绒茧蜂中国和荷兰种群学习行为及 EAG反应的比较 王国红,刘摇 勇,戈摇 峰,等 (351)………………
君主绢蝶的生物学及生境需求 方健惠,骆有庆,牛摇 犇,等 (361)………………………………………………
西南大西洋阿根廷滑柔鱼生物学年间比较 方摇 舟,陆化杰,陈新军,等 (371)…………………………………
城市溪流中径流式低坝对底栖动物群落结构的影响 韩鸣花, 海燕,周摇 斌,等 (380)…………………………
沉积再悬浮颗粒物对马氏珠母贝摄食生理影响的室内模拟 栗志民,申玉春,余南涛,等 (386)………………
太平洋中西部海域浮游植物营养盐的潜在限制 徐燕青,陈建芳,高生泉,等 (394)……………………………
几株赤潮甲藻的摄食能力 张清春,于仁成,宋静静,等 (402)……………………………………………………
高摄食压力下球形棕囊藻凝聚体的形成 王小冬,王摇 艳 (414)…………………………………………………
大型绿藻浒苔藻段及组织块的生长和发育特征 张必新,王建柱,王乙富,等 (421)……………………………
链状亚历山大藻生长衰亡相关基因的筛选 仲摇 洁,隋正红,王春燕,等 (431)…………………………………
太湖春季水体固有光学特性及其对遥感反射率变化的影响 刘忠华,李云梅,吕摇 恒,等 (438)………………
程海富营养化机理的神经网络模拟及响应情景分析 邹摇 锐,董云仙,张祯祯,等 (448)………………………
沙质海岸灌化黑松对蛀食胁迫的补偿性响应 周摇 振,李传荣,许景伟,等 (457)………………………………
泽陆蛙和饰纹姬蛙蝌蚪不同热驯化下选择体温和热耐受性 施林强,赵丽华,马小浩,等 (465)………………
麦蚜和寄生蜂对农业景观格局的响应及其关键景观因子分析 赵紫华,王摇 颖,贺达汉,等 (472)……………
镉胁迫对芥蓝根系质膜过氧化及 ATPase活性的影响 郑爱珍 (483)……………………………………………
生姜水浸液对生姜幼苗根际土壤酶活性、微生物群落结构及土壤养分的影响
韩春梅,李春龙,叶少平,等 (489)
…………………………………
………………………………………………………………………………
九州虫草菌丝体对 Mn的耐性及富集 罗摇 毅,程显好,张聪聪,等 (499)………………………………………
土霉素暴露对小麦根际抗生素抗性细菌及土壤酶活性的影响 张摇 昊,张利兰,王摇 佳,等 (508)……………
氮沉降对杉木人工林土壤有机碳矿化和土壤酶活性的影响 沈芳芳,袁颖红,樊后保,等 (517)………………
火炬树雌雄母株克隆生长差异及其光合荧光日变化 张明如,温国胜,张摇 瑾,等 (528)………………………
湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能 潘春翔,李裕元,彭摇 亿,等 (538)……………………
祁连山东段高寒地区土地利用方式对土壤性状的影响 赵锦梅,张德罡,刘长仲,等 (548)……………………
沙质草地生境中大型土壤动物对土地沙漠化的响应 刘任涛,赵哈林 (557)……………………………………
腾格里沙漠东南缘可培养微生物群落数量与结构特征 张摇 威,章高森,刘光琇,等 (567)……………………
塔克拉玛干沙漠南缘玉米对不同荒漠化环境的生理生态响应 李摇 磊,李向义,林丽莎,等 (578)……………
内蒙古锡林河流域羊草草原 15 种植物热值特征 高摇 凯,谢中兵,徐苏铁,等 (588)……………………………
不同密度条件下芨芨草空间格局对环境胁迫的响应 张明娟,刘茂松,徐摇 驰,等 (595)………………………
环境因子对巴山冷杉鄄糙皮桦混交林物种分布及多样性的影响 任学敏,杨改河,王得祥,等 (605)……………
海藻酸铈配合物对毒死蜱胁迫下菠菜叶片抗坏血酸鄄谷胱甘肽循环的影响
栾摇 霞,陈振德,汪东风,等 (614)
……………………………………
………………………………………………………………………………
城市化进程中城市热岛景观格局演变的时空特征———以厦门市为例 黄聚聪,赵小锋,唐立娜,等 (622)……
基于遥感和 GIS的川西绿被时空变化研究 杨存建,赵梓健,任小兰,等 (632)…………………………………
亚热带城乡复合系统 BVOC排放清单———以台州地区为例 常摇 杰,任摇 远,史摇 琰,等 (641)………………
研究简报
不同水分条件下毛果苔草枯落物分解及营养动态 侯翠翠,宋长春,李英臣,等 (650)…………………………
大山雀对巢箱颜色的识别和繁殖功效 张克勤,邓秋香,Justin Liu,等 (659)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*330*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄01
封面图说: 雄视———中国的金丝猴有川、黔、滇金丝猴三种,此外还有越南和缅甸金丝猴两种。 金丝猴是典型的森林树栖动物,常
年栖息于海拔 1500—3300m的亚热带山地、亚高山针叶林,针阔叶混交林,常绿落叶阔叶混交林中,随着季节的变化,
只在栖息的生境中作垂直移动。 川金丝猴身上长着柔软的金色长毛,十分漂亮。 个体大、嘴角处有瘤状突起的是雄性
金丝猴的特征。 川金丝猴只分布在中国的四川、甘肃、陕西和湖北省。 属国家一级重点保护、CITES附录一物种。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 2 期
2012 年 1 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 2
Jan. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目( 31100365, 31170465,30800154,40971034);中国博士后科学基金项目(20080430794);甘肃省科技计划
(1011FKCA114,1010RJZA009)
收稿日期:2010鄄12鄄14; 摇 摇 修订日期:2011鄄09鄄14
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: liugx@ lzb. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201012141779
张威,章高森,刘光琇,王鹭,董小培,岳君,李新荣,安黎哲. 腾格里沙漠东南缘可培养微生物群落数量与结构特征. 生态学报,2012,32 (2):
0567鄄0577.
Zhang W,Zhang G S,Liu G X,Wang L,Dong X P, Yue J,Li X R, An L Z. Characteristics of cultivable microbial community number and structure at the
southeast edge of Tengger Desert. Acta Ecologica Sinica,2012,32(2):0567鄄0577.
腾格里沙漠东南缘可培养微生物群落数量与结构特征
张摇 威1,章高森1,刘光琇1,*,王摇 鹭2,董小培2, 岳摇 君2,李新荣1, 安黎哲2
(1. 中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所, 兰州摇 730000; 2. 兰州大学, 兰州摇 730000)
摘要:以腾格里沙漠东南缘沙漠化土壤为研究对象,研究了不同沙漠化修复程度土壤结皮及结皮下微生物分布特征及多样性。
结果表明:研究区域可培养细菌数量随沙漠化生态修复进程呈升高趋势,随采样深度呈下降趋势。 数量以节杆菌属和芽孢杆菌
属为主,其含量随沙漠化修复程度分别呈降低与升高趋势。 修复过程中可培养土壤微生物数量与土壤碳、氮含量呈极显著正相
关关系,与 pH值呈极显著负相关关系,说明微生物数量与沙漠化土壤改良程度密切相关。 通过 16S rDNA 基因测序及构建系
统发育树,研究区域可培养细菌归类为 18 个属,分属于 6 个系统发育组:高 G+C革兰氏阳性类群、低 G+C革兰氏阳性类群、琢鄄
变形菌、茁鄄变形菌、酌鄄变形菌和 CFB类群,序列比对显示菌株功能多样。
关键词:腾格里沙漠东南缘; 可培养细菌; 土壤理化性质; 系统发育树
Characteristics of cultivable microbial community number and structure at the
southeast edge of Tengger Desert
ZHANG Wei1, ZHANG Gaosen1, LIU Guangxiu1,*, WANG Lu2, DONG Xiaopei2, YUE Jun2, LI Xinrong1,
AN Lizhe2
1 Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou Gansu 730000, China
2 Lanzhou University, Lanzhou Gansu 730000, China
Abstract: Desertification is a common environmental challenge for humans, which restricts social and economic
development. Biotechnologies have been used for the management of soils in areas of desertification and the use of
microorganisms has shown potential benefits, but such research is still in the initial stages. Here, we have studied the
microbial distribution and diversity in soil crust and in the soil under the crust along sand dunes of different fixed ages at the
southeast edge of the Tengger Desert, China. The Shapotou and Yiwanquan regions were selected as sampling sites, which
represented an artificial restoration region and a natural restoration region, respectively. The results showed that the number
of culturable bacteria varied between 3. 7伊103 to 2. 8 伊106 CFU / g, which was similar with other deserts worldwide. The
number of culturable bacteria increased with the degree of sand dune fixation, and decreased with depth, which was similar
to the trend of soil improvement in areas of desertification. Such characteristics did not show any significant differences
between the artificial restoration region and the natural restoration region (P>0. 05). The genera Arthrobacter and Bacillus
were the dominant bacteria at the southeast edge of the Tengger Desert. The genus Arthrobacter comprised 12. 8%—69. 5%
and the genus Bacillus comprised 4. 7%—60. 7% of the total culturable bacteria, and these percentages increased and
decreased with the degree of sand dune fixation, respectively. This result implied that Arthrobacter may play a significant
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role during preliminary soil crust formation. The results also showed that the quantity of culturable bacteria was positively
correlated with the concentration of total soil carbon and total soil nitrogen (P<0. 05), but negatively correlated with pH
values (P<0. 05). These results showed that microorganism number was closely related with the improvement status of
desertification. Such results are likely to be caused by the interaction between soil microorganisms and soil carbon, nitrogen
and organic acid. Based on 16S rDNA gene sequences and the phylogenetic tree, the culturable bacteria in the study area
belonged to 18 genera: Acinetobacter, Afipia, Arthrobacter, Bacillus, Balneimonas, Brevundimonas, Chitinophaga,
Chryseobacterium, Flavobacterium, Herbaspirillum, Janthinobacterium, Lysobacter, Microbacterium, Paenibacillus,
Paracoccus, Phyllobacterium, Sphingomonas and Variovorax, and fell into six phylogenetic groups: high G+C Gram positive
bacteria, low G + C Gram positive bacteria, 琢鄄Proteobacteria, 茁鄄Proteobacteria, 酌鄄Proteobacteria and Cytophaga鄄
Flavobacterium鄄Bacteroides ( CFB) group bacteria. Such a culturable bacterial community structure was similar with
previous studies of desert ecosystems. Similar results also showed that the high proportion of G+C Gram positive, low G+C
Gram positive and Proteobacteria, and a low proportion of CFB group bacteria could be the main bacterial community
structure in the desert ecosystem. Blast results also showed that these bacterial strains had a variety of functions. Some
strains showed accelerated function for the restoration of desertified areas. For example, Afipia, Balneimonas, and
Herbaspirillum had close relationships with nodule formation in plants. In contrast, some isolates in our study could also
inhibit the restoration of desertified areas; some bacteria were plant pathogens, and some were identified as aerobic
denitrifying bacteria. Besides these, pathogenic microorganisms and bacterial strains with potential applications were also
found in desertification soil. The results of this study add to our knowledge of microorganism usage during the management
of desertification.
Key Words: southeast edge of Tengger Desert; cultivable bacteria; soil physic鄄chemical properties; phylogenetic tree
沙漠化是人类所面临的重要环境挑战之一,严重制约了干旱地区社会、经济的全面发展,其防治已成为人
类共同关注的重大课题[1]。 在沙漠化修复的研究中,现阶段固沙的主要生物技术方法为防风林及草带的建
立[2],与此同时微生物用于沙漠化治理的研究也得到了初步探讨。 Pan等[2]在新疆古尔班通沙漠的结皮中分
离到了一株寡营养细菌,该菌株可产生大量胞外粘多糖,将该菌株的培养液喷洒到流沙表面后,可形成 6 mm
的粘合沙层。 Requena等[3]在地中海沙漠化生态系统的研究中发现,植物种子萌发期加入丛枝菌根真菌与固
氮根瘤菌不仅能协助植被在沙漠化区域的建立,同时还可以增加土壤肥力与质量。 尽管沙漠化区域微生物的
研究展示了一定的应用潜力,而相对于沙漠化区域的大面积分布,对沙漠化生态系统中微生物的研究还处于
起步阶段[3]。
微生物是土壤生物结皮的重要组成部分和先锋物种,具有固氮、保持水分等重要作用[4]。 研究表明,在结
皮形成初期含有大量的纤维状的蓝细菌,随着结皮发育更多的微生物加入并促进其发育,例如念珠藻属
(Nostoc)、伪枝藻属(Scytonema)及绿藻类微生物[5]。 近来研究还表明,结皮的发育程度也影响着其中的微生
物结构[6]。 沙漠化修复过程中,土壤微生物的组成、分布和数量受土壤理化性质、沙丘类型、沙丘层次、沙土
层深度、季节和人工植被等因素影响, 呈现一定的数量组成分布规律。 在科尔沁沙地[7]及塔克拉玛干沙漠腹
地人工绿地[8],微生物的数量随固沙程度可表现出升高的趋势,并随土层深度递减。 邵玉琴等[9]在库布齐固
定沙丘的试验分析表明,好气性细菌和放线菌的季节动态分布为:秋季>春季>夏季;而真菌数量分布却为:夏
季>秋季>春季。 但微生物的这种季节波动还存在差异性,在塔克拉玛干沙漠腹地人工绿地,真菌的季节动态
分布为:春季>夏季>秋季, 放线菌的夏季>春季和秋季,细菌夏季有生长高峰,秋季生长最慢[8]。 微生物的这
些分布规律使得微生物具有反应沙漠化修复程度的潜在作用。
沙坡头及一碗泉沙漠化恢复区域位于腾格里沙漠东南缘,其中,沙坡头沙漠化恢复区域作为我国早期治
理沙漠的一项重要生态工程,经过半个世纪的演变,由于大量物种的繁殖、定居,原有的以流动沙丘为主的沙
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漠景观己演变成为复杂的人工鄄天然荒漠生态系统。 对于该区域已有大量的土壤理化性质及植物生理、生态
学的研究基础,而微生物的研究仅见关于其数量在结皮中的分布研究[10],特别是结合分子生物学方法对微生
物群落结构特征的研究更是未见报道。 本研究采用培养方法与分子生物学相结合的方法,结合土壤理化因子
分析,研究腾格里沙漠东南缘沙漠化土壤微生物分布特征及多样性,并以此为依据初步探讨沙漠化生态系统
中微生物的分布特征,为微生物在沙漠化治理中的运用提供基础数据。
1摇 材料与方法
1. 1摇 采样点描述
沙坡头位于腾格里沙漠的东南缘, 地理坐标为北纬 37毅27忆 —37毅30忆, 东经 104毅48忆—105毅03忆(图 1),属
于我国西北内陆半荒漠区,年平均气温 9. 6 益, 绝对最高气温为 38. 1 益, 绝对最低气温为-25. 1 益, 年均降
水量为 191. 1 mm,年蒸发量为 3007 mm[10]。 区域内,沙坡头人工植被固沙试验区与一碗泉自然植被固定区
域为典型区域。 沙坡头人工植被区内还设置了灌溉区做为无灌溉条件下人工固沙区固沙方法的对照。 一碗
泉自然植被固定区域在距沙坡头沙漠化恢复区域约 40 km处(图 1), 地上植被群落中以油蒿占优势。
图 1摇 采样点示意图
Fig. 1摇 Map of sampling site
采样工作于 2008 年 12 月完成。 在沙坡头人工植被固沙试验区,按流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘及灌
溉区序列采样。 其中流动沙丘上基本无植物生长,偶见沙米及花棒,盖度小于 1% ;半固定沙丘上植被类型以
油蒿、柠条和雾冰藜为主,盖度约 25%—30% ,固定年限约 20 a;固定沙丘上主要以沙米、油蒿和雾冰藜为主,
盖度约 50% ,固定年限约 50 a。 在一碗泉自然植被固定区域按流动、半固定及固定沙丘采样,其采样依据与
上述植被盖度相一致。 分别采集结皮层、结皮下 10 cm深度及 50 cm深度的土壤样品。
1. 2摇 土壤理化性质分析
样品采集后,低温(4 益)状态下携带。 样品带回后,立即进行土壤理化性质的分析。 用酸度计(PB鄄10,
Sartorius)来分析水 /土(1 颐1,w / v)混合物 pH 值,土壤全碳和全氮使用 Dumas 燃烧法,在 1800 益燃烧测定
(GmbH VarioEL,Elementar Analysensystem)。
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1. 3摇 细菌的分离培养
采用 R2A培养基进行培养实验。 单个样品的土样在超净台中经混匀后,取 2 g土样置于灭菌处理的装有
18 mL生理盐水(0. 85% )和玻璃珠的三角瓶中,150 r / min摇振 30 min。 取悬液梯度稀释,取所要稀释浓度的
土壤悬液 0. 2 mL 涂布到直径 90 mm平板上,同一样品分别设置 3 个平行实验,置 25 益下培养 1 周后进行菌
落计数。 挑取不同颜色形态的菌落分离、纯化。
1. 4摇 可培养细菌的 16S rDNA PCR扩增
反应体系为 2U的 Taq DNA聚合酶 (MBI,Fermentas),1伊Taq buffer,2 mmol / L MgCl2,0. 2 mmol / L dNTP,
引物各 10 pmol。
引物 8F和 1492R(表 1)被用与细菌 16s rRNA基因的扩增,直接挑取分离、纯化所得菌落进行扩增,扩增
条件为:94 益预变性 2 min后进入 30 个扩增循环,每个循环包括 94 益预变性 1 min、58 益退火 1 min和 72 益
延伸 1. 5 min,最后在 72 益延伸 10 min。
1. 5摇 限制性内切酶分析(Amplified ribosomal DNA restriction analysis,ARDRA)
表 1摇 扩增和测序中使用的引物
Table 1摇 Primers utilized in PCR and sequencing
引物 Primers 序列 Sequences
8F 5忆鄄AgAgTTTgATCCTggCTCAg鄄3忆[11]
1492R 5忆鄄ggTTACCTTgTTACgACTT鄄3忆
27F 5忆鄄AgAgTTTgATCCTggCTCAg鄄3忆
517F 5忆鄄CCAgCAgCCgCggTAAT鄄3忆
907R 5忆鄄CCgTCAATTCCTTTgAgTTT鄄3忆
将 16S rDNA 扩增片段用识别 4 个碱基序列的 2
种限制性内切酶,即 HaeIII和 AluI(MBI,Fermentas)进
行双酶酶切。 反应体系 10滋L 扩增产物用 1. 5U 内切
酶。 在 37 益反应 16 h 后,反应产物在 2. 5%的琼脂
糖凝胶(Agarose gel)上进行电泳,分析带谱。
1. 6摇 16S rDNA 序列测定
将所有具不同带谱的 16S rRNA基因进行序列测
定,测序引物共 3 条:27F,517F 和 907F(表 1),共获
得的 30 条 16s rRNA基因几乎全长的序列,序列提交
至 GeneBank。
1. 7摇 序列比对及系统发育树的构建
将序列在 GenBank 数据库( http: / / www. ncbi. nlm. nih. gov)进行比对, 下载高质量最相似的序列进行系
统发育树的的构建。 通过软件 Clustal X进行多序列联配,使用 Jukes&Cantor 法计算进化距离,用邻位相连法
(neighbor鄄joining method)分析后通过软件 MEGA4. 1 构建系统发育树,通过 Bootstrap 法对树进行评估
分析[11]。
1. 8摇 相关性分析
运用 SPSS软件分析数据间的相关性。
2摇 结果
2. 1摇 可培养细菌数量特征
图 2 表明,在沙坡头区域,可培养细菌数量为 4. 1伊104—2. 8伊106 CFU / g。 以结皮中可培养细菌数量最
多,平均数量达 2. 1伊106 CFU / g。 在一碗泉区域,可培养细菌数量为 3. 7伊103—2. 1伊106 CFU / g,结皮中同样表
现出较高的微生物数量,平均数量达 1. 8伊106 CFU / g。 微生物的生物量与沙漠化修复程度有密切关系,可培
养细菌数量随沙漠化修复程度呈升高趋势;随采样深度的加深,可培养细菌数量呈下降趋势。 其数量特征在
人工植被固沙试验区与自然植被固定区之间并未表现出明显差异(P>0. 05),数量特征在不同土壤深度差异
显著(P<0. 05)。
2. 2摇 可培养细菌数量与土壤理化因子关系分析
图 3 为研究区域可培养细菌数量与土壤理化因子的相关性分析结果。 在人工植被固沙试验区与自然植
被固定区,以及在两个区域总体水平上,土壤样品中微生物数量均与 pH值、土壤全碳及全氮含量间均表现出
了较好的相关性。其中,微生物数量与pH值呈极显著负相关关系(P<0. 05) ,土壤微生物数量与土壤全碳、
075 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 2摇 可培养细菌数量特征
Fig. 2摇 Number of cultivable bacteria
图 3摇 可培养细菌数量与理化因子相关性分析
Fig. 3摇 Correlation analysis between cultivable bacteria and physical chemical factors
175摇 2 期 摇 摇 摇 张威摇 等:腾格里沙漠东南缘可培养微生物群落数量与结构特征 摇
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全氮含量呈极显著正相关关系(P<0. 05)。
2. 3摇 可培养细菌多样性
平板培养后,对可培养细菌外形、颜色等进行比对,挑选了 140 株形态不同菌落进行纯化,PCR 扩增后产
物进行酶切分析,根据结果对 30 株菌株进行 16S rDNA测序,序列已提交 Genbank数据库。
序列通过和 GenBank数据库中序列比对,构建系统发育树(图 4, 图 5),30 株具代表性的菌株归类为 18
个属,分属于 6 个系统发育组: 琢鄄变形菌 ( 琢鄄Proteobacteria), 茁鄄变形菌 ( 茁鄄 Proteobacteria), 酌鄄变形菌 ( 酌鄄
Proteobacteria),高 G+C革兰氏阳性类群(high G+C gram positive bacteria),低 G+C 革兰氏阳性类群( low G+C
gram positive bacteria),和噬纤维菌一黄杆菌一拟杆菌类群(CFB group bacteria)。
图 4摇 研究区域可培养革兰氏阴性菌系统发育树
Fig. 4摇 Phylogenetic dendrogram based on a comparison of the 16S rDNA sequences of the Gram鄄negative isolates from the study area
变形菌门细菌为革兰氏阴性菌。 研究区域可培养细菌多样性分布以 琢鄄变形菌为主,有 7 株已分离到的
275 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 5摇 研究区域可培养革兰氏阳性菌及 CFB类群系统发育树
Fig. 5摇 Phylogenetic dendrogram based on a comparison of the 16S rDNA sequences of the Gram-negative and CFB isolates from the
study area
菌株归类于该类群,分属于 6 个属。 其中菌株 sptzw29 归类于阿菲彼亚杆菌属(Afipia);菌株 sptzw09 归类于
拜纳蒙纳斯属(Balneimonas);菌株 sptzw11 和 sptzw16 归类为短波单胞菌属(Brevundimonas);菌株 sptzw33 归
类于副球菌属(Paracoccus),通过序列比对鉴定为 Paracoccus marcusii (序列相似度 99. 9% );菌株 sptzw02 归
类于叶杆菌属(Phyllobacterium),通过序列比对鉴定 sptzw02 为 Phyllobacterium trifolii(相似度 99. 9% );菌株
sptzw24 归类于鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)。
可培养细菌中,6 株菌株归类于 茁鄄变形菌,分属于 3 个属。 有 4 株菌株归类于紫色杆菌属(Janthinobacte鄄
rium),分别为菌株 sptzw13, sptzw14, sptzw18 和 sptzw26,其中菌株 sptzw13 鉴定为 Janthinobacterium
375摇 2 期 摇 摇 摇 张威摇 等:腾格里沙漠东南缘可培养微生物群落数量与结构特征 摇
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agaricidamnosum(序列相似度 99. 1% );菌株 sptzw31 归类于草螺菌属(Herbaspirillum),与该属最相近种 Her鄄
baspirllum seropedicae相似度仅为 96. 7% ,为草螺菌属未鉴定新种;菌株 sptzw04 归类为贪噬菌属(Variovorax),
为 Variovorax ginsengisoli(序列相似度 99. 1% )。
酌鄄变形菌仅发现两个属。 菌株 sptzw41 鉴定为不动杆菌属(Acinetobacter)的约氏不动杆菌(Acinetobacter
johnsonii)(序列相似度 99. 2% );菌株 sptzw22 为溶杆菌属(Lysobacter)细菌。
低 G+C 类群与高 G+C 类群为革兰氏阳性菌。 有 6 株分离到的菌株属于低 G+C 类群。 其中菌株
sptzw01,sptzw10 和 sptzw19 归类于芽孢杆菌属(Bacillus)。 菌株 sptzw01 通过序列比对,鉴定为为简单芽孢杆
菌(Bacillus simplex)(序列相似度 99. 9% );菌株 sptzw19 鉴定为巨大芽胞杆菌(Bacillus megaterium)(序列相似
度 99. 0% )。 菌株 sptzw07,sptzw08 和 sptzw28 归类于类芽孢杆菌属(Paenibacillus),菌株 sptzw28 序列与该属
最相近种比对最高相似度仅为 96. 2% , 为类芽孢杆菌属未鉴定新种。
研究区域分离到的 5 株可培养细菌归类于高 G+C 类群, 分属于节杆菌属(Arthrobacter)和微杆菌属
(Microbacterium)。 菌株 sptzw05,sptzw27,sptzw38 和 sptzw42 归类于节杆菌属(Arthrobacter),其中 sptzw05 经鉴
定为球形节杆菌 (Arthrobacter globiformis),序列相似度为 99. 79% ;sptzw38 鉴定为 Arthrobacter agilis,序列相似
度为 99. 72% ;sptzw42 鉴定为氧化节杆菌 (Arthrobacter oxydans), 序列相似度为 99. 79% 。 菌株 sptzw03 归类
于微杆菌属(Microbacterium),序列比对验证为该属 Microbacterium foliorum (序列相似度 99. 9% )。
4 株细菌序列归类为 CFB 类群, 分属于 3 个属。 菌株 sptzw12 和 sptzw17 归类于黄杆菌属
(Flavobacterium)。 菌株 sptzw06 归类于噬几丁质菌属 (Chitinophaga)。 菌株 sptzw06 归类于金黄杆菌属
(Chryseobacterium)。
研究区域可培养细菌中数量以节杆菌属和芽孢杆菌属为主。 其中节杆菌属所占比例随沙漠化修复程度,
从流动沙丘到固定沙丘,有降低趋势,所占比例最高达 69. 5% ,最低为 12. 8% 。 芽孢杆菌所占比例随沙漠化
修复程度有升高趋势,变化趋势与节杆菌属相反,最高达 60. 7% ,最低为 4. 7% (图 6)。 人工植被固沙试验区
与自然植被固定区之间变化趋势相同, 未表现出明显差异(P>0. 05)。 自然植被固定区,节杆菌属在结皮层
及 10 cm深度数量特征未表现出明显差异(P>0. 05),芽孢杆菌属在结皮层未表现出明显差异(P>0. 05)。
3摇 讨论
3. 1摇 微生物数量特征及其与土壤理化因子的关系
研究区域内,在人工植被固沙试验区与自然植被固定区之间可培养细菌数量没有表现出明显差异(P>
0郾 05),但均表现出了随修复程度加深而升高的趋势,同时其主要细菌类群的变化趋势亦相同。 人工固沙区
域虽然在土壤粘粒、土壤水分含量和土壤结皮厚度等方面恢复情况差于自然植被固定区[12], 但在微生物层
面已表现出相类似的结构特征,展现出较好的修复前景。
研究区域可培养细菌数量变化范围为 3. 7伊103—2. 8伊106 CFU / g,与世界范围沙漠生态系统中的数量变
化范围相一致[13]。 在智利阿塔卡马沙漠北部,土壤表层的可培养微生物数量极低,低于 100 CFU / g[14]; 而在
该沙漠南部边缘,可培养微生物数量变化范围较广,为 1. 7—2. 6伊106 CFU / g[15]。 突尼斯塔图因沙漠的相关研
究表明,其可培养微生物数量为 105 CFU / g[16]。 我国古尔班通沙漠结皮中可培养微生物数量为 1. 5 伊 106
CFU / g[17]。
研究区域表现出了微生物数量随沙漠化修复程度加深而升高的趋势,其原因是流动沙丘土壤贫瘠、生产
力低,严重的限制了微生物的生长; 而在沙漠化修复区域,地上植被种植年代越长,植物根系的分泌物亦增
多,土壤细粒物质增多,土壤养分增加,土壤的理化性质得到了改善,因此微生物数量也逐渐增加[7鄄8]。 可培
养细菌数量随采样深度的加深呈下降趋势,这与前人在其他地区的研究结果一致[7鄄8]。 研究认为这是因为土
壤浅层次有较丰富的氧气和阳光, 便于自养微生物进行正常的同化代谢,因此其数量较高[7]。
研究区域可培养细菌数量以节杆菌属和芽孢杆菌属为主,其中芽孢杆菌属含量随沙漠化修复程度呈升高
趋势,而节杆菌属含量随沙漠化修复程度呈降低趋势。 节杆菌属和芽孢杆菌属均为植物根际促生菌,能促进
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图 6摇 研究区域节杆菌属和芽孢杆菌属所占比例
Fig. 6摇 Arthrobacter and Bacillus in the ratio of CFU in study area
植物生长,提高植物抗性,并加速土壤元素循环等[18]。 芽孢杆菌在地表干旱贫瘠地区含量可接近 50% ,其具
有粘性夹膜,胶质鞘或厚的果胶质外壁,有的分泌大量粘液,这些具有粘性附属物的菌体和粘性质液,是构成
结皮的基础[4]。 同时其可促进枯枝落叶的分解, 加速土壤中有机质的转化,因此这可能是其随沙漠化修复程
度含量增加的主要原因。 而节杆菌属随沙漠化修复程度的变化规律暗示节杆菌属可能在结皮形成初期发挥
较为重要作用,但有关其在结皮形成及与植被相互作用的机理有待进一步研究。
研究结果显示,土壤微生物含量与土壤碳、氮含量呈显著正相关关系。 土壤碳、氮是土壤的重要组成部
分, 也是生态系统中极其重要的生态因子。 沙漠化修复能显著提高沙漠化地区土壤的碳、氮固定能力[19],而
土壤微生物作为生态系统的重要组成部分,参与土壤碳、氮元素的循环过程和土壤矿物质的矿化过程[20]。 同
时,土壤碳、氮含量可以直接对微生物的群落产生影响[21]。 因此,可培养细菌的数量与碳、氮含量的显著正相
关性正是微生物与土壤碳、氮相互作用的结果。 研究发现,沙漠化土壤微生物含量与土壤酸碱度呈显著负相
关关系。 土壤酸碱度是影响土壤改良进程的主要因素,它影响到土壤微生物的群落结构及活性,并对微生物
的有机质转换过程产生影响。 有机酸含量和细菌的数量是相互作用的关系,外部有机酸的供应直接影响着微
生物的活性,而微生物在自身的代谢过程中亦能释放出有机酸,进而提高了土壤中有机酸的含量[22]。
3. 2摇 微生物多样性结构特征
研究区域可培养细菌归类为 18 个属,分属于 6 个系统发育组:即高 G+C 革兰氏阳性类群,低 G+C 革兰
氏阳性类群,琢鄄变形菌,茁鄄变形菌,酌鄄变形菌和 CFB类群,其中 CFB类群含量较少。 许多已有研究也得到了相
类似结果。 Dunbar等[23]对美国亚利桑那洲北部干旱区域的研究中,通过培养方法仅发现了 3 个类群的菌株,
分别为变形菌门、革兰氏阳性菌(未区分高 G+C革兰氏阳性类群与低 G+C 革兰氏阳性类群)及 CFB 类群,其
575摇 2 期 摇 摇 摇 张威摇 等:腾格里沙漠东南缘可培养微生物群落数量与结构特征 摇
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中 CFB类群所占比例较小。 Chanal等[16]对突尼斯塔图因沙漠的研究中,分离出 31 株可培养细菌,主要归类
于高 G+C革兰氏阳性类群,琢鄄变形菌,酌鄄变形菌,低 G+C 革兰氏阳性类群和 CFB 类群,CFB 类群所占比例同
样较小。 Chowdhury等[24]对印度塔尔沙漠的研究也得到相似结果,以即高 G+C 革兰氏阳性类群,低 G+C 革
兰氏阳性类群和变形菌门细菌为主,同时还有较低含量的 CFB类群细菌存在。
通过 16s RNA序列鉴定,结合已知菌株功能,发现研究区域可培养细菌功能上具有多样性。 其中部分菌
株有对沙漠化修复起促进作用。 例如,阿菲彼亚杆菌属、拜纳蒙纳斯属和草螺菌属与植物根瘤的形成有密切
的关系[25]。 叶杆菌属是主要分布于植物根表的好氧细菌,对植物根生长有显著的促进作用[26]。 溶杆菌属细
菌可通过产生特殊胞外酶及抗生素来协助植物生长[27]。 芽孢杆菌属的巨大芽胞杆菌,是微生物肥料中重要
的菌种之一, 其作用是溶解土壤中的有机磷和部分无机磷,可以为植物生长提供养分[28]。
同时,本研究中也分离到了对沙漠化修复起抑制作用的菌株。 例如,分离到的短波单胞菌属和鞘脂单胞
菌属细菌为植物致病菌[29]、副球菌属和芽孢杆菌属为好氧反硝化菌[28]。 关于后者,虽然有研究者认为土壤
中好氧反硝化菌的反硝化作用远比厌氧反硝化菌的反硝化比率要低, 可能在土壤氮素转化方面不会起到主
要作用[30], 但在沙漠化修复过程中,土壤氮含量明显较低,而这种好氧反硝化菌的存在制约着沙漠化修复进
程中土壤氮元素的积累,进而影响到沙漠化修复进程。
沙漠化土地中还存在着病原微生物,如不动杆菌属[31]细菌。 近年来,大量流行病学研究表明,亚洲沙尘
事件与韩国及中国台湾地区的心血管及呼吸系统疾病的上升相关。 在这些沙尘颗粒中发现了脂多糖和 茁鄄葡
聚糖, 其中脂多糖是革兰氏阴性菌主要的膜成分,茁鄄葡聚糖是真菌的细胞壁组成成分,这两类物质可引起并
加重多种呼吸道疾病[32]。
研究区域还存在部分有潜在应用价值的菌种。 其中,紫色杆菌属为兼性好氧细菌,能够分泌色素, 很多
报道表明色素与细菌的抗逆特性相关[33]。 贪噬菌属细菌可以降解多种有机化合物,具有良好的环境治理的
价值[34]。 不动杆菌属的约氏不动杆菌具有聚磷作用,可产低温碱性脂肪酶,具有较好的应用价值[35]。
致谢:感谢中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙坡头沙漠试验研究站各位老师及同学在采样过程中及数
据提供方面的大力支持和帮助。
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775摇 2 期 摇 摇 摇 张威摇 等:腾格里沙漠东南缘可培养微生物群落数量与结构特征 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 2 January,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Dynamics of demersal fish species diversity and biomass of dominant species in autumn in the Beibu Gulf, northwestern South
China Sea WANG Xuehui, QIU Yongsong, DU Feiyan, et al (333)………………………………………………………………
Spatial variation in species richness of birds and mammals in mainland China
DING Jingjing, LIU Dingzhen, LI Chunwang, et al (343)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Comparative study on learning behavior and electroantennogram responses in two geographic races of Cotesia glomerata
WANG Guohong, LIU Yong, GE Feng, et al (351)
………………
………………………………………………………………………………
Biological characteristics and habitat requirements of Parnassius imperator (Lepidoptera: Parnassidae)
FANG Jianhui, LUO Youqing, NIU Ben,et al (361)
………………………………
………………………………………………………………………………
Annual variability in biological characteristics of Illex argentinus in the southwest Atlantic Ocean
FANG Zhou, LU Huajie, CHEN Xinjun, et al (371)
……………………………………
………………………………………………………………………………
The impact of run鄄of stream dams on benthic macroinvertebrate assemblages in urban streams
HAN Minghua, YU Haiyan, ZHOU Bin, et al (380)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Effect of suspended sediment on the feeding physiology of Pinctada martensii in laboratory
LI Zhimin, SHEN Yuchun, YU Nantao, et al (386)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Potential nutrient limitation of phytoplankton growth in the Western and Central Pacific Ocean
XU Yanqing, CHEN Jianfang, GAO Shengquan, et al (394)
………………………………………
………………………………………………………………………
Ingestion of selected HAB鄄forming dinoflagellates ZHANG Qingchun, YU Rencheng, SONG Jingjing, et al (402)……………………
Formation of aggregation by Phaeocystis globosa (Prymnesiophyceae) in response to high grazing pressure
WANG Xiaodong, WANG Yan (414)
……………………………
………………………………………………………………………………………………
Growth and reproduction of the green macroalga Ulva prolifera ZHANG Bixin, WANG Jianzhu, WANG Yifu, et al (421)…………
Screening of growth decline related genes from Alexandrium catenella ZHONG Jie, SUI Zhenghong, WANG Chunyan, et al (431)…
Analysis of inherent optical properties of Lake Taihu in spring and its influence on the change of remote sensing reflectance
LIU Zhonghua, LI Yunmei, LU Heng, et al (438)
…………
…………………………………………………………………………………
Neural network modeling of the eutrophication mechanism in Lake Chenghai and corresponding scenario analysis
ZOU Rui,DONG Yunxian, ZHANG Zhenzhen, et al (448)
……………………
…………………………………………………………………………
The compensatory growth of shrubby Pinus thunbergii response to the boring stress in sandy coast
ZHOU Zhen, LI Chuanrong, XU Jingwei, et al (457)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Selected body temperature and thermal tolerance of tadpoles of two frog species (Fejervarya limnocharis and Microhyla ornata)
acclimated under different thermal conditions SHI Linqiang, ZHAO Lihua, MA Xiaohao, et al (465)…………………………
Effects of landscape structure and key landscape factors on aphids鄄parasitoids鄄hyper parasitoids populations in wheat fields
ZHAO Zihua, WANG Ying, HE Dahan, et al (472)
…………
………………………………………………………………………………
Effects of cadmium on lipid peroxidation and ATPase activity of plasma membrane from Chinese kale (Brassica alboglabra Bailey)
roots ZHENG Aizhen (483)…………………………………………………………………………………………………………
Effects of ginger aqueous extract on soil enzyme activity, microbial community structure and soil nutrient content in the rhizosphere
soil of ginger seedlings HAN Chunmei, LI Chunlong, YE Shaoping, et al (489)…………………………………………………
Manganese tolerance and accumulation in mycelia of Cordyceps kyusyuensis
LUO Yi, CHENG Xianhao, ZHANG Congcong, et al (499)
……………………………………………………………
………………………………………………………………………
Influence of oxytetracycline exposure on antibiotic resistant bacteria and enzyme activities in wheat rhizosphere soil
ZHANG Hao, ZHANG Lilan, WANG Jia, et al (508)
…………………
……………………………………………………………………………
Effects of elevated nitrogen deposition on soil organic carbon mineralization and soil enzyme activities in a Chinese fir plantation
SHEN Fangfang, YUAN Yinghong, FAN Houbao, et al (517)
……
……………………………………………………………………
Differences in clonal growth between female and male plants of Rhus typhina Linn. and their diurnal changes in photosynthesis
and chlorophyll fluorescence ZHANG Mingru,WEN Guosheng,ZHANG Jin,et al (528)…………………………………………
Soil water holding capacity under four typical ecosystems in Wuyunjie Nature Reserve of Hunan Province
PAN Chunxiang, LI Yuyuan, PENG Yi, et al (538)
……………………………
………………………………………………………………………………
The effect of different land use patterns on soil properties in alpine areas of eastern Qilian Mountains
ZHAO Jinmei, ZHANG Degang, LIU Changzhong,et al (548)
…………………………………
……………………………………………………………………
Responses of soil macro鄄fauna to land desertification in sandy grassland LIU Rentao, ZHAO Halin (557)……………………………
Characteristics of cultivable microbial community number and structure at the southeast edge of Tengger Desert
ZHANG Wei,ZHANG Gaosen,LIU Guangxiu,et al (567)
………………………
…………………………………………………………………………
Physiological and ecological responses of maize to different severities of desertification in the Southern Taklamakan desert
LI Lei,LI Xiangyi,LIN Lisha,WANG Yingju,et al (578)
……………
…………………………………………………………………………
Characterization of caloric value in fifteen plant species in Leymus chinensis steppe in Xilin River Basin,Inner Mongolia
GAO Kai, XIE Zhongbing, XU Sutie, et al (588)
……………
…………………………………………………………………………………
Spatial pattern responses of Achnatherum splendens to environmental stress in different density levels
ZHANG Mingjuan, LIU Maosong, XU Chi,et al (595)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of environmental factors on species distribution and diversity in an Abies fargesii鄄Betula utilis mixed forest
REN Xuemin, YANG Gaihe, WANG Dexiang, et al (605)
……………………
…………………………………………………………………………
Effects of alginate cerium complexes on ascorbate鄄 glutathione cycle in spinach leaves under chlorpyrifos stress
LUAN Xia,CHEN Zhende,WANG Dongfeng,et al (614)
………………………
……………………………………………………………………………
Analysis on spatiotemporal changes of urban thermal landscape pattern in the context of urbanisation: a case study of Xiamen
City HUANG Jucong, ZHAO Xiaofeng, TANG Lina, et al (622)…………………………………………………………………
The analysis of the green vegetation cover change in western Sichuan based on GIS and Remote sensing
YANG Cunjian, ZHAO Zijian, REN Xiaolan, et al (632)
………………………………
…………………………………………………………………………
An inventory of BVOC emissions for a subtropical urban鄄rural complex: Greater Taizhou Area
CHANG Jie, REN Yuan, SHI Yan, et al (641)
…………………………………………
……………………………………………………………………………………
Scientific Note
Litter decomposition and nutrient dynamics of Carex lasiocapa under different water conditions
HOU Cuicui, SONG Changchun, LI Yingchen, et al (650)
………………………………………
………………………………………………………………………
Nest鄄box color preference and reproductive success of great tit ZHANG Keqin, DENG Qiuxiang, Justin Liu, et al (659)……………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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生摇 态摇 学摇 报
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(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 2 期摇 (2012 年 1 月)
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Vol郾 32摇 No郾 2摇 2012
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