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目 录

摘要

Abstract 3

1 前言 4

2 实验方法与材料 4

2.1 田间实验概况 4

2.2 模拟辐射减弱试验设计 5

2.3 田间管理和取样 5

2.4 微生物多样性的测定方法 5

2.4.1 biolog微平板法 5

2.5数据处理 6

3 结果与分析 8

3.1 土壤微生物利用碳源的动力学特征 8

3.2 太阳辐射减弱对土壤微生物群落功能多样性指数的影响 8

3.3 太阳辐射减弱下土壤微生物对不同类型碳源的利用强度的影响 9

3.4 土壤微生物碳利用功能多样性主成分分析 9

3.5 不同太阳辐射下土壤微生物的PLFA分析 12

4 结论与讨论 15

4.1 结论 15

4.1.1 碳利用 15

4.1.2 不同碳源利用 15

4.1.3 群落组成 15

4.1.4 多样性指数 15

4.2 讨论 16

参考文献 17

致谢 19

太阳辐射减弱对麦田根际土壤微生物多样性的影响

李琦瑶

，China

Abstract: We used the shade net to simulate the influence of solar radiation on soil microbial diversity in the rhizosphere of wheat field.Solar irradiance was reduced by 20%，40%，and 60%，respectively，with unshading as controls．The catabolic ability of single carbon source was measured by BIOLOG ECO Micro-Plate．Soil microbial diversity index and principal

component analysis ( PCA) were calculated to study the effects of different solar radiation on the microbial community diversity. The diversity of microbial community structure under different solar radiation was determined by PLFA spectroscopy. The results showed that: 1) The lower decomposition rate and total amount of carbon source were caused by the decrease of the solar radiation. When the radiation flux is reduced to a certain extent, the utilization of most of the carbon source is significantly reduced. And the metabolism of carbohydrate was the most affected by radiation weakening, and the variability was the highest. 2) The diversity of functional diversity of microbial community did not change significantly, so it was affected by other major environmental factors. 3) With the decrease of solar radiation, the content of bacteria, actinomycetes and protozoa in wheat rhizosphere soil decreased, and the content of fungi increased. Soil microbial community diversity and homogeneity decreased. The results showed that the microbial carbon metabolism and community structure of wheat rhizosphere soil were affected by the weakening of surface solar radiation, which provided a reference for the effect of atmospheric environmental change on soil micro-ecology.

Keywords: reduced solar radiation; soil microbial diversity; BIOLOG; PLFA

1 前言

地球所接收到的太阳辐射是地球大气运动的主要能量来源，也是地球光能和热能的主要来源，而抵达地表的太阳辐射是地球生命的最终能量源泉，是影响气候和环境变化的重要因子^[1][2]。到达地表的太阳辐射量的变化较大，这是由于太阳辐射到达地表的过程中，大气的吸收作用和散射作用引起的^[3]。近年来，中国的某些地区直接辐射量下降可能与大气混浊度增加和大气中悬浮颗粒浓度增长有直接关系^[4]。由于城市的发展，空气污染物浓度增加，大气混浊度增加，导致到达地球表面的太阳辐射量发生变化^[5]。目前，地表太阳辐射减弱的现象成为科学家们和大众所关注的重要环境问题之一。

土壤微生物种类丰富且数量巨大^[6]。微生物是土壤生态系统的重要组成部分，在很多方面都起着重要作用，例如动植物残体的分解、氮的固定、养分循环、土壤结构与病虫害防治等^[7]。微生物的群落结构和多样性在一定程度上与土壤的基本状况有着密切的联系。研究微生物的群落组成结构和多样性在一定程度上能够探讨土壤生态系统的影响因素及这些因素的作用机理，具有很重要的理论和实践意义。

光合有效辐射会随太阳辐射改变而改变，这会导致植物的光合作用受到抑制，而使作物产量减少，并改变C、N在植物中的分配^[8-10]，也改变了土壤中植物根的分泌物以及凋落物的组成成分和数目，改变了土壤湿度、温度和酸碱度^[8]，这将对土壤环境产生影响，从而影响土壤微生物的多样性。

目前，对辐射减弱产生的影响的研究,主要是通过弱光和遮阴等实验方法实现辐射减弱的模拟^[11]。目前的研究更多关注辐射减弱对植物或作物的影响，如在弱光环境中生长的植物会产生适应性反应，这些反应包含形态、结构、生理生化过程和基因表达各个方面^[12][13]。遮荫对小麦产量的研究发现,花后遮荫处理,遮荫期间植株茎中非结构性碳水化合物干重明显减少^[14]。然而，辐射减弱对土壤微生物影响的相关研究相对较少。有相关研究表明，辐射减弱，微生物对大多数碳源的代谢能力减弱^[8]。本文将通过实验，研究太阳辐射减弱对土壤微生物的种类组成、代谢功能、群落结构几方面的影响。这可以为探讨大气的环境变化对土壤微生态的影响提供理论依据。

2 实验方法与材料

2.1 田间实验概况

2013年1月，于农气站开始冬小麦生长季的田间观测实验。该地位于32.16°N，118.86°E，供试土壤的为壤质黏土，其耕作层的土壤黏粒含量为26.1% ，土壤 pH( H2O) 6.2，有机碳含量为 19．4 g·kg^{－ 1，}全氮的含量为 1．15 g·kg^{－ 1}。

2.2 模拟辐射减弱试验设计

遮荫网采用不同透光度的黑色聚乙烯，支柱采用镀锌钢管，搭建成立方体 （3 m×3 m×3 m ）两遮荫棚之间间隔3m。用铁丝在遮荫棚的顶部搭建能向上下调节的网，以对遮荫网起支撑作用。用总辐射表（ TBQ-2 型）监测不同处理下，可到达小麦冠层的太阳辐射总强度，使不同遮光处理下的辐射透过梯度为20%，40%，60%，100%（100%为对照组，对照样地为完全自然环境）。共4 个处理，每个处理重复3次。且遮荫网和小麦冠层之间的距离应随着冬小麦生长高度变化适当调节，此外根据情况更换遮荫网，保证到达小麦冠层的太阳总辐射的变化不超过±5%。以此为实验条件模拟辐射减弱，研究其对生长季麦田土壤根际微生物多样性的作用。

2.3 田间管理和取样

供试作物为扬麦6号。分别于 2012年12 播种，3月开始遮荫，4月采集根际土壤样品。根据实验室五点取样法进行取样，然后在每一点分别选取 5 株小麦，挖出小麦在20 cm以下的根系区土样，舍去根系外围的土壤，取附着于根表的土样，混合，再用四分法，取出适量根际土带回实验室，用于后续实验研究的测定。

2.4 微生物多样性的测定方法

2.4.1 biolog微平板法

Biolog Eco Plates TM 技术是利用酶联免疫吸附剂测定（ELISA）的方法^[15]，用于测定微生物对碳源利用多样性。每块Biolog 微平板上有96个孔，每32个孔是一个重复，有3个重复，每个重复包括 31 个单一碳源孔和1个对照孔，对照孔仅添加指示剂和水，其余的31个孔都添加了单一碳源和四唑染料。biolog微平板法中，每个微平板孔中都被接种了土壤溶液，且在一定的条件下培养一段时间，因为微生物对单一C源利用程度不同，产生不同生物化学反应，导致不同孔内的溶液出现了不同程度的颜色变化，从而测定微生物对C源利用能力的差异^[16][17]，进而显示微生物功能多样性。

操作步骤: (1)不同处理下抽穗期，各称取10g新鲜土壤于4个已灭菌的三角瓶中，加入90mL无菌NaCl溶液(0.85% ),用无菌棉塞住瓶口。（2）在摇床振荡(200 r·min^{－ 1}) 30 min。（3）在超净工作台，用无菌NaCl溶液( 0.85% )将其 稀释到 10^{－ 3}。经离心操作将稀释液中残留的土壤去除后取上清液，用于接种。（4）将稀释了1000 倍的菌液用8通道加样器加入 Biolog 生态板上，每孔150μL，每样3次重复。（5）将已经接种的Biolog 生态板放置于恒温培养箱中25 ℃培养10天。每隔24 h，用 Biolog微平板读数器读取吸光值（590nm波长处）。

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