微生物多样性分析精选(九篇)

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第1篇：微生物多样性分析范文

关键词： DNA提取 土壤 微生物多样性

土壤是微生物生活的主要场所，蕴含着丰富的微生物资源并表现出高度的多样性，据估计每克土壤中含有4000-7000种近109个细菌细胞，含有几千到上百万种不同的基因组信息。长期以来，对土壤微生物的研究仅限于极少部分可培养的微生物，而这种可培养的微生物还不到自然界微生物总量的1%，实际上绝大多数环境微生物都是不可或很难被培养的，利用传统的培养方法研究土壤微生物多样性，具有很强的偏好性。随着发展起来的宏基因组学利用分子生物学的研究方法绕过培养方法来研究微生物多样性及功能这一局限，为土壤微生物研究开辟了新的道路[1]。而宏基因组学技术在研究土壤微生物方面的关键第一步是提取DNA。

提取高浓度、大片段、多样性程度高、具有代表性的土壤微生物总DNA对土壤微生物多样性研究至关重要。然而，土壤是一个非常复杂的异质体系，其中含有的腐植酸及腐植酸类似物、酚类化合物、重金属离子等，在DNA提取过程中如不能有效去除，将直接影响后续的PCR扩增、核酸杂交、内切酶消化等分子操作[2]。土壤微生物DNA的提取纯化是一个耗时、繁琐的过程，许多学者一直在探索更加快速、高效、低成本的土壤DNA提取方法。下面就近年来已发表的国内外DNA提取相关方面的文献，对DNA提取作了些论述。

一、土壤DNA

土壤中的DNA主要存在于细胞核内，核内DNA占整个细胞DNA量的90%以上，核外DNA主要有线粒体DNA和质粒DNA，因此，土壤DNA提取主要获得的是核内DNA[3]。

二、影响土壤DNA提取的主要因素

影响土壤DNA提取的因素主要有以下几点：1）DNA与土壤环境基质的相互作用。DNA与粘土矿物、高含量有机质等之间的吸附会降低DNA提取产量。2）DNA共提取物。土壤中含有的腐植酸及腐植酸类似物、酚类化合物、重金属离子等对土壤DNA提取存在影响，限制性内切酶活性在共提取的腐植酸浓度为0.8-51.71μg/mL时就受到抑制，且Taq聚合酶对腐植酸具有高抑制敏感性[4]。3）DNA的降解、损失或损伤。土壤样品保存方法不当，会导致微生物细胞降解或DNA降解，如土壤样品储存在4℃下3周，高分子量DNA显著减少[5]；还有DNA提取过程越繁琐或步骤越多，DNA损失就越多，DNA提取过程中的剪切力也会对DNA分子会造成损伤。4）细胞不完全裂解。

三、土壤DNA提取方法

土壤样品的DNA提取，通常包括细胞裂解、细胞碎片的去除和核酸的沉淀与纯化三个步骤。根据微生物细胞是否需要从他们的环境基质中分离出来，可将DNA提取方法分为直接法和间接法，直接法耗时短且具有更好的DNA恢复率，可以获得更好体现样品微生物多样性的代表性DNA，从而直接法得到更为普遍的应用[6]。

已经出现了很多被接纳并广泛使用的土壤DNA提取方法，可以说这些方法被当作了标准。其中，Zhou 等[7]于1996年提出了一种多元组成土壤DNA恢复方法，该研究为应对某一具体的土样提供了指导便于选择适当的DNA提取和纯化方法。有人在此基础上，改进了方案，来提取几种性质不同的土壤样品DNA，并得到了较好的结果[8]。而有些土壤样品来自于极端环境或由于本身特性，提取出满足用于分子分析的DNA比较困难。这时结合使用不同的细胞裂解方法就显得特别重要（常见的细胞裂解方法见表1）。例如引进土壤预洗涤程序用于提取一般有机质（腐植酸）和金属离子含量比较高的森林土样DNA，DNA提取产量和质量可以得到改善[9]。风沙土壤本身微生物数量较低，需要采取特殊的土壤处理方法，以获得足够产量的DNA，张颖等人也报道了一种风沙土壤微生物总DNA提取方法，获得的DNA可直接用于PCR分析[10]。还有，一些极端环境如火山土壤样品DNA提取面临着粘土和其他矿物含量高的难题，Ruth M.Henneberger等[11]尝试了各种提取方法，最终成功地提取到了效果较好的DNA，这都证明了结合使用不同提取处理的重要性。

DNA提取技术除了在土壤样品上的应用外，还有很多其他的环境样品如沉积物、堆肥、植物组织、动物标本、消化物或粪便、骨骼牙齿、化石冰与冻土、碳酸盐岩石、唾液等。另一方面，DNA提取技术的不断发展与成熟也促进了市场上出现了许多各种各样的商业化DNA提取试剂盒。S.M. Dineen等[12]比较了6种商业DNA提取试剂盒用于三种土样细菌孢子的DNA提取，结果表明FastDNA？SPIN kit提取DNA产率最高，而E.Z.N.A.？Soil DNA和PowerSoil？DNA Isolation kits在去除壤土提取物中PCR抑制物方面表现出最高的效率。

以上所诉的大多属于直接法，直接法虽然产量高，但是纯度一般较低，有时需要进一步的纯化，获得的DN段也较小；相对而言，间接法虽然需要另外的特殊处理材料和足够的土壤数量，耗时长，但获得的DNA纯度高、长片段多，且含有更少的真核基因序列，在进行深入的微生物群落测序和克隆构建福斯质粒文库方面，间接法是一个有用的方法[13]。

四、土壤DNA提取方法对土壤微生物多样性分析的偏差影响

已报道的从土壤中提取DNA的方法有很多种，但大多数只适用于有限的土壤类型，这些核酸提取方法也会有复杂的低效性，不可避免地会引进各自的偏差[14]。Jan Dirk van Elsas等[15]比较分析了四种提取方法获得的DNA多样性，发现方法对表观丰度和群落结构有明显的影响，其中，通过两种方法获取土壤DNA得到了一种迄今未描述的放线菌组。为了改善宏基因组方法，研究DNA提取偏差以及提供一些工具便于评价不同组的丰度，Tom O.Delmont等[16]人也设计并开展了实验，他们的工作强调了提取的DNA库与目前无法获取的完整土壤宏基因组之间的不同。

目前，绝大多数土壤微生物基因组总DNA提取时采用的是一次裂解，而一次裂解并不能得到较为完全的土壤宏基因组，因此一般基于提取的DNA分析获得的土壤微生物多样性可称为表观土壤微生物多样性。为了尽量获取完整的土壤样品DNA，Larry M.Feinstein等[17]在评估了一个常用土壤DNA提取试剂盒时，改变了细胞裂解方案，对粘土、砂土和有机质土壤子样品进行多次连续DNA提取，得出大部分DNA能够通过前几次提取获得，并且通过集中三次连续提取，DNA提取的偏差可以得到很大程度降低。同样，郭等的实验结果也证实了这点，土壤DNA的3次连续提取最低回收率占5次连续提取的76%以上，而且与新鲜土壤相比，风干过程显著降低了土壤微生物丰度，但利用风干土壤中微生物丰度的变化趋势反映新鲜土壤中微生物数量变化规律具有一定的可行性，这也为使用风干土壤进行土壤微生物多样性研究提供了一定的依据[18]。

五、讨论与展望

对于同一份土壤样品，不同的DNA提取方法获得的DNA往往具有差异而表现出方法特异性。DNA提取也会有复杂的低效性，土壤宏基因组DNA的不完全提取，土壤中的腐植酸、蛋白质等物质对PCR的抑制，这些都会对土壤微生物多样性造成偏低的评估，提取的土壤DNA质量将直接影响到后续的分子生物学分析的真实性。目前，没有一种DNA提取方法适用于所有类型的土壤样品，在面对一些棘手的土壤样品DNA提取时，可采取一些不同的提取方法。

土壤DNA提取是进行土壤分子生物学分析的关键步骤，也是一个限制步骤。随着PCR芯片和高通量测序技术的不断发展和应用，对大批量土壤样品DNA的快速获取也变得迫切需求。虽然市场上出现的商业DNA提取试剂盒已为土壤DNA的获取提供了不少方便，但在应对较多的土壤样品量，还是需要消耗较多时间来手工操作，缺乏自动高效性。 因此，必须寻求更加高效的DNA提取方法。■

参考文献

[1] 钮旭光，韩梅，韩晓日. 微生物学通报，2007， 34（3）：576-579.

[2] 宋培勇，马莉莉. 安徽农业科学，2010，38（24）：12978-12980.

[3] 郑璐，高乃云. 科技信息综述，2010，36（5）：175-178.

[4] C C Tebbe and W Vahjen. Appl. Environ. Microbiol， 1993， 59（8）：2657.

[5] C.C. Tien， C.C. Chao， and W.L. Chao， Jounal of Applied Microbiology， 1999，86：937-943.

[6] C.L. Roose-Amsaleg， E. Garnier-Sillam， M. Harry. Applied Soil Ecology， 2001， 18：4760.

[7] Jizhong Zhou， Mary Ann Bruns， and James M. Tiedje. Appliedand Environmental Microbiology， 1996， 62（2）：316322.

[8] 张海燕，王彩虹，龚明福，等. 生物技术通报，2009，（8）：151-155.

[9] Jizheng He， Zhihong Xu， Jane Hughes. Soil Biology & Biochemistry， 2005， 37：23372341.

[10] 张颖， 曹成. 东北大学学报，2010，31（11）：1640-1643.

[11] S.M. Dineen， R. Aranda IV， D.L. Anders， and J.M. Robertson. Journal of Applied Microbiology， 2010， 109：1886-1896.

[12] Tom O. Delmont et al. Journal of Microbiological Methods， 2011， 86：397-400.

[13] ？zgül Inceoglu et al. Appl. Environ. Microbiol， 2010， 76（10）：3378.

[14] Tom O. Delmont et al. Appl. Environ. Microbiol， 2011， 77（4）：1315.

[15] Larry M. Feinstein， Woo Jun Sul and Christopher B. Blackwood. Appl. Environ. Microbiol， 2009，75（16）：5428.

第2篇：微生物多样性分析范文

长期大量施用化肥、农药,导致土壤板结,易缺氧,土壤酶活性及微生物多样性降低。近年来,上海都市农业生产发展迅速,尤其是蔬菜生产,在实际生产中,大部分菜农为了片面追求高产而忽视品质,大量使用化肥,特别是氮肥的过量施用现象非常普遍。然而,近年来国家统计数据显示,我国农业资源消耗,包括化肥、农药等的用量增长速率与农业增产量不呈正比,并导致品质下降[14]。相关研究调查显示,这些化肥的利用率仅为35%左右,其余未被利用的大部分都变成了污染源,造成水体、空气和土壤污染等环境问题[58]。为了解决农作物高产与化肥过量施用而引起环境污染之间这一突出矛盾,农业部都市农业(南方)开放重点实验室开展了长期的农田污染源头控制与过程治理的研究工作,并且创新开发出了一种农用功能微生物菌剂。本试验以该微生物菌剂为试验材料,应用于叶菜类菠菜,探讨化肥减量化技术对菠菜营养吸收利用的影响,研究微生物菌剂对菠菜的促生效应,并应用PCR-DGGE(变性凝胶梯度电泳)等现代分子生物学的手段[89],研究化肥减量与微生物菌剂配施处理方式对土壤微生物种群多样性的影响,旨在为从源头控制农业面源污染,保护水源地生态健康,减少化肥用量,推广环保节能的农用混合微生物菌剂提供理论基础和试验参考。

1材料与方法

1.1供试材料与试验设计

供试菠菜品种为河北佳禾种子公司提供的大叶菠菜;供试菌剂由河北省科学院微生物研究所提供的硅酸盐菌剂和上海交通大学农业部都市农业(南方)重点开放实验室分离纯化培养的自生固氮菌液,二者进行混合培养而形成的混合菌液。该混合菌液具有溶磷、解钾及固氮等功能,主要菌株为Paenibacillusmucilaginosus和Bacillussubtilis,有效活菌数大于2×108cfu•mL1。选用直径30cm、高30cm的花盆。试验前每处理每盆等量施用30.55g有机肥,有机肥的有机质含量≥400g•kg1,N、P、K含量≥80g•kg1,含N43.6g•kg1,含水率27.55%,pH7.85,Cd含量7.23mg•kg1,Pb含量78.24mg•kg1,Cr含量116.43mg•kg1,As含量54.23mg•kg1。有机肥与土壤拌匀。本试验共设6个不同处理,每处理设3个重复(见表1)。菠菜定植密度为7株•盆1。试验所用氮肥为尿素,磷肥为过磷酸钙,钾肥为硫酸钾以及上海雨霖牌生物有机肥料。第1季菠菜从2010年11月20日播种开始,到2011年1月24日收割结束;第2季从2011年3月8日到2011年5月5日。供试土壤采自上海交通大学农业与生物学院试验田,土壤类型为褐壤土,试验前土壤理化性质背景指标测定如下:土壤全氮、有效磷、速效钾、有机质含量分别为1.117g•kg1、0.212mg•kg1、125.00mg•kg1、12.40g•kg1,电导率(Ec值)为1.84mS•cm1,pH为7.25。试验期间人工浇水,根据菠菜不同生长期的需要,每1~5d浇水1次。

1.2菠菜测定分析

在第1季菠菜六叶期(2010年12月20日14:00)和营养生长后期(2011年1月24日14:00),每盆随机抽取3株,挑选每株新长出的成熟叶片,使用SPAD-502仪测定叶绿素含量SPAD1和SPAD2。2011年1月14日下午,用OSI-FL叶绿素荧光仪、经暗适应30min后,测定菠菜叶片叶绿素荧光参数,每处理9次重复。2011年1月24日,菠菜收割当天,用紫外分光光度法测定菠菜可食部分硝酸盐含量,每样品3次重复。电子天平计量菠菜收割产量,每盆单独收割测产;菠菜N、P、K含量由上海交通大学分析测试中心测定,其中N使用Elementer公司元素分析仪(EAI)测定,P、K使用离子光谱仪(ICP)分析测定,每个样品3次重复。

1.3土壤样品采集与处理

试验期间,分别在菠菜六叶期(2010年12月20日)和营养生长后期(2011年1月24日)两次采集土样。使用不锈钢取土器采集0~15cm土层,部分土壤放于20℃冰箱冷冻保存,另一部分土壤样品风干后研磨,分别过2mm筛和0.45mm筛,塑料袋封装保存,待测。

1.4土壤微生物分析

1.4.1土壤总DNA的提取、16SrDNAV3区片段PCR扩增

每个样品取0.5g土样提取DNA,本试验采用Omega公司生产的soilDNAKit提取土壤微生物基因组DNA,按试剂盒使用说明的操作步骤进行。将纯化后的基因组DNA作为聚合酶链反应(PCR)的模板。采用微生物16SrDNA基因V3区具有特异性的引物对F341GC和R517,其序列分别为:（略）。GC夹(下划线)的目的是为了防止在DGGE过程中,引物的完全分离的扩增。反应体系为50μL,PCR反应采用降落PCR策略,即:预变性条件为96℃5min,前20个循环为94℃1min,65~55℃1min和72℃3min(其中每个循环后复性温度下降0.5℃),后10个循环为94℃1min,55℃1min和72℃3min,最后在72℃下延伸7min。PCR反应的产物用1.0%琼脂糖凝胶电泳检测。

1.4.2DGGE和染色

采用DcodeTM突变检测系统(CBS)对16SrDNAV3区扩增产物进行DGGE分析。使用梯度胶制备装置,变性剂浓度从30%到60%(100%的变性剂为7mol•L1的尿素和40%的去离子甲酰胺),聚丙烯酰胺凝胶浓度为8%;在150V的电压下,上样量为18μL。其运行条件为:0.5×TAE电泳缓冲液,60℃电泳条件下,150V,10h。电泳完毕后,再用去离子水漂洗,固定15min,染色15min,显色10min。在图像处理过程中,对于在DGGE电泳图上是肉眼可见、但被软件忽略掉的一些小条带进行了手动处理,条带的密度由该软件自动算出。

1.4.3指纹图谱的处理与分析

基于PCR-DGGE的基本原理,所扩增的DGGE条带的数量可代表群落DNA序列的丰富度(S),群落DNA序列的多样性可采用Shannon-Weaver指数及其均匀度指数来表示,Shannon-Weaver指数及其均匀度指数计算公式为:（略）。

1.5数据统计分析

采用Excel2003及SPSS13.0进行数据处理及统计分析,用单因素方差分析及邓肯检验(DMRT)对数据进行显著性差异分析。采用Bio-rad公司Quantityone软件的UPGAMA程序进行微生物群落的聚类分析。

2结果与分析

2.1菌剂处理对菠菜生长特性和产量的影响

2.1.1对菠菜营养状态的影响

通过对菠菜叶片叶绿素含量进行测定结果显示(表2),不同施肥处理间差异明显。各处理相比,就两次测定的叶绿素含量的变化,T2、T3、T4、T5处理增幅较大,其中T1增加24.2%,而T5则达到45.6%。最后测定各处理的叶绿素含量差异为:T5>T4>T2>T3>T1>>CK。结果说明,化肥对叶绿素合成量的影响在菠菜生长前期影响更为明显,且常规化肥处理(T1)为最大;而在生长后期,随着微生物菌剂在环境中的定植与适应,在土壤中繁殖量显著提高,活性显著增强,对菠菜的作用逐渐显现,相反,化肥的作用却呈下降趋势,从而导致最终化肥减量20%和40%的处理比完全用化肥的叶绿素含量要高。可见,化肥作为速效性肥料对菠菜生长影响较快,作用时间较短,成本较高;而菌剂与化肥的混施,不但更能提高叶绿素含量,且作用时间长,成本也更低。Fv/Fm指标反映菠菜叶绿素荧光动力学参数,是叶片光合系统II原初光能转换效率,即可变荧光产量与最大荧光产量之比。测定结果显示,相比对照处理,使用菌剂的T2、T3、T4和T5处理的Fv/Fm都有所提高,其中T3达到0.797,比对照提高0.012,处理间差异显著。由此可见,菌剂处理的菠菜在营养生长中的光能转化能力优于不施肥CK。添加微生物菌剂的处理与纯粹使用化肥的T1处理差异不显著。菠菜对化肥及土壤中N、P、K等养分的吸收直接表现为各元素在植株体内的含量。由表2可知,在收割期,各处理间菠菜N含量存在显著差异。以T2和T3最高,T5和T4次之,CK处理最低,且T2处理较CK处理的增幅为100%。由此可见,菌剂处理后,固氮菌提高了植株N含量,也就是提高了N吸收,减少了N损失。菠菜收割后植株P、K含量以T1处理为最低,分别约为35.3g•kg1和56.5g•kg1,且明显低于CK的45.8g•kg1和69.9g•kg1,表明在生长后期,T1处理的菠菜对P、K的吸收较少,土壤中有效磷和速效钾含量低。相比T1处理,T2和T5处理反而有所提高,表明硅酸盐菌的溶磷、解钾作用促进了菠菜对P的吸收利用量,使菠菜P含量较纯化肥处理的T1要高。微生物菌剂的两种菌各自发挥了其主要功能,固氮菌保持了较低氮肥使用条件下的高N含量,硅酸盐菌确保了较低磷肥和钾肥使用条件下的高P、K含量。

2.1.2对菠菜硝酸盐含量的影响

收割后将菠菜全株(包括根、茎、叶)捣碎后测定硝酸盐含量。由表3可知,与不施肥(CK)处理相比,施肥处理对菠菜硝酸盐含量影响较大,使硝酸盐含量显著增加。其中,T1处理的硝酸盐增量最为明显,达到5866.52mg•kg1,T2最小,为4358.23mg•kg1,T3、T4和T5处理在4677.55~5078.25mg•kg1之间。由此可见,T2、T3、T4、T5处理与T1处理相比,硝酸盐含量明显降低。因此,菌剂的配合施用与纯施化肥相比,可以提高菠菜品质,有利于生产有机健康蔬菜。

2.1.3对菠菜产量的影响

根系是植物从土壤获取养分的必要器官,但作为可食用的菠菜,根系重量在菠菜收割期所占总生物量的比重越高(即根生物量比重越高),其可食用部分就相对减少,产量就相对降低。表3表明,固氮溶磷解钾菌剂配合施用后,与不施肥对照相比,根生物量比重有明显降低,由4.36%下降到3.02%,降低约30%,比化肥T1处理的3.54%也有降低。由此说明,功能菌剂的配施不仅促进了菠菜根系的生长,而且提高了养分及光合产物的有机分配,从而提高了菠菜可食部分的生物量比重,提高了菠菜产量,有效提高了菠菜的经济效益。本试验包括两季菠菜,产量计算为两季的总产量。其中,第1季为2010年冬季菠菜,第2季为2011春季菠菜。试验表明,菠菜产量受所施用肥料的影响较大,施肥对菠菜产量提高效果明显。由表3可知,不同处理间每盆菠菜的平均产量差异显著。与CK处理相比,T4处理的产量增加最大,每盆平均产量达到277.73g,产量增加170%;T3、T2、T5和T1处理的增产量依次减少,平均每盆产量分别为267.53g、264.38g、241.62g和220.13g。其中,化肥减量施用的T2、T3、T4和T5处理产量均比常规化肥用量T1处理产量高,达到了化肥减量而不减产甚至增产的效果。由此可见,菌剂可以替代部分化肥,减少农业化肥用量。

2.2菌剂处理对菠菜土壤微生物多样性的影响

2.2.1土壤微生物DGGE指纹图谱分析

对不同处理菠菜栽培土壤微生物16SrDNAV3可变区片断进行DGGE指纹图谱分析的结果(图1a)表明,不同施肥处理下盆栽菠菜土壤的微生物基因区系条带出现较小差别。与CK相比,各处理除T1外,条带亮度略有增加,条带数量无明显差别。从图1b16SrDNAV3区PCR扩增片段DGGE泳道图谱可以看出,多数的明显条带在迁移率上基本一致,说明不同处理间具有大量的共有微生物种群,这主要是存在于试验土壤中的土著微生物。微生物菌剂处理的明亮条带明显在图谱中部多出现1~2个条带,表明混合微生物菌剂与化肥的配施,提高了土壤主要微生物种群基因多样性和数量。由于试验在低温的冬春季进行,土壤微生物本身活性也较低,生长繁殖速率较慢,因而不同施肥制度对微生物种群与数量的影响反映不够明显。

2.2.2土壤微生物DGGE条带图谱的聚类分析

不同施肥处理间的土壤微生物种群相似性表现为DGGE条带聚类分析的相似性系数,相似性系数越高,种群多样性越趋于一致,如图2所示。本试验中,T4和T5处理间的土壤微生物种群相似性最高,达到0.80,被聚为一类,与T1处理的相似性系数为0.76,同时与CK都聚在一个大类;而T2和T3处理又被单独聚在一类,相似性系数为0.70;两个大类间最低相似性系数也达到0.65。一般认为相似值高于0.60的两个群体具有较好的相似性,将6个样品归为一类的相似值达0.65,说明种植1茬菠菜后,不同施肥制度的土壤细菌群落结构相似性程度提高。

2.2.3土壤微生物种群DNA多样性分析

对不同处理土壤的微生物16SrDNA的DGGE条带进行香农威尔多样性指数(Shannon-Wiernerindex)分析,结果见表4。从表4可以看出,丰富度指数以T1处理最低,T3处理最高,与不施肥处理CK相比,常规化肥处理T1的土壤细菌丰富度指数有所降低,而添加微生物菌剂的则有所提高;而Shannon-Wierner指数在各处理间差异较为明显,与不施肥处理CK相比,常规化肥处理T1的土壤细菌多样性有所降低,而添加微生物菌剂的各处理却有明显提高。该结果表明,常规化肥处理不利于提高土壤微生物种群多样性;相反,在化肥减量情况下,配施有益的微生物菌剂,有利于改善土壤中主要微生物种群结构,提高微生物种群多样性。

3讨论与结论

第3篇：微生物多样性分析范文

【关键词】人工湿地；微生物；种群特征；人工调控

人工湿地是一种集环境效益、经济效益及社会效益于一体的污水处理技术。该技术是通过人工建造、模拟自然湿地的综合性生态体系，利用人造生态系统中的物理、化学和生物的协同作用来实现对污水的净化。在湿地系统中，微生物群落是去除有机物和脱氮除磷的主要承担者，越来越多的证据表明，微生物是人工湿地处理污水过程的重要指标。因此，探索和研究湿地系统中微生物的种群特性，对了解人工湿地的去污机理以及研究微生物群落的人工调控技术具有重要意义。

1.湿地微生物种群研究现状

1.1湿地微生物多样性分析

微生物多样性的研究主要是通过对湿地微生物的分离、鉴定来进行的。在人工湿地系统中，以细菌数量为最多，其次为放线菌，真菌数量最少。细菌又包括好氧菌、厌氧菌、兼性厌氧菌、硝化细菌、反硝化细菌及磷细菌等。夏宏生等研究发现，氨化细菌是除氮的优势菌群，随着人工湿地的运行，其数量逐渐增加；硝化细菌属于好氧细菌，随着人工湿地的连续运行数量有所下降；反硝化细菌受外界气温影响较大，随着气温的逐渐升高，其细菌数量逐渐上升。魏成等认为，混合种植植物模式的人工湿地系统可获得较高的根际微生物功能多样性，从而提高湿地系统净化效率及其稳定性。蒋玲燕等研究表明，植物对微生物多样性的作用要优于填料；而多种植物系统与多种填料系统在有机物降解和营养物去除方面均比单一植物与单一填料系统有优势，从而表现出更高的去污效率。

1.2湿地微生物群落分布特征

微生物群落结构，即微生物不同类群的相对丰度，可通过各微生物类群的特征脂肪酸的相对含量表征。吴振斌认为，湿地基质中好氧原核微生物为优势类群，其次为革兰氏阳性细菌及其他厌氧细菌，真核微生物所占比例最低。Zhou等人的研究发现，湿地基质表层的细菌与真菌的数量显著高于其下层的数量，随着系统的垂直高度不断加深，真菌的数量逐渐减少。张政等人采用潜流水平湿地系统进行研究时发现，沿水流方向细菌、亚硝酸菌总数的总体趋势是递减的，即前部多于中后部；在垂直方向上，上层的微生物数量多于下层。

1.3湿地微生物酶及其活性研究

湿地系统中酶的活性是微生物功能的一种体现，其活性高低直接影响着污水的净化效果。李智等测定了人工湿地酶活性，发现人工湿地基质中酶活性下行池大于上行池，基质上层磷酸酶、脲酶和蛋白酶的活性显著大于中下层基质；不同时间的基质酶活性不同。何起利等研究发现，湿地中的氧化酶活性表现为表层高于中下层；而硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等活性变化趋势则相反；同时，多酚氧化酶、过氧化氢酶、脱氢酶等氧化酶活性也与氧化还原电位存在显著正相关，而与下行流池的硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等还原酶类存在显著负相关关系。吴振斌等认为，不同月份、不同深度湿地基质酶活性不相同；不同湿地类型其酶活性也不相同；脲酶活性与湿地系统凯氏氮的去除率之间存在显著相关性。综上所述，人工湿地中各种酶活性会受到空间、污染负荷、污染物类型等因素的影响，因此可通过改变人工湿地的外部条件来调控胞外酶使其达到最佳的处理污水的状态。

2.湿地微生物调控技术研究进展

湿地微生物调控是指在研究湿地微生物的种群特征及酶活性的基础上，通过控制影响微生物分布及活性的各种因素（如温度、碳源、溶解氧等），以达到提高人工湿地处理污水效率的一种技术。通过人工调控强化湿地微生物对污染物的降解能力对人工湿地的高效运行十分重要。

2.1水温

温度变化不仅影响湿地系统中微生物的代谢速率，而且还影响到其他重要环境因子，这些因子往往会影响到微生物群落的结构和功能。有报道称，当温度在10℃左右时，硝化速率比较稳定；但低于10℃，人工湿地系统处理效果会明显降低；当温度在5℃以下时，反硝化过程就很难发生；而若温度过高，在30℃以上时，硝化与反硝化过程均会受到抑制。湿地系统中微生物的种类和数量会随季节的改变而变化，一般情况下，夏秋季数量最高，冬季最少。雒维国等对湿地植物采用多层PVC透气薄膜进行保温，可增加湿地系统温度，从而提高了COD、TN和TP的去除率。

2.2碳源

微生物的新陈代谢过程受碳源影响较大，可以说碳源代谢功能是湿地微生物活性的重要表征，也是影响生物脱氮过程的关键因素。对于低碳氮比污水，则需要在湿地系统中补充碳源，为反硝化过程提供充分的电子供体，强化湿地脱氮功能。赵联芳等在用葡萄糖调节进水C/N达到8时，TN去除率由未补充碳源之前（C/N=2）的55%升高到89%。佘丽华等指出，向人工湿地系统中投加葡萄糖作为外加碳源提高系统的反硝化能力要优于羧甲基纤维素；对于处理量为60L・d1的复合垂直流人工湿地最佳的葡萄糖投加量为1.5g；在进水前4h投加碳源要优于进水时加入碳源。魏星等认为，补充植物秸秆后，可以解除由于有机碳源不足产生的硝态氮、亚硝态氮积累，提高总氮的去除效率。

2.3 pH值

一般认为，当pH值在7.0～8.0时，有利于好氧和厌氧微生物对含氮有机物的氨化作用的发生，此时亚硝化细菌和硝化细菌活动增强，硝化作用占主导地位；pH>8.0时，氨氮的挥发作用占主导地位；pH

2.4溶解氧

有研究表明，当水中DO0.2mg/L时，反硝化作用受到抑制。在除磷过程中，厌氧条件通常与湿地中磷的释放有关，而好氧条件与湿地中磷浓度的降低有关。陶敏等的研究表明，氧调控下微生物群落向基质纵深发展，微生物量明显增加；表征微生物活性的PLFAs总不饱和度水平显著升高。

3.结语与展望

微生物群落是人工湿地污水净化的主要承担者，在污染物的去除过程中发挥着重要作用。然而目前对湿地微生物种群特性及其调控技术方面的研究仍相对较少，因此，根据目前的人工湿地微生物种群研究现状，笔者认为今后可重点开展如下研究：（1）筛选、驯化人工湿地功能微生物，特别是针对重金属污水、油田废水、养殖废水等特殊污水中功能微生物的开发与利用以强化体系的净化能力。（2）通过液态、固态培养基交替培养纯化，驯化出在低温条件下仍能保持较强活性的耐冷硝化菌株，使硝化过程在冬天较低温度条件下仍可正常进行，从而提高湿地在低温条件下的脱氮效果。总之，加强湿地微生物群落特征和调控技术研究，既能为湿地生态技术奠定微生物学的理论基础，同时有利于指导人工湿地的设计、运行和管理，这对于今后湿地污水净化技术的发展和创新有着十分重要的意义。

参考文献：

[1]夏宏生，蔡明，向欣.人工湿地净化作用与微生物相关性研究[J].广东水利水电，2008，No.3：48

[2]魏成，刘平.人工湿地污水净化效率与根际微生物群落多样性的相关研究[J].农业环境学报，2008，27（6）：24012406

[3]蒋玲燕，殷峻，闻岳，等.修复受污染水体的潜流人工湿地微生物多样性研究[J].环境污染与防治，2006，28（10）：734737

[4]吴振斌，王亚芬，周巧红，等.利用磷脂脂肪酸表征人工湿地微生物群落结构[J].中国环境科学，2006，26（6）：737741

[5]Zhou Q H，He F，Zhang L P，et al. Characteristics of the microbial communities in the integrated verticalflow constructed wetlands[J]. Journal of Environmental Sciences，2009，21（9）：12611267

[6]张政，付融冰，杨海真，等.人工湿地基质微生物状况与净化效果相关分析[J].上海环境科学，2007，26（2）：5257

[7]李智，杨在娟，岳春雷.人工湿地基质微生物和酶活性的空间分布[J].浙江林业科技，2005，25（3）：14

[8]何起利，梁威，贺锋，等.人工湿地氧化还原特征及其与微生物活性相关性[J].华中农业大学学报，2007，26（6）：844849

[9]吴振斌，梁威，付贵萍，等.复合垂直流构建湿地植物根区磷酸酶及脲酶活性与污水净化的关系[J].植物生理学通讯，2002，38（6）：622624

[10]Jibing Xiong，Guangli Guo，Qaisar Mahmood，Min Yue. Nitrogen removal from secondary effluent by using integrated constructed wetland system[J].Ecological Engineering，2011（37）：659662

[11]雒维国，王世和，黄娟，等.潜流型人工湿地冬季污水净化效果[J].中国环境科学，2006，26：3235

[12]赵联芳，朱伟，赵建.人工湿地处理低碳氮比污染河水时的脱氮机理[J].环境科学学报，2006，26（11）：18211827

[13]佘丽华，贺峰，等.碳源调控下复合垂直流人工湿地脱氮研究[J].环境科学，2009，11（11）：33003305

[14]魏星，朱伟，赵联芳，等.植物秸秆作补充碳源对人工湿地脱氮效果的影响[J].湖泊科学，2010，22（6）：916922

[15]王蓉，贺峰，等.人工湿地基质除磷机理及影响因素研究[J].环境科学与技术，2010，6（6）：1218

[16]熊飞，李文朝，潘继征.人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究[J].湿地科学，2005，3（3）：228234

[17]殷峻，闻岳，等.人工湿地中微生物生态的研究进展[J].环境科学与技术，2007，1（1）：108110

[18]陶敏，贺峰，徐洪，等.氧调控下人工湿地微生物群落结构变化[J].农业环境科学学报，2012，31（6）：11951202

第4篇：微生物多样性分析范文

关键词：滨海盐碱地；起垄沟播；堆肥；绿肥；改良；微生物区系

中图分类号：S154.37+S156.4+2文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）06-0062-04

土壤微生物是构成土壤微生态环境的重要组成部分。分析土壤微生物区系的目的在于了解不同地区的土壤微生物生态系的特点及土壤内部生态环境的变化对土壤微生物的生长活动规律的影响，为采取合理的农业措施提供土壤微生物学方面的理论依据[1]。国外对盐碱地土壤微生物的研究主要集中在耐盐碱微生物的分离纯化及极端盐碱微生物的生态特征等方面，国内研究主要包括盐胁迫、不同改良措施及植被对盐碱地土壤微生物的影响等[2]。在盐碱地改良措施中，客土法在短期内能改善土壤微生物各项指标，其次是排水法、生物法，排水法对土壤微生物不利，生物法改善土壤微生物生态状况的速度相对较慢，但因其克服了客土法、排水法的缺点，因而有更好的应用前景[3]。受盐分和pH值的胁迫，盐碱地微生物区系和肥沃的粮田菜田土壤微生物区系有很大不同，其微生物总量一般在10-5～10-7cfu.g-1，比正常土壤的数量级低很多[4，5]，而且研究表明，高盐度会降低微生物数量，尤其是放线菌数量。因此，土壤微生物对盐胁迫极为敏感，可以作为土壤盐胁迫过程中的重要指标[6]。盐碱地起垄提高垄沟的表层土壤含水量，降低垄沟的土壤电导率，垄台土壤EC升高，土壤表面出现积盐现象，垄沟、垄台的土壤物理状况得到改善，增加了地表植被生物量和植被盖度[7]。基于此，本试验在起垄沟播小麦、玉米两个轮作季的基础上，研究了微生物数量区系与土壤其他理化性状的相关性，为起垄改良盐碱地提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验地概况

实验基地位于东营渤海农场，地理坐标为东经118°07′～119°10′，北纬36°55′～38°12′；地处暖温带，四季温差明显，年平均气温11.7～12.6℃，年平均降水量530～630 mm，地下水埋深2～3 m，地下水矿化度10～40 g/L，受高矿化度地下水的影响，土壤极易返盐退化[8，9]。试验前土壤pH值8.4，全盐3.8 g/kg，有机质11.38 g/kg，全氮0.43 g/kg，全磷0.562 g/kg，全钾17.9 g/kg，速效氮19 mg/kg，速效磷8.3 mg/kg，速效钾112 mg/kg。土壤质地砂质中壤，前茬种植棉花。

1.2试验设计与布局

试验设计：①CK（平作）；②QL（起垄）；③DF（起垄+堆肥）；④LF（起垄+绿肥）；⑤DL（起垄+堆肥+绿肥）。

起垄工程标准：垄沟宽60 cm，垄背为梯形，底宽40 cm，顶宽10 cm，高20 cm。

小区设计标准：每个试验小区30 m2，东西宽5 m（5垄），南北长6 m。重复3次，每个重复单元设置1.5 m的保护行路。

在试验布设前，进行一次深翻、平整土地。堆肥选择牛粪充分露天发酵，绿肥选择鼠茅草、三叶草。

1.3测定指标及方法

分离计数培养基：牛肉膏蛋白胨培养基、马丁氏孟加拉红琼脂培养基和高氏一号培养基，分别用于细菌、真菌和放线菌的分离与计数。

方法：称取10 g鲜土样置于已灭菌的装有玻璃珠的三角瓶中，加入90 mL无菌水，振荡 30 min使土样分散成为均匀的土壤悬液，进行梯度稀释，取合适的稀释度涂平板，一般稀释度好氧异养细菌采用 10-5～10-3，放线菌采用10-4～10-2，真菌采用10-3～10-1。将涂布均匀的平板倒置于30℃培养一定时间（细菌1～5 d，放线菌5～14 d，真菌3～6 d），进行 CFU（Colony Forming Unit）计数。

计算结果以每克烘干土中的微生物数量表示，计算公式为：每克干土中菌数=菌落平均数×稀释倍数/干土质量。

2结果与分析

2.1不同改良措施对盐碱地土壤微生物区系的影响

从整体来看（图1），细菌在6月数量达到最多；随着季节的变化，8、10月数量明显下降；等到来年春季4、5月数量慢慢回升。

与对照（平作）相比，起垄能够显著增加土壤细菌数量，增幅在4、5、6、8、10月分别为50.81%、35.62%、31.30%、64.29%、45.27%，起垄+堆肥处理同期增幅分别为104.76%、63.21%、38.39%、116.64%、84.89%，起垄+绿肥处理同期增幅分别为63.48%、48.28%、31.30%、73.79%、54.67%，起垄+堆肥+绿肥分别为128.57%、77.00%、72.73%、135.71%、99.94%。可见，不同改良措施对土壤细菌数量的影响：起垄+堆肥+绿肥>起垄+堆肥>起垄+绿肥>起垄>平作。

2.2不同处理微生物区系差异

由表1可知，各处理对细菌、放线菌和总菌数的影响效果基本相似，对真菌的影响有所不同。各处理细菌、放线菌数量和总菌数为起垄+堆肥+绿肥>起垄+堆肥>起垄+绿肥>起垄>平作，4个起垄处理之间均差异不显著，但均显著高于对照（平作），各处理真菌数量亦为起垄+堆肥+绿肥>起垄+堆肥>起垄+绿肥>起垄>平作，其中起垄+堆肥+绿肥、起垄+堆肥与对照差异显著。

2.3土壤微生物区系与微生物多样性、土壤理化性质之间的相关关系

由表2可知，土壤细菌、真菌、放线菌的数量及总菌数与土壤盐分含量之间呈负相关关系，与有机质、水分之间呈显著或极显著相关关系，与pH值无显著关系[15]。这表明盐碱地盐分、有机质、水分是土壤微生物区系最直接的影响因子，而且其中有机质影响作用比较显著。

3讨论与结论

盐碱地微生物数量一般要少于普通农用土壤，一般认为是盐度导致的微生物生存适宜环境改变的结果[16]。土壤微生物群落是一个组成复杂的群体，不同微生物种类所要求的营养元素不尽相同[17，18]。施用有机肥能够显著增加土壤细菌、放线菌和真菌数量，说明施用有机肥为土壤微生物提供了较多的能源与养分，特别是有机碳源为微生物生命活动提供所需能量，且有机肥本身也含有大量活的微生物，促进了土壤微生物大量繁殖，使土壤微生物的新陈代谢加快，施有机肥更有利于提高土壤微生物活性以及维持土壤营养元素的良好循环，这与陈梅生等研究的长期施有机肥与缺素施肥对潮土微生物活性的影响结果一致[19]；孙文彦等[20]研究绿肥与苗木间种改良苗圃盐碱地，认为种植翻压耐盐绿肥作物（毛叶苕子和二月兰）可提高盐渍土细菌、放线菌、真菌数量，改善盐碱地土壤质量状况。

本研究结果表明：起垄和堆肥、绿肥相结合的各种处理对提高盐碱地细菌、真菌、放线菌数量有良好的影响效果，5种处理对细菌、真菌、放线菌影响效果基本相似，均表现为：起垄+堆肥+绿肥>起垄+堆肥>起垄+绿肥>起垄>平作。从各种菌类增幅看，5种处理对细菌的增幅最大，其次是放线菌，对真菌的增幅相对来说较少。说明起垄沟播种植和地力提升技术（堆肥、绿肥）相结合具有良好的盐碱地土壤改良作用，可以减缓由于盐碱导致的土壤肥力损失，增加土壤微生物多样性。

同时各种土壤理化性质与微生物区系也存在相关关系。盐碱地土壤盐分含量及水含量限制了土壤微生物活动[10]，尤其对细菌的生长活动有重要影响[11]。有研究表明，土壤含水率的变化对土壤细菌多样性影响不显著，而对真菌多样性影响差异显著。此外，土壤含水率与盐分的交互作用对细菌多样性不显著，对真菌多样性的影响显著。而有机质也是微生物最主要的影响因子，已有研究结果表明，土壤有机质含量是影响土壤微生物量的一个重要因素[12，13]。土壤有机碳对土壤微生物量起关键作用，有机碳控制着土壤中能量和营养物的循环，是微生物群落稳定的能量和营养物的来源，有机碳越高，土壤微生物量就越大[14]。本试验结果表明，微生物量与土壤盐分含量之间呈显著负相关关系，这与郭永忠等研究不同改良措施对银川平原盐碱地土壤微生物区系的影响结果一致[21]，与有机质、水分之间呈极显著或显著相关关系，与pH值没有显著关系。

参考文献：

[1]王梅，江丽华，刘兆辉，等.石油污染物对山东省三种类型土壤微生物种群及土壤酶活性的影响[J].土壤学报，2010，47（2）：341-346.

[2]李凤霞，郭永忠，许兴.盐碱地土壤微生物生态特征研究进展[J].安徽农业科学，2011，39（23）：14065-14067，14174.

[3]康贻军，杨小兰，沈敏，等.盐碱土壤微生物对不同改良方法的响应[J].江苏农业学报，2009，25（3）：564-567.

[4]康贻军，胡健.滩涂盐碱土壤微生物生态特征的研究[J].农业环境科学学报，2007，26（增刊）：181-183.

[5]孙佳杰.天津滨海盐碱土壤微生物生态特征的研究[J].南京林业大学学报，2010，34（3）：57-60.

[6]周玲玲，孟亚利，王友华，等.盐胁迫对棉田土壤微生物数量与酶活性的影响[J].水土保持学报，2010，24（2）：241-246.

[7]关法春，苗彦军，Tianfang Bernie Fang，等.起垄措施对重度盐碱化草地土壤水盐和植被状况的影响[J].草地学报，2010，18（6）：763-767

[8]刘岳燕，姚槐应，黄昌勇.水分条件对水稻土微生物群落多样性及活性的影响[J].土壤学报， 2006， 43 （5）： 828-834.

[9]李东坡，武志杰，陈利军.有机农业施肥方式对土壤微生物活性的影响研究[J].中国生态农业学报，2005，13（2）：99-101.

[10]林学政，陈靠山，何培青，等.种植盐地碱蓬改良滨海盐渍土对土壤微生物区系的影响[J]. 生态学报，2006，26（3）：801-807.

[11]赵勇，李武，周志华，等.秸秆还田后土壤微生物群落结构变化的初步研究[J].农业环境科学学报，2005，24（6），1114-1118.

[12]Powlson D S， Boroks P C， Christensen B T. Measurement of soil microbial biomass provides an indication of changes in total soil organize matter due to straw incorporation[J]. Soil Biology and Biochemistry， 1987， 19： 159-164.

[13]Lovell R J S， Bardgett R. Soil microbial biomass and activity in long-term grassland： effects of management changes[J]. Soil Biology and Biochemistry， 1995， 27： 969-975.

[14]刘秉儒.贺兰山东坡典型植物群落土壤微生物量碳、氮沿海拔梯度的变化特征[J]. 生态环境学报， 2010， 19（4）：883-888.

[15]王世强，胡长玉，程东华，等.调节茶园土壤pH对其土著微生物区系及生理群的影响[J].土壤， 2011， 43（1）： 76-80.

[16]张瑜斌，林鹏，魏小勇，等.盐度对稀释平板法研究红树林区土壤微生物数量的影响[J].生态学报， 2008， 28（3）：1288-1296.

[17]郑华，欧阳志云，方治国，等.BIOLOG在土壤微生物群落功能多样性研究中的应用[J].土壤学报，2004，41（3）：456-461.

[18]时亚南.不同施肥处理对水稻土微生物生态特性的影响[D].杭州：浙江大学，2007：37-41.

[19]陈梅生，尹睿，林先贵，等.长期施有机肥与缺素施肥对潮土微生物活性的影响[J].土壤，2009，41（6）：957-961.

第5篇：微生物多样性分析范文

末端限制性片段长度多态性（terminal restric-tion fragment length polymorphism， T-RFLP），又称为16S rRNA基因的末端限制性片段（terminal re-striction fragment，TRF）分析技术，是建立在PCR基础之上研究微生物多样性的一种新兴分子生物学研究方法，不依赖于培养即可对微生物进行群落结构分析，具有非常广阔的应用前景。T-RFLP技术具有快速、高度的可重复性、良好的可操作性和产生大量的可操作单元（OTUs），能够与数据库建立直接联系，用于微生物菌种鉴定、群落的对比和多样性分析。本研究对在松江湿地沉积物细菌T-RFLP分析过程中，PCR扩增体系的相关影响因素进行优化和筛选，建立适于湿地沉积物的简单、高效和稳定的PCR反应体系，为进一步开展沉积物细菌群落结构研究奠定基础。

1材料与方法

1.1材料与试剂

沉积物于2012年8月采自松江湿地哈尔滨段，采集深度为0～20cm，将沉积物用无菌塑料袋密封带回实验室，-20℃冷藏。

PCR试剂所用试剂Taq酶、Mg2+、dNTPs和标准相对分子质量Marker（简写为M） DL2000均购自TaKaRa大连宝生物工程有限公司，引物由上海生物工程有限责任公司合成。

1.2试验方法

DNA提取及检测：采用MOBIO土壤微生物DNA强力提取试剂盒对0.25g沉积物进行微生物总DNA提取，具体方法按照制造商的说明使用，所提取的DNA用1%琼脂糖凝胶进行电泳检测其纯度。

PCR扩增程序与正交试验设计：采用细菌16S rRNA基因通用引物8F（5'-AGAGTTTGATC-CTTGGCTCAG-3'）和1492R（5'-GGTTACCTTGT-TACGACTT-3'）进行PCR扩增，正向引物8F用6-FAM（羧基荧光素）标记在5'的末端。

PCR扩增程序如下：95℃预变性5min， 95℃变性30s，56℃复性30s，72℃延伸1min，循环34次。最后72℃延伸7min，4℃保存。PCR扩增产物用1%琼脂糖凝胶电泳检测，电泳缓冲液为lxTAE，205V稳压电泳8min，在紫外光成像系统下照相并记录分析。

在进行单因子试验分析影响因素之后，为快速准确地确定PCR最优反应体系，采用L16（45）正交设计，对PCR 5个因素（模板DNA、Mg2+、Taq酶、dNTPs、引物）在4个水平上进行试验，20μL扩增反应体系（见表1）。

2结果与分析

2.1单因子试验与分析

2.1.1模板DNA含量

模板DNA的浓度与纯度是PCR是否成功的关键因素之一，DNA含量过高，会结合Mg2+，降低Taq酶的活性，产生非特异性扩增；DNA含量过少，PCR产物少且不稳定甚至无扩增。由图1电泳结果可知，DNA含量在l0～40ng之间均可扩增出条带，DNA含量在10ng时条带弱且不清晰，增加到20～40ng时条带均亮，所以选择20～40ngDNA含量为最佳。

2.1.2Mg2+浓度

Mg2+对PCR扩增的产量和特异性有显著的影响，还能与反应液中的dNTPs、模板DNA及引物相结合，影响引物与模板的结合效率、模板与PCR产物的解链温度和产物的特异性及引物二聚体的形成。Mg2+浓度过高会降低PCR反应的特异性，出现非特异性产物；浓度过低会抑制Taq酶活性，降低PCR扩增产量。由图2电泳结果可知，Mg2+浓度在2.5mmol/L时条带颜色浅；2.0mmol/L时条带较亮；当降低到1.5、1.0mmol/L时条带逐渐变浅且弥散。因此，Mg2+最佳浓度为2.0mmol/L。

2.1.3dNTPs浓度

dNTPs是PCR扩增反应的原料，其浓度过高时，会导致聚合酶错误的掺入，并引起碱基错配，降低PCR扩增的忠实性；浓度过低时，又会影响合成效率。由图3电泳结果可知，dNTPs在2.5mmol/L时条带模糊小清晰，在2.0～1.0mmol/L之间时，随浓度降低条带逐渐变亮，所以dNTPs浓度选在2.0mmol/L时效果为最佳。

2.1.4引物浓度

引物是PCR特异性反应的关键因素之一，PCR扩增产物的特异性取决于引物与模板DNA结合的程度。引物浓度偏低会减少与模板DNA的结合率，使扩增效果降低；引物浓度偏高会引起错配和非特异性扩增，容易增加形成引物二聚体的机会。由图4电泳结果可知，当引物浓度在0.2-0.15μmol/L之间时条带均亮，尤以0.2μmol/L最佳，扩增效果较好，引物浓度降低到0.1μmol/L时条带浅且弥散严重。

2.1.5Taq酶浓度

Taq酶用量偏低会使合成的效率降低，导致扩增产物减少；用量过高不仪造成浪费，而且会导致非特异性片段产物的积累，不易形成良好的扩增效果。从图5电泳结果可知，Taq酶含量在2.0、1.5、1.0、0.5U时条带均亮且明显，但从扩增效果和经济性两方面考虑，Taq酶浓度在0.5U时为最佳选择。

2.2正交试验结果与分析

按表l设计的16个PCR反应组合进行正交试验，扩增结果如图6所示。根据电泳检测结果，将16个处理按扩增条带强弱、背景颜色深浅和条带弥散程度打分。条带清晰亮度大、背景颜色浅、无弥散与特异性条带的最佳效果为16分，相反最差为1分。1～16组合的分数依次是：1、2、8、9、1、l、10、1、2、14、16、15、4、6、13、13。

通过分数求出各列各水平的和，可求知各水平的平均值（见表2）。然后用各列最大平均值减最小平均值求出极差R，极差值越大表示该因素影响程度越大。由极差可知，PCR反应中各因素影响力大小依次为：Mg2+>DNA模板>Taq酶>dNTPs>引物，其中正交试验的最佳反应组合是11号：DNA模板30ng，Mg2+ 2.0mmol/L，dNTPs 0.2mmol/L，引物0.2μmol/L，Taq酶0.5U。

3讨论

松江湿地沉积物细菌结构的组成、分布、变化不仅是其自身生物特征的反映，也是其对周围环境因素的一种响应。由于近年来旅游资源的开发，人为干涉因素增多，松江湿地的环境因素变化较大，其沉积物中的微生物结构也会发生相应改变。T-RELP分析技术是建立在PCR基础之上研究微生物多样性的一种新兴分子生物学研究方法，不依赖于原始培养可较快地对微生物群落结构进行分析。利用T-RELP分析技术对松江湿地沉积物细菌结构进行分析，能更好地反映松江湿地生态系统的现状，而建立一个良好的PCR体系是后续研究的必要基础。

由于T-RELP是建立在PCR基础之上的分子技术，如果对其在DNA提取、PCR扩增等过程中的技术细节不注意，则有可能对T-RFLP分析结果产生误差。DNA提取是PCR扩增反应的前提，其纯度和质量是整个试验的基础和关键，由于试验样品的差异，会使每次提取的DNA纯度有所不同，从而影响PCR反应体系的建立。另外，由于基因组DNA相对分子质量较大，在DNA提取过程中会因动作剧烈、枪头空间小等原因使基因片段发生断裂，因此，为获得完整的DN段，在试验过程中应尽量避免剧烈震荡。

第6篇：微生物多样性分析范文

关键词：生物多样性；多样性功能评价；湿地保护；衡水湖湿地

biodiversity function evaluation of the hengshui lake wetland

zhang xue-zhi

(hengshui bureau for hydrology and water resources survey of hebei province,hengshui 053000,china)

abstract: the hengshui lake wetland,located in the hinterland of north china plain,is a bio-intensive wetland in the north temperate zone,an intersection area for the different migratory birds,and the best habitat in north china plain for many rare and precious birds.according to the survey data of the wetland biodiversity,this study conducted a diversity function evaluation on species diversities and ecosystem diversities in the wetland.according to the wetland biodiversity criteria,the hengshui lake wetland biodiversity is at a general level.biodiversity function evaluation of the wetland we can provide scientific basis for the wetland protection.

key words: biodiversity;diversity function evaluation;wetland protection;the hengshui lake wetland

1 衡水湖湿地属性

按照国际湿地公约的湿地分类［1］，衡水湖湿地主要为湖泊湿地、沼泽湿地、水体沼泽化湿地、盐沼湿地、河流湿地和渠道湿地等。其中湖泊湿地、沼泽湿地是湿地的主体，类型与面积占据主要地位。其他类型湿地居次要地位。此外，还有少量人工湿地如沟渠、养鱼池等。各种类型湿地关系十分密切，它们相互依存，共同构成衡水湖湿地生态系统。任一类型湿地的退化都将对衡水湖湿地的生态与环境功能产生巨大的影响［2-4］。

1.1 生物多样性保护层次

衡水湖具有非常重要的湿地生态服务功能，是北温带野生动植物聚集地和候鸟南北迁徙不同路线的交汇处，这里有植物370种，鸟类286种，鱼类26种，昆虫194种，两栖爬行类17种，哺乳类17种，生物多样性非常丰富。

保护生物多样性和生态系统功能的完整性与保护珍稀动植物有着同等重要的意义。许多物种虽然未被列入国内外各种动植物保护名录，但其或为重点保护珍稀鸟类提供栖息地和繁殖地，或直接（间接）为这些珍稀鸟类提供食物，共同构成适宜的鸟类生境。所以保护这些物种，保护生物多样性对于珍稀鸟类的保护也是至关重要的。同时，保护生物多样性也就是保护湿地这一天然物种基因库，以利于我们子孙后代对物种资源的可持续利用，对人类生存和生活也都具有重要的现实和潜在的意义［5］。

1.2 湿地保护类型

湿地是位于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带，在土壤浸泡在水中的特定环境下，生长着很多湿地的特征植物。湿地广泛分布于世界各地，拥有众多野生动植物资源，是重要的生态系统。很多珍稀水禽的繁殖和迁徙离不开湿地，因此湿地被称为“鸟类的乐园”。湿地强大的生态净化作用，因而又有“地球之肾”的美名。根据《自然保护区类型与级别划分原则》(gb/t 14529-93)，衡水湖国家级自然保护区属于自然生态系统类的湿地类型自然保护区［6］。从生态系统特征上看属于以华北内陆淡水湿地生态系统为主的平原复合湿地生态系统。

2 湿地生物多样性功能评价方法

生物多样性的3个主要层次是物种多样性、基因多样性和生态系统多样性。这是组建生物多样性的3个基本层次。基因多样性代表生物种群之内和种群之间的遗传结构的变异。每一个物种包括由若干个体组成的若干种群。各个种群由于突变、自然选择或其他原因，往往在遗传上不同。因此，某些种群具有在另一些种群中没有的基因突变，或者在一个种群中很稀少的等位基因可能在另一个种群中出现很多。在同一个种群之内也有基因多样性，在一个种群中某些个体常常具有基因突变。生态系统多样性既存在于生态系统之间，也存在于一个生态系统之内。总之，物种多样性是生物多样性最直观的体现，是生物多样性概念的中心。基因多样性是生物多样性的内在形式，一个物种就是一个独特的基因库，可以说每一个物种就是基因多样性的载体；生态系统的多样性是生物多样性的外在形式，保护生物的多样性，最有效的形式是保护生态系统的多样性［7-9］。

作为水陆相兼的生态系统，湿地的独特生境使它同时兼具丰富的陆生与水生动物植物资源，对于保护物种，维持生物多样性具有难以替代的生态价值。湿地生物多样性是所有湿地生物种种内遗传变异和它们生存环境的总称，包括所有不同种类的动物、植物、微生物及其所拥有的基因和它们与环境所组成的生态系统［12］。

物种多样性是群落生物组成结构的重要指标，它不仅可以反映群落组织化水平，而且可以通过结构与功能的关系间接反映群落功能的特征。

在湿地生态系统评价方法的基础上，结合生物多样性的理论和实践，将物种多样性和生物多样性作为一级指标，下设二级、三级亚指标，建立可操作性较强的湿地生物多样性评价指标体系［13］，见表1。

人类威胁程度分值

对资源保护部构成威胁5保护区与未开发生境毗邻5

资源的有效保护受到一定的威胁3保护区周边尚有未开发生境3

资源的有效保护受到较大的威胁1保护区被已开发的区域环绕1

根据湿地生物多样性现状调查结果，对照以上赋值逐项打分，将所得分数累加即得到该湿地生物多样性评价总分值。计算公式为：

r=∑3i=1ai+∑3j=1bj(1)

式中：r-湿地生物多样性总分值；a-物种多样性分值；i-物种多样性评价项目数；b-生态系统多样性分值；j-生物多样性评价项目。

根据r值的高低，将湿地生物多样性划分为5级，见表8。

3 衡水湖生物多样性评价

衡水湖是华北平原上第一个内陆淡水湖国家级自然保护区，同时也是华北平原唯一保持沼泽、水域、滩涂、草甸和森林等完整湿地生态系统的自然保护区［14］。丰富的生物资源是衡水湖的支柱。这里有绿藻、蓝绿藻和硅藻等在内的201种浮游植物、平均密度达到了4 000个/l，浮游动物174种、平均密度达到了4 000个/l；这里有芦苇等挺水植物，藕、睡莲属等漂浮有叶植物，眼子菜属、黑藻属等深水植物；这里有两栖纲、爬行纲、哺乳纲野生动物共30多种。所以，衡水湖被称作“物种基因库”。

根据调查结果，衡水湖湿地有维管植物366种，鸟类286种，分别占河北省物种总数的42.2%和57.2%。维管束植物有国家三级重点保护植物野大豆；鸟类有国家一级重点保护的7种，有黑鹳、东方白鹤、丹顶鹤、白鹤、金雕、白肩雕、大鸨。生物多样性评价结果为：

物种多度：a1=a11+a12=7.5+10=17.5

物种丰度：a2=a21+a22=10+7.5=17.5

物种稀有性：a3=a31+a32=2+4=6

则物种多样性为：

a=∑3i=1ai=17.5+17.5+6=41

衡水湖湿地大多数植物属于世界广布种；在调查的鸟类中，广布种占总数的23.1%，古北种占种数的68.9%，东洋种占8.0%。衡水湖为沼泽芦苇香蒲生态系统，在华北属常见生境类型；生态系统的组成结构简单、类型单一。衡水湖受人类影响因素较多，对湿地内水体、生物等资源影响较大；湿地周围为村镇和农田，没有未被开发的区域。生态系统多样性评价结果如下。

生态系统多样性地区分布：

b1=b11+b12=4+4=8

生态系统多样性生境类型：

b2=b21+b22=2+6=8

生态系统多样性人类威胁评分：

b3=b31+b32=1+1=2

则生态系统多样性为：

b=∑3i=1bi=8+8+2=18

湿地生物多样性评价总分为：

r=∑3i=1ai+∑3j=1bj=41+18=59

按照湿地生物多样性评分标准，衡水湖湿地生物多样性功能进行评价，评价结果为：物种多样性为41分，生物系统多样性为18分，衡水湖湿地生物多样性处于一般水平［15］。从分析结果可以看出，衡水湖湿地物种多样性占优势，而生态系统多样性占劣势，生态环境受人类活动影响因素较大。

4 结论

利用衡水湖生物多样性资料，对衡水湖生物多样性功能进行评价。分别对物种多度、物种丰度和物种稀有性进行分析，计算出物种多样性；对生态系统多样性地区分布、生态系统多样性生境类型和生态系统多样性人类威胁等指标分析，计算出生态系统多样性指标。按照湿地生物多样性评分标准，衡水湖湿地生物多样性处于一般水平。生物多样性是自然生态系统生产和生态服务的基础和源泉。生物多样性可提供多方位的服务。人类历史上大约有3 000种植物被用作食物，估计有75 000种植物可作食用。人类就是依赖这些植物得以繁衍。生物技术是以现有生物多样性为物质基础的工作，在解决粮食短缺、人类健康、维护生物物种和环境等诸多社会经济重大问题中将发挥重要作用，将成为21世纪国民经济的支柱产业。

参考文献：

［1］ 于贵瑞.全球变化与陆地生态系统碳循环和碳蓄积［m］.北京：气象出版社，2003.（yu gui-rui．global change and terrestrial ecosystems carbon cycle and carbon deposition ［m］.beijing:china meteorological press,2003.(in chinese)）

［2］ 欧阳志云，王如松，赵景柱.生态系统服务功能及其生态经济价值评价［j］.应用生态学报，1999，10(5)：635-640．(ouyang zhi-yun,wang ru-song,zhao jing-zhu.the function of ecosystem services and ecological economic value evaluation ［j］.1999,10 (5):635-640.(in chinese)）

［3］ 张学知.衡水湖湿地生态系统恢复原理与方法［j］.南水北调与水利科技，2010，8(1)：122-125.（zhang xue-zhi.the hengshui lake wetland ecosystem restoration principle and method ［j］.south-to-north water transfers and water scinenes & technoiogy,2010,8(1):122-125.(in chinese)）

［4］ 马克平，钱迎倩.生物多样性保护机器研究进展［j］.应用于环境生物学报，1998，4(1)：95-99.（ma ke-ping,qian ying-qian.biodiversity protection machine research progress ［j］.journal of applied biological environment,1990,4 (1):95-99.(in chinese)）

［5］ 黄富祥，王跃思.试论生物多样性保护理论与实践面临的困难及现实出路［j］.生物多样性，2001，9(4)：399-406.（huang fu-xiang,wang yue-si.try to biodiversity conservation in theory and practice,and the practical way to face the difficulties ［j］.journal of biodiversity,2001,9(4):399-406.(in chinese)）

［6］ gb/t 14529-93，自然保护区类型与级别划分原则［s］.（gb/t 14529-93,the types and levels principle of nature reserve ［s］.(in chinese)）

［7］ 鞠美婷，王艳霞，孟伟庆，等．湿地生态系统的保护与评估［m］．北京：化学工业出版社，2009．（ju mei-ting,wang yan-xia,meng wei-qing,et al.protect and evaluation on wetland ecosystem ［m］.beijing:chemical industry press,2009.(in chinese)）

第7篇：微生物多样性分析范文

关键词：关中地区 景观生态学 斑块 廊道 基质

0 引言

陕西省关中地区西起宝鸡，东至潼关，约占全省土地总面积的19%，关中地区地势平坦，平均海拔520米，东西长360公里属于温带大陆性气候。如今随着西部大开发的深化以及关中—天水经济带的建设，关中中小城市借此机遇，经济发展不断提高，城市化进程稳中趋快[ 1 ]。据有关数据显示，截止2009年底，关中地区城镇化水平42%。然而在加快经济发展、大力建设城市新区的同时，由于规划理念的滞后，缺少对城市绿地系统的生态功能与空间布局的相关性的考虑，导致城市绿地综合功能不能够得到充分发挥，进而引发了一系列生态环境问题。

1 关中地区中小城市绿地系统规划存在的问题

（1）在绿地系统规划中缺乏生态性评价

关中地区许多中小城市在城市建设过程中，盲目追求经济效益，而忽视西北地区气候干旱、缺水、生态环境脆弱等特点。在绿地系统规划过程中没有对绿地资源、社会环境、土地承载力进行综合分析和评价，以及对生态环境进行生态适宜性和生态敏感性分析。

（2）对绿地系统规划中对生物多样性缺乏考虑

为了维持城市绿地系统结构稳定，达到城市生态平衡的目的，需要增加城市绿地系统的生物多样性。然而如今许多关中地区中小城市在新区建设中，由于规划原则的单一性，忽略了生物多样性的考虑。

（3） 城市旧区与新区在景观生态格局上的动态联系性缺乏考虑

关中地区许多中小城市在空间层面上，旧城区与新区的绿地系统之间缺乏联系。在时间层面上，城市在新区的分期建设过程中未与旧城区的景观格局进行有效的衔接。

2景观生态学理论

景观生态学是以整个景观为对象，通过物质流、能量流、信息流在地球表层的传输和交换，以及生物与非生物的相互作用与转化，运用生态系统原理研究景观结构和功能、以及最优景观格局的一门学科。景观生态学主要包括以下理论[ 3 ]。

2.1斑块—廊道—基质理论

景观生态学中理解的景观是指由不同生态系统组成的空间单元,按照各种空间单元在景观中的地位和形状,而被分成三种类型:斑块(patch) 、廊道( corridor)与基质(matrix) ,这三种类型要素就构成了一个完整的景观空间格局[ 4 ] 。

在景观生态学理论中,景观规模上每个生态系统都可看作是一个具有相当宽度的斑块体、狭长的廊道或基质,斑块—廊道—基质模式是景观组成的基本模式[ 5 ] 。城市绿地系统中的斑块一般指各级公园绿地、小游园、各企业事业单位、居住区的附属绿地等;廊道是指能将景观不同部分隔开,并对被隔开的景观起障景的作用,同时又能将景观中不同部分连接起来构成一个绿色通道;在城市绿地系统中,工业区、商业区、居住区等面状空间相当于景观生态学理论中的基质。

2.2景观异质性理论

不同大小和内容的斑块、廊道、基质、网络共同构成了异质景观，即景观异质性。在城市绿地系统规划中注重构建景观异质性有利于生态系统的抗干扰能力和自身恢复能力的提升，从而最大限度的维持生态的稳定性[ 6 ]。

2.3生态多样性理论

生物多样性是指地球上所有生物、动物、植物、微生物的综合体。广义上的生物多样性包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性四个层次[ 7 ] 。作为人类聚集的城市,对生物多样性的保护不仅是城市中人们生存与发展的需要,也是维护城市生态系统平衡的基础。

3 基于景观生态学理论的蒲城蒲南新区绿地系统规划实践

3.1蒲城蒲南新区概况

随着我国经济社会快速发展，西部大开发战略的实施，蒲城的城市建设在近几年来已经发生了巨大的变化，十二五、十三五期间是蒲城抓住机遇、加速发展的关键时期。因此蒲南新区应运而生，成为承载蒲城跨越式发展的活力之土。

蒲城南新区位于蒲城县迎宾路以东，长乐路以南，西延铁路北侧，总用地面积482.34 hm2。目前，已开发的建设用地主要分布于迎宾大道与长乐路两侧。现状用地北部有高压走廊，留有一定规模的防护绿地，西北侧以及中部有水渠。从环境质量来看，现状多为农田和果园，生态环境质量较好。本次规划根据景观生态学原理，利用地理信息系统软件（Arcgis），采用因子加权评价法，分别对场地进行生态适宜性评价和生态敏感性评价。

（1） 生态适宜性评价

根据场地特征，选取高程值、坡度、现状土地利用类型、距水渠距离四个生态因子，对各因子进行具体的属性分级，并且对其评价值和权重赋值（表1）(图1)。

（表1）生态适宜性评价指标表

编号 生态因子 属性分级 评价值 权重

1 高程值

480—500M 3

>500M 1

2 坡度

5-10% 3

>10% 1

3 现状土地利用类型 建成区、农村居民点、工地 5 0.40

整理开发区 3

一般农田、荒山灌木草丛区、林地、基本农田、河流 1

图1：生态适宜性评价图 图2：生态敏感性评价图

（2） 生态敏感性评价

为对场地自然环境背景下潜在的环境问题进行明确的辨识，避免此次规划建设破坏敏感性较高的生态系统，并合理保护场地自然环境，从而进行该项评价。根据该场地特点，选取植被覆盖度、坡度、人口密度、声环境这四个敏感性因子，对各因子进行具体的属性分级，并且对其评价值和权重赋值

（表2）(图2)：

（表2）生态敏感性评价指标表

编号 类型 敏感性因子 属性分级 评价值 权重

1 生态环境问题 植被覆盖度(NDVI值) 0-0.1 极敏感 1 0.20

0.1-0.3 中度敏感 3

0.3-0.5 不敏感 5

2 生态结构压力 坡度(%) >15 极敏感 1 0.30

10—3 中度敏感 3

3 人口密度（人/KM2） >1000 极敏感 1 0.20

500—300 中度敏感 3

4 环境污染问题 声环境——据污染源距离（M）

100-300 中度敏感 3

>300M 不敏感 5

通过对生态适宜性评价和生态敏感性评价的分析得出，规划区北高南低，总体坡度小于3.0%，地势相对平缓。生态适宜性较好，局部地区生态敏感性较高。

3.2蒲城南新区绿地系统规划

在蒲城南新区规划区北部和南部各有一片东西向带状高压线走廊防护绿地，与中心一条南北向的高压线走廊防护绿地相连，总体形态呈现楔形。城市规划道路绿地由十字网状防护绿地和街头公共绿地组成，因此规划区的绿地呈网状+楔形结构。根据景观生态学的斑块—廊道—基质原理，这种结构有利于建立生态廊道从而满足物种的流通和生态系统的循环繁衍 (图3)。

图3：蒲城南新区（东区）土地利用规划图

3.2.1 斑块—廊道—基质

（1）斑块 在规划区间的高压线走廊引入“城市森林”斑块的概念。即将高压线走廊的大片防护绿地森林化，利用森林的生态系统延伸食物链，同时借助城市森林斑块踏脚石系统将城市内部的绿地与城郊的自然环境进行有机联系。这不仅有利于城市空气库存与外界的交流，引入新鲜空气，缓解热岛效应，而且可以为野生动物提供保护和安全的路线，并保持自然群落的连续性。

（2）廊道 蒲城南新区的绿廊布局为“一环、一轴、三带”的网状绿地模式。一环即是贯穿生活服务区和市场物流区的步行绿廊。一轴即为开元街方向两侧30M宽的公共绿带轴。三带指的是北部公园带，沿中部高压线廊道南北向线性滨水走廊带，沿五原路南侧绿带。

利用景观廊道布局理论，将蒲城南新区主要绿色廊道归纳为三种类型：①生物廊道型走廊如：蒲大公路周边的防护绿带，以及春晴街以北、五原路以南的防护绿带。这些绿色廊道主要由城区的自然山体，生态农田所形成的绿色空间构成。这种类型廊道能起到生态防护功能。②城市生态防护性廊道，如：仓储用地和居住用地之间的卫生防护绿带属于这种类型的绿色 廊道，其主要目的是为了防噪、防尘、降污等。③游憩景观型绿色廊道如：蒲城南新区内的开元街、富原路、五原路等城市林荫道系统。这些绿色廊道不仅起到连接新区与旧区的绿地系统的作用，同时还具有休闲、景观、文化等功能。

（3）基质 蒲城南新区在规划中将城区边缘大面积的乡村农田融合为城市功能的一个部分，自然景观渗透到城区中，使农田、自然景观与城市绿地系统相结合，共同构成城市景观的绿色基质。

3.2.2 景观异质性

在蒲城蒲南新区（东区）规划中根据景观异质性要求，在规划区中合理布置城市公园、街头绿地、游园以及广场等不同类型斑块的数量。为更加突显景观异质性的特点，在本次规划区的高压线走廊内构建“绿色浮岛”，即营造人工滨水湿地浮岛景观。其作为人造生态斑块不仅能涵养水土、增加城市的景观异质性，还能为一些物种提供迁徙和扩散的暂歇地，从而达到天地、人、自然和谐共生的生态愿景，并且符合景观生态学中“集聚+离析”的景观异质最优格局。

3.2.3 生物多样性

在蒲城蒲南新区绿地系统生物多样性规划中，增加城市绿地系统中植物的多样性是提高绿地绿化水平的重要环节。在规划区中绿地景观植物配置主要如（表3）：

（表3）主要植物配置表

乔木 灌木 地被 绿篱 爬藤植物

金枝国槐 金银木 鸢尾 红叶小檗 爬山虎

紫叶李 黄刺玫 月季 金叶女贞 凌霄

刺槐 红刺玫 荷兰菊 水腊 紫藤

银杏 丁香 地被菊 小侧柏 金银花

樱花 珍珠梅 白三叶 金叶莸 葡萄

4 结语

以蒲城南新区为例,本文探讨了景观生态学在关中地区中小城市新区绿地系统规划中的应用。从景观生态学的角度出发,对现状绿地系统进行研究分析,研究发现新区内外景观生态格局缺乏持续性联系，公共绿地斑块的多样性不足且分布不均匀。在此基础上以景观生态学原理为指导，研究得出城市新区绿地系统规划应按在斑块—廊道—基质的基本组织结构上叠合集聚+离析的多样性异质格局，构建城市绿地系统生态网络。

本研究针对绿地斑块的尺度、形态的适宜性还有待深入，同时在规划中反映绿地景观多样性、异质性的定量指标体系也有待于进一步探讨。

参考文献：

[1]侯全华.西部中小城市发展空间走廊的综合开发规划研究[J].西北大学学报(自然科学版),2006(2):305 -308

[2] 刘滨谊. 中国城市绿地系统规划评价指标体系的研究[J].城市规划会刊,2002,( 2) : 27- 29.

[3] R. 福尔曼. 景观生态学〔M〕北京科学技术出版社,1999.

[4]许慧,王家骥. 景观生态学的理论与应用〔M〕北京:中国环境科学出版社, 1993.

第8篇：微生物多样性分析范文

关键词：旱田；水田；pH；电导率；酶活性

中图分类号：S344.1+7；S153；S154.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）11-2045-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.11.011

Abstract： To explore the change of soil enzymes in black soil after turning dryland into paddy field， the samples were adopted by five points sampling method. Soil pH， electrical conductivity and soil enzymes such as catalase， dehydrogenase， urease， intertase and cellulose were measured in dryland and paddy field. The results showed that the soil pH and electrical conductivity increased significantly after changing dryland into paddy field. The activities of urease and intertase were increased obviously， the activity of dehydrogenase decreased significantly， but the activity of catalase and cellulase had no changes. The results of correlation analysis illustrated that the changes of soil physical and chemical properties could influence the activity of the soil enzyme. Meanwhile the soil enzymes could interact each other and influence soil biochemical process.

Key words： dry land； paddy field； pH； electrical conductivity； enzyme activities

黑土是黑龙江省主要的耕地土壤类型[1]，具有土质肥沃、质地疏松、有机质丰富等特征，非常适合植物生长。土壤酶参与土壤的一切生化反应过程，在土壤的物质和能量转化过程中起重要的催化作用，土壤酶活性的高低能反映土壤生物活性和土壤生化反应强度，因而土壤酶活性常被作为土壤肥力高低、生态环境质量优劣的重要指标[2，3]。但是由于长期自然因素和人为因素的双重影响，致使农田黑土质量日益下降[4]。调整农业种植结构，将旱田改为水田的种植方式已经成为增产增收的选择之一，旱田改水田后势必引起土壤酶活性发生变化。目前关于黑土酶活力方面的研究报道很多，但是关于黑土旱田改水田后土壤理化性质及酶活力变化的研究较少，本研究以此入手进行研究，以期为黑土的可持续利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

巴彦县位于黑龙江省中南部，松嫩高平原典型黑土区域内[5]。该区属中温带大陆性季风气候，年平均气温2.6 ℃，年均降水量372.5～582.2 mm。研究区域位于巴彦县西集镇靠山屯（水田：46°10′31.22″N，127°15′26.94″E；旱田：46°10′33.94″N，127°15′37.64″E），旱田改水田为2年的地块。

1.2 试验材料

利用5点采样法分别采取0～5、5～10和10～20 cm 3个深度土层的水田和旱田土壤，各土样单独装袋记录后带回实验室备用。土壤酶活性测定所需试剂均为分析纯。

1.3 y定指标与方法

1.3.1 土壤pH和电导率的测定 将土样按土水比为1∶2.5浸提，用PHB-8型酸度计测量土壤pH；将土样按土水比为1∶5浸提，用DDS-11A型数显电导率仪测定土壤的电导率。

1.3.2 土壤酶活性的测定 将土样自然风干，用研钵研磨后过1 mm筛孔，用于土壤酶活性测定。过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，以培养30 min后每克干土消耗2 mmol/L KMnO4的体积（mL）表示；土壤脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定，以培养24 h后每克干土释放的NH3-N的质量（mg）表示；土壤转化酶和纤维素酶活性均采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，以培养24 h后每克干土生成葡萄糖的质量（mg）表示；土壤脱氢酶活性采用TTC（2，3， 5-氯化苯基四氮唑）分光光度法测定，以培养24 h后1 g干土中氢的体积（μL）表示[6，7]。每个样品做3个重复。

1.4 统计方法

全部数据均采用SPSS软件和Excel进行统计分析与作图。

2 结果与分析

2.1 旱田改水田对黑土pH的影响

土壤pH是土壤微生物活性、多样性及群落结构的主要影响因子之一，对微生物的调节过程有明显的影响，并且在有机质的降解和氮循环中具有重要的作用[8]。由图1可以看出，随着土层深度的增加，旱田和水田pH都呈现明显升高的趋势，但二者的变化又有所不同。旱田的3个土层中变化明显，即在5～10 cm土层的pH显著高于0～5 cm的，10～20 cm的又显著高于5～10 cm土层的；水田中 pH在0～5 cm土层与在5～10 cm土层差异显著，但10～20 cm与5～10 cm土层的pH相差不明显。在同一土层深度上，水田各土层的pH均显著高于旱田的pH（P

2.2 旱田改水田对黑土电导率的影响

土壤电导率是反映土壤电化学性质和肥力特性的基础指标。通过土壤电导率的测定能及时有效地掌握土壤的盐分浓度、水分状况等多种性质，及时诊断农业生产问题。由图2可以看出，随着土层深度的增加，旱田土壤电导率逐渐增加，其中，10～20 cm土层的电导率极显著高于0～5 cm和5～10 cm土层的电导率；水田变化趋势有所不同，0～5 cm土层的电导率最高，5～10 cm土层的电导率显著下降，但10～20 cm土层的电导率又有所提高。旱田改水田后，电导率在不同土层深度都显著高于旱田土壤（P

2.3 旱田改水田对黑土酶活性的影响

土壤酶在土壤生物化学循环中具有重要地位，是土壤功能的直接体现[9]。由表1可知，除过氧化氢酶外，短期旱田改水田种植方式对其他各种酶活性都有不同程度的影响。在旱田向水田种植方式转化过程中，脱氢酶活性受影响最大，水田中的脱氢酶活性显著低于旱田的酶活性，并在不同土层深度上也出现了变化，随着土层加深，酶活性逐渐降低，10～20 cm土层的脱氢酶活性显著低于0～5 cm土层的酶活性。从土层深度看，脲酶在旱田中随着土层的加深，酶活性明显降低，但在水田中变化不明显；水田中在5～20 cm土层的脲酶活性均显著高于旱田。水田和旱田土壤中转化酶活性在不同土层变化较大，0～5 cm土层的转化酶活性显著低于5～20 cm土层的酶活性，同时水田中转化酶活性明显高于旱田。纤维素酶活性在土层深度上有变化，但水田和旱田之间没有显著变化。

2.4 相关性分析

由表2可知，pH与电导率、脲酶及转化酶之间呈显著或极显著正相关，与脱氢酶呈极显著负相关；电导率与过氧化氢酶和脱氢酶之间呈显著和极显著负相关，与脲酶和转化酶呈极显著和显著正相关；过氧化氢酶与脱氢酶呈极显著正相关，与脲酶呈显著负相关；脱氢酶与脲酶、转化酶之间呈极显著和显著负相关。

3 小结与讨论

土壤酶是表征土壤中物质、能量代谢旺盛程度和土壤质量水平的一个重要生物指标[10]。但它会受到环境的改变而发生改变，旱田改水田后，土壤从大的生态环境上发生了重大改变，则土壤的通气性、pH、电导率、养分转化都会发生变化，进而影响土壤环境中微生物类群、土壤酶活性等指标的变化，也会影响到植物根系的代谢活动及营养吸收，反过来变化了的根系代谢又会影响土壤环境。因为旱田改水田初期受水环境的巨大变化，土壤中相应变化会很大，因此本研究从旱田改水田2年的黑土入手进行研究，得出如下结论。

黑土旱田改水田后，水田土壤pH明显高于旱田，但并未超过7，说明淹水会使土壤的酸碱性得到改善。长期旱田种植农作物，势必会产生大量的代谢物和根际脱落物，使得土壤中酸度增加，对某些植物的生长不利，淹水后利于改善土壤的酸碱度，更利于植物的生长。土壤含水量能很大程度的影响黑土的pH[11]，土壤有机质的改变也会影响土壤pH[12，13]。土壤pH是高度敏感性因子，它决定植物的生存和分布。土壤pH的改变将直接影响营养物的可利用性，或通过与土壤微生物的相互作用来间接地影响营养物的可利用性[14，15]。

黑土旱田改水田后，水田土壤电导率明显高于旱田土壤，0～5 cm土层电导率最高，随着土层加深，电导率下降明显，但10～20 cm土层的电导率已有恢复趋势。而旱田土壤的电导率是随着土层的加深呈现上升趋势。说明水田土壤的离子交换更加强烈，对植物根系生长所需营养元素来说具有明显的促进作用。在水田利用方式下每年归还给土壤的有机物质的量较多，而且淹水期间有机物质的分解速率较低、腐殖化系数较高；而在旱地利用方式下，化肥施用量大，有机物质的归还量较少，导致土壤水田土壤中有机质含量与有机碳含量均显著高于旱地[16]，而土壤有机质与电导率呈显著正相关，有机质含量越高，吸附交换性离子的能力越强，从而提高了土壤的电导率[17]。

黑土旱田改水田后，水田土壤中脲酶和转化酶的活性高于旱田土壤，但脱氢酶的活性表现相反，即旱田土壤酶活性高于水田土壤酶活性，而淹水对过氧化氢酶和纤维素酶影响不大。土壤过氧化氢酶和脱氢酶均属氧化还原酶类，过氧化氢酶可分解有毒的过氧化氢，有效防止土壤及生物体在新陈代谢过程中产生的过氧化氢对生物体的毒害作用。脱氢酶能酶促有机物质脱氢，起着氢的中间转化传递作用，因此脱氢酶活性可作为微生物氧化还原系统的指标，很好地估计土壤中微生物的氧化能力，土壤肥力和施肥方式可直接影响土壤脱氢酶活性[18]。土壤脲酶、转化酶和纤维素酶均属于水解酶类，脲酶专一性地水解尿素为植物可利用的物质，从而提高土壤肥力[19]。先前研究结果表明，旱田改水田后微生物类群会受到影响[20]，微生物类群的改变反过来也会影响土壤酶的活性[21，22]。

此外，土壤酶活性的改变还受多方面因素的影响，如土壤理化性状与土壤酶活性紧密相关，土壤酸碱性直接影响着土壤酶参与生化反应的速度，有些酶促反应对pH变化非常敏感，有些反在非常窄的pH范围进行[23]。相关性分析说明土壤的理化性质的改变能影响酶的活性，同时土壤酶之间可以相互作用。这在生产实际中要全面考量，以确定土壤质量的变化，为黑土可持续利用提供重要的参考。

参考文献：

[1] 关大伟，李 力，姜 昕，等.长期施肥对黑土大豆根瘤菌群体结构和多样性的影响[J].生物多样性，2015，23（1）：68-78.

[2] 刘 勇，鲍 静，姜兴印，等.4种杀菌剂对连作苹果园土壤镰刀菌及土壤酶活性的影响[J].果树学报，2015，32（1）：115-122.

[3] 陈 闯，吴景贵，杨子仪.不同有机肥及其混施对黑土酶活性动态变化的影响[J].水土保持学报，2014，28（6）：245-250.

[4] 田力生，谷 伟，王 帅.东北黑土区水土流失与耕地退化现状及修复措施[J].现代农业科技，2011（21）：308，311.

[5] 宋 戈，李 丹，梁海鸥，等.松嫩高平原黑土区耕地质量特征及其空间分异――以黑龙江省巴彦县为例[J].经济地理，2012，32（7）：129-134.

[6] 关松荫.土壤酶及其研究方法[M].北京：农业出版社，1986.

[7] 李振高，骆永明，腾 应.土壤与环境微生物研究法[M].北京：科学出版社，2008.

[8] XIAO K C，YU L，XU J M，et al. pH， nitrogen mineralization，and KCl-extractable aluminum as affected by initial soil pH and rate of vetch residue application： Results from a laboratory study[J]. J Soils Sediments，2014，14：1513-1525.

[9] 李 娟，w秉强，李秀英，等.长期不同施肥条件下土壤微生物量及土壤酶活性的季节变化特征[J].植物营养与肥料学报，2009， 15（5）：1093-1099.

[10] 杨 琴，李 良.种植年限对蔬菜日光温室土壤微生物区系和酶活性的影响[J].应用生态学报，2013，24（9）：2539-2544.

[11] 陈学文，张兴义，隋跃宇，等.利用空间移位法研究东北黑土pH季节变化及其影响因素[J].农业现代化研究，2008，29（3）：365-367.

[12] 郭志华，张 莉，郭彦茹，等.海南清澜港红树林湿地土壤有机碳分布及其与pH的关系[J].林业科学，2014，50（10）：8-15.

[13] 凌宏文，樊宇红，朴河春.桑园地和玉米轮作地土壤pH变化的比较研究[J].生态环境学报，2015，24（5）：778-784.

[14] RICHARDSON A E，BAREA J M，MCNEILL A M，et al. Acquisition of phosphorus and nitrogen in the rhizosphere and plant growth promotion by microorganisms[J]. Plant and Soil，2009，321：305-339.

[15] RUKSHANA F，BUTTERLY C R，BALDOCK J A，et al. Model organic compounds differ in priming effects on alkalinity release in soils through carbon and nitrogen mineralization[J]. Soil Biology and Biochemistry，2012，51：35-43.

[16] 郝瑞军，李忠佩，车玉萍，等.水田和旱地土壤有机碳矿化规律及矿化量差异研究[J].土壤通报，2009，40（6）：1325-1328.

[17] 敬芸仪，邓良基，张世熔.主要紫色土电导率特征及其影响因素研究[J].土壤通报，2006，37（3）：617-619.

[18] 李东坡，武志杰，陈利军，等.长期培肥黑土脱氢酶活性动态变化及其影响因素[J].土壤通报，2005，36（5）：679-683.

[19] 杨 阳，吴左娜，张宏坤，等.不同培肥方式对盐碱土脲酶和过氧化氢酶活性的影响[J].中国农学通报，2013，29（15）：84-88.

[20] 顿圆圆，杜春梅，姜中元，等.旱田改水田对土壤电导率及几种微生物的影响[J].湖北农业科学，2015，54（9）：2087-2089，2101.

[21] 郑景瑶，王百慧，岳中辉，等.氟磺胺草醚对黑土微生物数量及酶活性的影响[J].植物保护学报，2013，40（5）：468-472.

第9篇：微生物多样性分析范文

多水塘系统是农村地区特有的一类控制措施，利用一些天然的沟渠、水塘、植被，系统建造成本低廉，能有效截留来自村庄、农田的氮、磷污染和降雨径流，循环利用营养物质和水资源，不但增加了生物的多样性同时也提高水资源利用率[27]。但是多水塘系统一般占地面积大，功能较单一，截流和去污效率也受入水和降雨的时空影响，且对系统中植物的种类有一定要求[13]。在实际应用中，往往结合各种措施（如湿地系统、生态沟渠系统等）一起，可以达到更好的去污效果。

2沟渠系统

近年来，沟渠作为一种重要的生态系统，被广大研究者所重视，它在非点源污染防治中具有举足轻重的作用。首先沟渠与河流相似，具有持水、汇水、水流通道的作用，同时，沟渠也具有人工湿地的特性，担负着净化水质和维持生物多样性的功能。因此，沟渠同时具有河流和湿地的双重特征。所以，沟渠应该是指以排水和灌溉为主要目的同时具有人工湿地净化环境的人工水道，是一种人类活动影响下的半自然的人工湿地水文生态系统。沟渠系统不另占土地，其净化机制与湿地相似，主要也是利用自身的物理、化学和生物三方面的协同作用，沟渠中的植被有拦截污染物、沉降泥沙和颗粒物的作用；沟底的淤泥和沟壁上附着的大量微生物，可以进行各种生化反应，对氮磷等元素的去除很有帮助。利用现有的一些农田沟渠和自然水渠建成具有生态拦截功能的生态沟渠系统，不仅可以带来巨大的经济和水文效益，同时还能维护生物多样性，改善区域生态环境。其中，杨林章等在太湖流域研究生态拦截型沟渠系统对农田排水中非点源污染物的去除效果，研究发现生态沟渠系统对氮磷的平均去除率为48.36%和40.53%，效果令人满意[28]。各项研究表明，沟渠内布设适当的水生植物能起到减缓稻田排水流速、脱氮除磷、提高水体溶解氧、稳定水体pH值的作用，不同的植被组合，去污效果会有明显的不同。

3不同控制措施效果对比

不同控制措施对不同类型的污染物去除效率不同，如植被过滤与缓冲带对泥沙的拦截作用比较强，沟渠与水塘多结合为人工塘渠系统，经常作为面源污染治理的第一道关卡，对于氮磷浓度较高的污水，人工塘渠可以大大减少水中氮磷的总量，抗高污染负荷的效果较好[36]。而自然或人工湿地，经常作为最后一道拦截屏障，主要通过湿地中的植物、微生物及土壤基质对水中污染物做进一步的净化作用。因此，多种措施的耦合系统将是以后的发展趋势，并结合实际污染情况制定相应的结合方式，如改变耦合的措施种类和顺序，将达高效的去污效果。从表2可以看出，耦合系统对各种污染物平均去除率要高于每种措施本身的去除率，其中，塘渠-湿地系统去污效果非常好，总氮、总磷和COD的去除率高达95%以上。水塘和湿地耦合系统对总氮、总磷平均去除率在70%以上，而人工湿地对农田径流中的总氮、总磷去除率只在50%以上，因此，多种措施耦合的控制手段是一种高效的控制方式。表2单项措施中，人工湿地去污能力最好，其次是缓冲带湿地，其中，滞留塘对总磷的去除效果优于对总氮的去除，表现出对不同形态的磷很好的去除效果。因此，我们在实际应用中，结合非点源污染的实际情况，采用不同措施组合的方式，将会是一种有效的控制手段。

4展望

我国非点源污染研究虽取得了显著的成就，但仍存在许多不足之处，如研究多侧重于对湖泊、水库等地表水的污染研究，而忽略了地下水污染的严重性；研究尺度多集中在小流域、中微型尺度的研究，不适于大尺度、区域研究；目前模型研究仍然采用国外现有的经验、机理模型，由于地域差距大，造成研究结果不太理想，而且模型参数过多，又资料数据获取困难，致使模拟结果与实际情况不符等。针对当前存在的各种问题，提出了以后非点源污染研究的发展趋势。

4.1“3S”等新技术的应用

非点源污染发生具有随机性、广泛性，并不是所有区域都需要管理，管理措施的高效运行前提是关键源区识别。使用新技术，如“3S”技术，利用RS进行大范围监测，GIS强大的空间分析能力和GPS的高精度定位，快速准确识别出关键污染源区，且遥感可为大尺度和区域研究提供所需的数据和可能。

4.2关注措施综合效益

一些BMPs、生态工程措施非常关注运行效率问题，除此之外还应注重投入效益的问题，投入指的是经济支出，效益指的是对污染物的去除率。不同的管理措施对不同的污染物去除率差异很大，比如植被等对泥沙的拦截作用比较强，但对其他污染物削减比较少。此外，非点源污染不仅仅是氮磷的问题，COD、农药等问题也应在考察范围。

4.3模型的改善和引进

模型模拟一直是非点源污染研究中一个重要有效的研究方法，我国所用的模型多来自于国外，由于地域差距大、模型基础数据难获取和模型参数过多等原因，使得一些模型模拟结果并不理想，虽然我国学者一直在开发自己的模型，但是自己开发的模型一般耗时久、消耗人力大且机理性和适用性不强，不能很好的大范围推广，很大程度上阻碍了我国非点源污染研究进程。因此，以后应更多地关注引进模型的改进、使参数本地化、加强参数敏感性分析等方面研究。

4.4全过程、多措施综合治理

目前控制措施一般从“源-流-汇”的角度出发，在源头上通过增加植被覆盖、降低坡度、增修沟渠分支来减少地表径流；在“汇”端采取人工湿地、缓冲带等措施对污染负荷进行削减。而未来将考虑全过程治理，多措施、全类型综合治理。本文来自于《环境科学与技术》杂志。环境科学与技术杂志简介详见