《酸性農田土壤氨氧化古菌的生態位分異研究》是依託南京師範大學，由韓成擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：酸性農田土壤氨氧化古菌的生態位分異研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：韓成
- 依託單位：南京師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氨氧化古菌（AOA）的發現是全球氮循環研究的重大突破，研究表明AOA在酸性土壤硝化作用中發揮重要作用。然而，Group 1.1a-associated、Group 1.1b等不同AOA類群對底物濃度、pH等環境因子的回響和適應性明顯不同，其生態位分異也較為複雜。本研究擬選取長期施無機肥處理和不施肥處理的酸性土壤為研究材料，基於原位調查和實驗室模擬微域培養，採用穩定同位素核酸探針和454高通量測序技術分析古菌amoA和16S RNA基因序列，從高通量水平上研究長期施無機肥處理對酸性土壤AOA群落（特別是功能“活躍的”AOA類群）的影響；本研究還設定酸性和中性環境的微域培養實驗，分析不同AOA類群在酸性和中性環境中的生長及功能活性，研究AOA對pH環境的選擇適應性。該研究結果有望推進對酸性農田土壤AOA群落分布、生理代謝、環境適應性等生態位特徵的認識，深化對酸性土壤微生物驅動氮素循環的認知。
結題摘要
氨氧化古菌（AOA）的發現是全球氮循環研究的重大突破，研究表明AOA在酸性土壤硝化作用中發揮重要作用。然而，Nitrosotalea、Nitrososphaera等不同AOA類群對底物濃度、pH等環境因子的回響和適應性明顯不同，其生態位分異也較為複雜。本研究選擇長期定位施無機肥的酸性旱地和稻田土壤為研究材料，基於土壤原位調查和實驗室模擬微域培養，聯用穩定同位素核酸探針技術、DNA高通量測序技術等前沿分子生態學研究技術，研究長期施無機肥對“功能活躍”的氨氧化微生物群落的影響，從生態功能和宏基因組角度明確不同的“功能活躍”氨氧化古菌類群（Nitrosotalea和Nitrososphaera）在不同施肥處理稻田土壤中的生態位分異及其對pH環境的選擇適應性。本研究主要研究結果如下：（1）長期施肥后土壤總氮含量的提升顯著刺激自養硝化活性；以Nitrososphaera為主的AOA在酸性旱地土壤硝化作用中發揮了重要作用，施有機肥土壤pH上升及C/N下降刺激了Nitrosospira（AOB）生長，從而改變了酸性旱地土壤中活躍的自養硝化微生物類群。（2）13C-穩定同位素核酸探針技術研究發現長期施肥改變了酸性旱地土壤中“功能活躍”的氨氧化微生物類群，CK處理中AOA和AOB均有活性；近30年的氮肥施加（N和NPK）土壤中AOA活性占據主導、AOB活性消失；而施有機肥處理（OM）土壤中AOB活性占據主導、AOA活性消失；且隸屬Nitrosotalea的AOA和隸屬於Nitrosospira Cluster 3、Cluster 9的AOB是酸性旱地土壤中“活躍的”氨氧化微生物類群。（3）稻田土壤中“功能活躍”的氨氧化微生物群落對於長期施肥的回響與旱地土壤不同。長期施化肥沒有顯著影響酸性稻田土壤硝化活性及AOB活性，但改變了“活躍的”AOA類群。（4）田間原位實驗發現Nitrososphaera在酸性和中性旱地土壤中都能發揮主導作用，且室內模擬實驗也證明上述現象，即Nitrosotalea類群營嚴格嗜酸性生長；而Nitrososphaera類群既能嗜酸性生長，也能嗜中性生長。上述研究結果打破了研究者對於AOA群落分布及生態功能的一貫認識，也明確了驅動酸性土壤微生物群落變化的關鍵環境因子，拓展了人們對土壤氨氧化微生物類群生態位特徵的認識。
