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秦岭中段北坡不同海拔土壤中细菌群落的分布特征及区域差异比较.pdf

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秦岭中段北坡不同海拔土壤中细菌群落的分布特征及区域差异比较.pdf

第 3 2 卷 第 8 期 2 0 1 9 年 8 月 环 境 科 学 研 究 R e s e a r c h o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s V o l . 3 2 ꎬ N o . 8 A u g . ꎬ 2 0 1 9 收 稿 日 期 2 0 1 8  ̄ 0 8  ̄ 2 0 修 订 日 期 2 0 1 9  ̄ 0 1  ̄ 1 8 作 者 简 介 贺 婧 1 9 9 3  ̄ ꎬ 女 ꎬ 山 西 运 城 人 ꎬ h e j i n g m b y @ r u c . e d u . c n . ∗ 责 任 作 者 ꎬ 李 俊 生 1 9 6 8  ̄ ꎬ 男 ꎬ 安 徽 巢 湖 人 ꎬ 研 究 员 ꎬ 博 士 ꎬ 博 导 ꎬ 主 要 从 事 生 物 多 样 性 保 护 、 自 然 保 护 区 管 理 、 生 物 安 全 评 估 以 及 气 候 变 化 影 响 评 价 研 究 ꎬ l i j s h @ c r a e s . o r g . c n 基 金 项 目 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 N o . 2 0 1 6 Y F C 1 2 0 1 1 0 0 ꎻ 环 境 保 护 部 生 物 多 样 性 调 查 与 评 估 专 项 N o . 2 0 9 6 0 0 1 0 0 6 ꎻ 江 西 省 科 学 院 重 点 科 研 项 目 N o . 2 0 1 8  ̄ Y Z D 2  ̄ 0 7 S u p p o r t e d b y N a t i o n a l K e y R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t P r o g r a m o f C h i n a N o . 2 0 1 6 Y F C 1 2 0 1 1 0 0 ꎻ B i o d i v e r s i t y S u r v e y a n d A s s e s s m e n t P r o j e c t o f M i n i s t r y o f E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n ꎬ C h i n a N o . 2 0 9 6 0 0 1 0 0 6 ꎻ K e y P r o g r a m s o f J i a n g x i A c a d e m y o f S c i e n c e s ꎬ C h i n a N o . 2 0 1 8  ̄ Y Z D 2  ̄ 0 7 秦 岭 中 段 北 坡 不 同 海 拔 土 壤 中 细 菌 群 落 的 分 布 特 征 及 区 域 差 异 比 较 贺 婧 1 ꎬ 2 ꎬ 闫 冰 1 ꎬ 3 ꎬ 李 俊 生 1 ∗ ꎬ 付 刚 1 ꎬ 齐 月 1 ꎬ 马 艺 文 1 ꎬ 2 ꎬ 乔 梦 萍 1 ꎬ 2 1 . 中 国 环 境 科 学 研 究 院 ꎬ 国 家 环 境 保 护 区 域 生 态 过 程 与 功 能 评 估 重 点 实 验 室 ꎬ 北 京 1 0 0 0 1 2 2 . 中 国 人 民 大 学 环 境 学 院 ꎬ 北 京 1 0 0 8 7 2 3 . 江 西 省 科 学 院 能 源 研 究 所 ꎬ 江 西 南 昌 3 3 0 0 9 6 摘 要 为 深 入 理 解 土 壤 细 菌 群 落 沿 海 拔 梯 度 的 分 布 特 征 ꎬ 以 秦 岭 山 脉 中 段 的 朱 雀 国 家 森 林 公 园 朱 雀 山 北 坡 简 称 “ 朱 雀 北 坡 ” 与 太 白 山 自 然 保 护 区 太 白 山 北 坡 简 称 “ 太 白 山 北 坡 ” 为 研 究 区 域 ꎬ 海 拔 梯 度 上 每 隔 4 0 0 m 设 置 采 样 点 ꎬ 通 过 高 通 量 测 序 研 究 土 壤 细 菌 群 落 的 海 拔 变 化 规 律 及 其 关 键 影 响 因 素 . 结 果 表 明 研 究 区 域 内 ꎬ 随 海 拔 升 高 ꎬ 土 壤 p H 趋 于 降 低 太 白 山 北 坡 不 明 显 ꎬ w T C 、 w T N 、 w T O C 均 显 著 升 高 ꎬ w T P 也 趋 于 升 高 朱 雀 北 坡 不 明 显 . 两 个 区 域 土 壤 细 菌 中 相 对 丰 度 最 高 的 均 为 变 形 菌 门 和 酸 杆 菌 门 ꎬ 朱 雀 北 坡 随 海 拔 梯 度 变 化 显 著 的 细 菌 主 要 包 括 变 形 菌 门 、 硝 化 螺 旋 菌 门 、 浮 霉 状 菌 门 、 酸 杆 菌 门 、 放 线 菌 门 ꎬ 其 中 ꎬ 硝 化 螺 旋 菌 门 相 对 丰 度 与 海 拔 呈 正 相 关 ꎬ 放 线 菌 门 相 对 丰 度 与 海 拔 呈 负 相 关 ꎻ 太 白 山 北 坡 随 海 拔 梯 度 变 化 显 著 的 细 菌 主 要 包 括 放 线 菌 门 、 疣 微 菌 门 、 浮 霉 状 菌 门 、 绿 弯 菌 门 ꎬ 其 中 ꎬ 放 线 菌 门 相 对 丰 度 与 海 拔 呈 负 相 关 ꎬ 其 余 三 者 相 对 丰 度 与 海 拔 呈 正 相 关 . 两 个 区 域 土 壤 细 菌 多 样 性 指 数 如 S h a n n o n  ̄ W i e n e r 指 数 、 C h a o 1 指 数 、 o b s e r v e d  ̄ s p e c i e s 指 数 、 P D _ w h o l e _ t r e e 指 数 等 沿 海 拔 梯 度 均 无 明 显 变 化 规 律 ꎬ 但 太 白 山 北 坡 数 值 整 体 上 高 于 朱 雀 北 坡 . 典 范 对 应 分 析 c a n o n i c a l c o r r e l a t i o n a n a l y s i s ꎬ C C A 结 果 显 示 ꎬ 影 响 朱 雀 北 坡 和 太 白 山 北 坡 土 壤 细 菌 群 落 结 构 的 主 要 因 素 均 为 p H 和 w T O C . 研 究 显 示 ꎬ 不 同 海 拔 梯 度 也 是 导 致 秦 岭 中 段 北 坡 土 壤 细 菌 群 落 差 异 的 重 要 因 素 . 关 键 词 秦 岭 北 坡 ꎻ 细 菌 多 样 性 ꎻ 海 拔 梯 度 ꎻ 空 间 异 质 性 中 图 分 类 号 X 1 7 2 文 章 编 号 1 0 0 1  ̄ 6 9 2 9 2 0 1 9 0 8  ̄ 1 3 7 4  ̄ 1 0 文 献 标 志 码 A D O I 1 0 􀆰 1 3 1 9 8 ∕ j 􀆰 i s s n 􀆰 1 0 0 1  ̄ 6 9 2 9 􀆰 2 0 1 9 􀆰 0 1 􀆰 1 2 A l t i t u d e D i s t r i b u t i o n P a t t e r n s a n d R e g i o n a l D i f f e r e n c e s o f S o i l B a c t e r i a l C o m m u n i t y i n N o r t h e r n S l o p e s i n t h e M i d d l e Q i n l i n g M o u n t a i n s H E J i ng 1 ꎬ 2 ꎬ Y A N B i ng 1 ꎬ 3 ꎬ L I J uns h e ng 1 ∗ ꎬ F U G a ng 1 ꎬ Q I Y u e 1 ꎬ M A Y i w e n 1 ꎬ 2 ꎬ Q I A O M e n g pi ng 1 ꎬ 2 1 . S t a t e E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n K e y L a b o r a t o r y o f R e g i o n a l E c o  ̄ P r o c e s s a n d F u n c t i o n A s s e s s m e n t ꎬ C h i n e s e R e s e a r c h A c a d e m y o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s ꎬ B e i j i n g 1 0 0 0 1 2 ꎬ C h i n a 2 . S c h o o l o f E n v i r o n m e n t a n d N a t u r e R e s o u r c e s ꎬ R e n m i n U n i v e r s i t y o f C h i n a ꎬ B e i j i n g 1 0 0 8 7 2 ꎬ C h i n a 3 . I n s t i t u t e o f E n e r g y ꎬ J i a n g x i A c a d e m y o f S c i e n c e ꎬ N a n c h a n g 3 3 0 0 9 6 ꎬ C h i n a A b s t r a c t T o u n d e r s t a n d t h e d i s t r i b u t i o n o f s o i l m i c r o b i a l c o m m u n i t y a c r o s s e l e v a t i o n g r a d i e n t ꎬ a s t u d y w a s p e r f o r m e d i n t h e n o r t h e r n s l o p e o f Z h u q u e N a t i o n a l F o r e s t P a r k t h e n o r t h e r n s l o p e o f Z h u q u e a n d t h e n o r t h e r n s l o p e o f T a i b a i M o u n t a i n N a t u r e R e s e r v e t h e n o r t h e r n s l o p e o f T a i b a i M o u n t a i n i n t h e m i d d l e o f t h e Q i n l i n g M o u n t a i n s . A g r a d i e n t w a s s e t e v e r y 4 0 0 m t o s t u d y t h e a l t i t u d e v a r i a t i o n o f s o i l b a c t e r i a l d i v e r s i t y a n d i t s k e y i n f l u e n c i n g f a c t o r s t h r o u g h h i g h  ̄ t h r o u g h p u t s e q u e n c i n g . T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t w i t h t h e i n c r e a s e o f a l t i t u d e ꎬ t h e s o i l p H t e n d e d t o d e c r e a s e t h e n o r t h e r n s l o p e o f t h e T a i b a i M o u n t a i n w a s n o t o b v i o u s ꎬ s o i l w T C ꎬ w T N a n d w T O C i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y ꎬ a n d s o i l w T P t e n d e d t o r a i s e t h e n o r t h e r n s l o p e o f Z h u q u e w a s n o t o b v i o u s . T h e d o m i n a n t p h y l a h i g h e s t r e l a t i v e a b u n d a n c e o f s o i l b a c t e r i a i n t h e t w o s t u d y a r e a s w e r e P r o t e o b a c t e r i a a n d A c i d o b a c t e r i a . T h e m a i n b a c t e r i a l p h y l a i n t h e n o r t h e r n第 8 期 贺 婧 等 秦 岭 中 段 北 坡 不 同 海 拔 土 壤 中 细 菌 群 落 的 分 布 特 征 及 区 域 差 异 比 较 s l o p e o f Z h u q u e c h a n g e d s i g n i f i c a n t l y a l o n g t h e e l e v a t i o n g r a d i e n t ꎬ i n c l u d i n g P r o t e o b a c t e r i a ꎬ N i t r o s p i r a e p o s i t i v e c o r r e l a t i o n w i t h e l e v a t i o n g r a d i e n t a n d F i r m i c u t e s ꎬ A c i d o b a c t e r i a ꎬ a n d A c t i n o b a c t e r i a n e g a t i v e c o r r e l a t i o n w i t h e l e v a t i o n g r a d i e n t . T h e m a i n b a c t e r i a l p h y l a i n n o r t h e r n s l o p e o f T a i b a i M o u n t a i n c h a n g e d s i g n i f i c a n t l y a l o n g t h e e l e v a t i o n g r a d i e n t ꎬ i n c l u d i n g A c t i n o b a c t e r i a n e g a t i v e c o r r e l a t i o n w i t h e l e v a t i o n g r a d i e n t a n d V e r r u c o m i c r o b i a ꎬ P l a n c t o m y c e t e ꎬ a n d C h l o r o f l e x p o s i t i v e c o r r e l a t i o n w i t h e l e v a t i o n g r a d i e n t . S o i l b a c t e r i a l d i v e r s i t y i n d e x e s s u c h a s S h a n n o n  ̄ W i e n e r ꎬ C h a o 1 ꎬ o b s e r v e d  ̄ s p e c i e s a n d P D _ w h o l e _ t r e e s h o w e d n o s i g n i f i c a n t c h a n g e a l o n g t h e e l e v a t i o n g r a d i e n t i n t h e t w o s t u d y a r e a s ꎬ b u t t h e s e i n d e x e s w e r e h i g h e r i n n o r t h e r n s l o p e o f t h e T a i b a i M o u n t a i n c o m p a r e d t o t h e n o r t h e r n s l o p e o f Z h u q u e . C a n o n i c a l c o r r e l a t i o n a n a l y s i s C C A s h o w e d t h a t p H a n d w T O C w e r e t h e m a i n f a c t o r s a f f e c t i n g t h e s o i l b a c t e r i a l c o m m u n i t y s t r u c t u r e o n t h e n o r t h e r n s l o p e o f Z h u q u e a n d t h e n o r t h e r n s l o p e o f T a i b a i M o u n t a i n . T h e e l e v a t i o n g r a d i e n t h a d a s t r o n g i n f l u e n c e o n s o i l b a c t e r i a l c o m m u n i t y i n t h e n o r t h e r n s l o p e o f t h e m i d d l e Q i n l i n g M o u n t a i n s . K e y w o r d s n o r t h e r n s l o p e o f t h e Q i n l i n g M o u n t a i n s ꎻ b a c t e r i a l d i v e r s i t y ꎻ e l e v a t i o n g r a d i e n t ꎻ s p a t i a l h e t e r o g e n e i t y秦 岭 山 脉 作 为 我 国 南 北 地 理 和 气 候 的 天 然 分 界 线 ꎬ 扮 演 着 南 北 生 物 区 系 交 错 区 和 过 渡 带 的 角 色 ꎬ 是 我 国 温 带 植 物 区 系 最 丰 富 、 温 带 山 地 植 被 最 典 型 的 地 区 之 一 [ 1 ] ꎬ 也 是 我 国 生 物 多 样 性 保 护 的 优 先 区 域 之 一 . 目 前 ꎬ 秦 岭 野 生 动 物 资 源 包 括 国 家 一 级 重 点 保 护 动 物 8 种 、 二 级 重 点 保 护 动 物 3 4 种 ꎬ 已 发 现 的 包 括 鸟 类 、 兽 类 、 昆 虫 类 总 计 1 89 8 种 [ 2  ̄ 3 ] . 土 壤 微 生 物 在 生 物 地 球 化 学 循 环 中 扮 演 着 重 要 角 色 ꎬ 是 生 态 系 统 中 养 分 元 素 迁 移 转 化 的 驱 动 者 ꎬ 对 生 态 系 统 的 平 衡 稳 定 至 关 重 要 . 与 动 物 和 植 物 多 样 性 研 究 相 比 ꎬ 目 前 对 秦 岭 山 地 土 壤 微 生 物 多 样 性 的 研 究 还 不 够 系 统 和 全 面 ꎬ 有 待 深 入 研 究 . 研 究 发 现 ꎬ 土 壤 细 菌 群 落 结 构 和 多 样 性 均 受 土 壤 环 境 的 影 响 [ 4  ̄ 5 ] ꎬ 主 要 包 括 土 壤 含 水 量 [ 6 ] 、 p H [ 7 ] 和 土 壤 类 型 [ 8 ] 等 ꎬ 其 中 土 壤 pH 往 往 是 支 配 土 壤 细 菌 群 落 [ 7 ꎬ 9  ̄ 1 0 ] 和 功 能 细 菌 组 成 [ 1 1  ̄ 1 3 ] 的 首 要 因 子 . 随 着 土 壤 微 生 物 研 究 的 日 益 深 入 ꎬ 微 生 物 地 理 分 布 规 律 的 研 究 受 到 广 泛 关 注 . 虽 然 人 们 一 直 试 图 揭 示 土 壤 微 生 物 群 落 组 成 、 结 构 及 多 样 性 在 空 间 上 如 何 变 化 ꎬ 以 及 它 们 与 生 态 系 统 中 物 理 、 化 学 和 生 物 特 征 的 关 系 [ 7 ꎬ 1 4 ] ꎬ 但 是 对 微 生 物 的 地 理 分 布 以 及 影 响 它 们 的 生 物 和 非 生 物 因 素 知 之 甚 少 . 已 有 研 究 [ 1 5  ̄ 1 6 ] 认 为 ꎬ 土 壤 微 生 物 在 水 平 梯 度 上 具 有 空 间 分 异 规 律 ꎬ 其 主 要 控 制 因 子 为 土 壤 p H . 垂 直 梯 度 作 为 一 种 较 容 易 研 究 的 综 合 环 境 因 子 [ 1 7 ] ꎬ 常 常 会 导 致 山 地 的 生 境 差 异 ꎬ 并 会 产 生 温 度 、 光 照 、 降 雨 、 土 壤 等 多 方 面 环 境 因 子 的 改 变 ꎬ 影 响 植 物 物 种 多 样 性 [ 1 8 ] ꎬ 进 而 影 响 土 壤 细 菌 群 落 组 成 在 海 拔 梯 度 上 的 差 异 [ 1 9 ] . Si ng h 等 [ 2 0 ] 则 认 为 ꎬ 随 着 海 拔 变 化 ꎬ 细 菌 多 样 性 呈 现 出 单 峰 模 式 ꎻ F i e r e r 等 [ 2 1 ] 发 现 ꎬ 微 生 物 多 样 性 随 海 拔 的 变 化 规 律 与 植 物 、 动 物 多 样 性 不 同 . 因 此 ꎬ 仍 需 进 一 步 研 究 土 壤 微 生 物 沿 垂 直 方 向 的 生 物 地 理 分 布 规 律 及 其 限 制 因 子 . 该 文 选 取 秦 岭 中 段 最 为 典 型 的 太 白 山 自 然 保 护 区 和 朱 雀 国 家 森 林 公 园 为 研 究 区 域 ꎬ 基 于 高 通 量 测 序 技 术 ꎬ 研 究 秦 岭 中 段 北 坡 土 壤 细 菌 群 落 的 海 拔 分 布 特 征 、 影 响 因 素 及 区 域 差 异 ꎬ 探 索 秦 岭 地 区 土 壤 细 菌 的 生 物 地 理 分 布 ꎬ 以 期 为 秦 岭 地 区 土 壤 微 生 物 多 样 性 研 究 和 保 护 提 供 参 考 . 1 研 究 方 法 1 􀆰 1 研 究 区 域 概 况 朱 雀 国 家 森 林 公 园 位 于 秦 岭 中 段 东 部 的 西 安 市 户 县 ꎬ 属 暖 温 带 半 湿 润 大 陆 性 季 风 气 候 ꎬ 植 被 属 秦 岭 中 段 北 坡 暖 温 带 阔 叶 林 带 ꎬ 森 林 覆 盖 率 为 94 % . 太 白 山 为 秦 岭 主 峰 海 拔 3 7 6 7 m ꎬ 位 于 秦 岭 中 段 ꎬ 太 白 山 北 坡 海 拔 8 0 0 1 5 0 0 m 之 间 属 温 带 季 风 气 候 ꎬ 1 5 0 0 3 0 0 0 m 之 间 属 寒 温 带 季 风 性 气 候 ꎬ 3 0 0 0 3 36 0 m 之 间 属 高 山 亚 寒 带 气 候 ꎬ 3 35 0 m 以 上 为 寒 带 气 候 . 通 过 对 朱 雀 国 家 森 林 公 园 北 坡 简 称 “ 朱 雀 北 坡 ” 、 太 白 山 自 然 保 护 区 北 坡 简 称 “ 太 白 山 北 坡 ” 所 在 户 县 、 眉 县 近 5 a 夏 季 的 降 雨 时 间 进 行 收 集 比 较 ꎬ 发 现 户 县 、 眉 县 两 地 的 降 雨 时 间 均 在 16 0 d 左 右 ꎬ 并 无 显 著 差 异 ht t p ∕ ∕ w w w . t i a nqi h o uba o . c o m . 但 两 个 研 究 区 域 海 拔 梯 度 上 的 林 层 分 布 存 在 明 显 的 差 异 见 表 1 [ 1 7  ̄ 1 8 ꎬ 2 2 ] . 已 有 文 献 中 未 见 朱 雀 北 坡 有 巴 山 冷 杉 的 存 在 ꎬ 但 在 太 白 山 北 坡 2 4 00 2 800 m 处 均 有 巴 山 冷 杉 分 布 . 此 外 ꎬ 朱 雀 北 坡 海 拔 2 00 0 m 处 是 桦 木 林 带 ꎬ 2 400 m 处 开 始 有 太 白 红 杉 的 分 布 ꎬ 但 太 白 山 北 坡 海 拔 2 4 00 2 80 0 m 处有 桦 木 林 带 ꎬ 3 2 0 0 m 处 时 开 始 出 现 太 白 红 杉 . 由 此 可 知 ꎬ 朱 雀 北 坡 和 太 白 山 北 坡 在 水 平 空 间 上 出 现 了 自 东 向 西 林 层 升 高 的 差 异 性 排 布 . 1 􀆰 2 研 究 方 法 1 􀆰 2􀆰 1 样 品 采 集 朱 雀 国 家 森 林 公 园 采 样 区 域 位 于 朱 雀 北 坡 ꎬ 地 理 位 置 为 1 0 8 2 9′ E 1 0 8 3 6′ E 、 3 3 3 1 ′ N 3 4 0 3′ N ꎬ 采 样 的 海 拔 范 围 为 4 0 0 2 8 0 0 m ꎻ 太 白 山 自 然 保 护 区 采 样 区 域 位 于 太 白 山 北 坡 ꎬ 采 样 区 域 地 理 位 置 为 1 0 7 4 1′ E 1 0 7 4 6 ′ E 、 3 3 5 7′ N 3 4 0 7′ N ꎬ 采 样 的 海 拔 范 围 为 8 0 0 5 7 3 1 环 境 科 学 研 究 第 3 2 卷表 1 不 同 海 拔 样 带 的 林 层 分 布 情 况 T a b l e 1 D i s t r i b u t i o n o f f o r e s t b e l t s i n d i f f e r e n t a l t i t u d e 海 拔 ∕ m 朱 雀 北 坡 太 白 山 北 坡8 0 0 松 栎 林 带 栓 皮 栎 林 1 2 0 0 栓 皮 栎 林 锐 齿 槲 栎 1 6 0 0 锐 齿 槲 栎 锐 齿 槲 栎 2 0 0 0 桦 木 林 带  ̄ 太 白 红 杉 辽 东 栎 林 2 4 0 0 秦 岭 冷 杉  ̄ 太 白 红 杉 红 皮 桦  ̄ 牛 皮 桦 2 8 0 0 太 白 红 杉 和 高 山 草 甸 牛 皮 桦  ̄ 巴 山 冷 杉 3 2 0 0 太 白 红 杉 3 6 0 0 亚 高 山 灌 丛 草 甸 3 7 6 7 亚 高 山 灌 丛 草 甸 3 767 m . 朱 雀 北 坡 和 太 白 山 北 坡 采 样 时 间 选 在 20 1 6 年 和 20 1 7 年 微 生 物 最 活 跃 、 种 类 最 多 的 夏 季 [ 2 3 ] . 两 个 区 域 均 以 4 00 m 为 梯 度 进 行 采 集 . 沿 海 拔 梯 度 由 低 到 高 的 方 向 ꎬ 太 白 山 北 坡 采 样 点 编 号 依 次 为 T B 1 、 T B 2 、 T B 3 、 T B 4 、 T B 5 、 T B 6 、 T B 7 、 T B 8 、 T B 9 ꎬ 朱 雀 北 坡 采 样 点 编 号 依 次 Z Q 1 、 Z Q 2 、 Z Q 3 、 Z Q 4 、 Z Q 5 、 Z Q 6 、 Z Q 7 、 Z Q 8 . 每 个 采 样 梯 度 均 设 3 个 20 m 2 0 m 的 重 复 样 方 进 行 取 样 ꎬ 取 样 时 除 去 地 表 凋 落 物 层 ꎬ 垂 直 取 0 1 5 c m 土 壤 样 品 ꎬ 除 去 植 物 残 体 、 根 系 、 石 块 等 杂 物 ꎬ 用 无 菌 自 封 袋 封 装 ꎬ 分 为 两 份 ꎬ 其 中 一 份 风 干 过 筛 2 m m 用 于 测 定 土 壤 理 化 性 质 ꎬ 另 一 份 用 冰 盒 带 回 实 验 室 放 入 - 80 ℃ 冰 箱 中 用 于 提 取 D N A . 朱 雀 北 坡 采 集 2 3 个 土 壤 样 品 ꎬ 太 白 山 北 坡 采 集 27 个 土 壤 样 品 . 1􀆰 2􀆰 2 D N A 提 取 与 16 S r R N A 基 因 片 段 扩 增 测 序 用 试 剂 盒 F a s t D N A 􀳏 S P I N K i t f o r S o i l 提 取 土 壤 总 D N A ꎬ 经 琼 脂 糖 凝 胶 电 泳 检 测 后 ꎬ 置 于 - 20 ℃ 冰 箱 中 保 存 备 用 . 对 每 份 样 品 采 用 引 物 515 F ∕ 806 R 扩 增 16 S 基 因 的 V 4 高 变 区 片 段 ꎬ P C R 扩 增 引 物 为 51 5 F G T G C C A G C M G C C G C G G T A A 和 8 0 6 R G G A C T A C H V G G G T W T C T A A T . P C R 条 件 94 ℃ 预 变 性 2 m i n ꎻ 94 ℃ 变 性 3 0 s ꎬ 5 7 ℃ 退 火 30 s ꎬ 7 2 ℃ 延 伸 30 s ꎬ 2 5 次 循 环 ꎻ 7 2 ℃ 下 延 伸 5 m i n . 每 个 2 5 μ L 反 应 体 系 都 包 括 2􀆰 5 μ L T a K a R a 10 E x T a q 缓 冲 液 不 含 M g 2 + ꎬ 2 μ L dN T P M i x 2 􀆰 5 m m o l ∕ L ꎬ 1􀆰 5 μ L d N T P M g 2 + 2􀆰 5 m m o l ∕ L ꎬ 0 􀆰 2 5 μ L T a K a R a E x T a q D N A 聚 合 酶 2􀆰 5 U ꎬ 1 μ L 模 板 D N A ꎬ 浓 度 为 10 μ m o l ∕ L 的 上 游 b a r c o de 引 物 51 5 F 和 下 游 引 物 806 R 各 0 􀆰 5 μ L ꎬ 超 纯 水 ddH 2 O 补 齐 . 以 细 菌 16 S r R N A 基 因 V 4 高 变 区 为 目 标 区 域 进 行 测 序 ꎬ 依 据 P C R 产 物 浓 度 将 所 有 扩 增 成 功 的 P C R 产 物 等 量 混 合 ꎬ 经 定 量 等 质 控 后 建 立 I l l um i na 测 序 文 库 ꎬ 再 基 于 I l l um i n a M i s e q 平 台 进 行 双 末 端 2 5 0 b p 测 序 . 测 序 工 作 委 托 诺 禾 致 源 生 物 科 技 有 限 公 司 完 成 . 1 􀆰 2􀆰 3 观 测 指 标 参 照 土 壤 农 化 分 析 [ 2 4 ] 对 土 壤 pH 、 w T C 、 w T O C 、 w T N 、 w T P 、 w 速 效 磷 和 C ∕ N 等 基 础 化 学 性 质 进 行 测 试 . 土 水 比 1 ∶ 1 下 振 荡 30 m i n 后 用 pH 计 测 量 土 壤 pH ꎻ 用 元 素 分 析 仪 测 量 土 壤 中 w T C 、w T O C 、 w T N 和 w T P ꎻ 用 分 光 光 度 法 测 定 w 速 效 磷 . 细 菌 A l pha 多 样 性 主 要 选 取 Sh a n n o n  ̄ W i e ne r 指 数 用 于 反 映 物 种 群 落 的 多 样 性 和 均 匀 度 、 C ha o 1 指 数 用 于 估 计 群 落 样 品 中 包 含 的 物 种 总 数 、 o bs e r v e d  ̄ s pe c i e s 指 数 用 于 反 映 物 种 数 量 ꎬ 即 O T U s 数 目 、 P D _ w ho l e _ t r e e 指 数 基 于 进 化 距 离 计 算 得 到 ꎬ 用 于 反 映 群 落 内 物 种 的 亲 缘 关 系 这 4 项 指 标 来 表 征 ꎬ 同 时 选 取 G o o ds _ c o v e r a g e 指 数 用 于 反 映 样 品 的 测 序 深 度 ꎬ 用 O r i g i n 8 􀆰 0 和 R 软 件 g g pl o t 2 程 序 包 完 成 图 像 绘 制 . 典 范 对 应 分 析 c a no n i c a l c o r r e l a t i o n a na l y s i s ꎬ C C A 主 要 用 于 反 映 菌 群 与 环 境 因 子 之 间 的 关 系 ꎬ 可 以 检 测 环 境 因 子 、 样 品 、 菌 群 三 者 之 间 的 关 系 或 者 两 两 之 间 的 关 系 ꎬ 从 而 得 到 影 响 样 品 分 布 的 重 要 环 境 驱 动 因 子 . 采 用 方 差 分 解 分 析 v a r i a n c e pa r t i t i o n i ng a na l y s i s ꎬ V P A 方 法 并 配 合 典 范 对 应 分 析 ꎬ 重 点 研 究 各 环 境 因 子 对 微 生 物 群 落 分 布 的 解 释 率 ꎬ 进 而 得 到 影 响 样 品 分 布 的 环 境 驱 动 因 子 的 影 响 大 小 . 2 结 果 与 分 析 2 􀆰 1 朱 雀 北 坡 和 太 白 山 北 坡 土 壤 基 础 化 学 性 质 变 化 由 图 1 可 见 ꎬ 朱 雀 北 坡 的 土 壤 pH 与 海 拔 梯 度 呈 极 显 著 负 相 关 R = - 0􀆰 842 ꎬ P 0􀆰 05 则 与 此 相 反 . 两 个 区 域 C ∕ N 随 海 拔 梯 度 的 升 高 变 化 都 不 显 著 . 2 􀆰 2 朱 雀 北 坡 与 太 白 山 北 坡 的 土 壤 细 菌 分 布 情 况 2 􀆰 2􀆰 1 细 菌 群 落 组 成 的 主 要 类 型 通 过 测 序 共 获 得 3 5 50 710 条 高 质 量 序 列 ꎬ 每 个 样 品 包 含 49 42 8 95 261 条 ꎬ 平 均 71 014 条 . 其 中 9 7􀆰 8 3 % 为 细 菌 序 列 ꎬ 在 97 % 的 相 似 度 水 平 下 聚 类 获 得 325 20 1 个 O T U 操 作 分 类 单 元 ꎬ 每 个 样 品 的 O T U 数 为 4 9 28 7 685 . 所 有 样 品 共 获 得 5 3 个 门 、 1 5 0 个 6 7 3 1第 8 期 贺 婧 等 秦 岭 中 段 北 坡 不 同 海 拔 土 壤 中 细 菌 群 落 的 分 布 特 征 及 区 域 差 异 比 较 图 1 土 壤 基 础 化 学 性 质 沿 海 拔 梯 度 的 变 化 情 况 F i g . 1 C h a n g e s o f s o i l b a s i c c h e m i c a l p r o p e r t i e s a l o n g t h e

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