秸秆还田土壤中与纤维素降解相关的微生物的分子生态学研究

【摘要】： 秸秆是自然界和农业生态系统中一种重要的资源,秸秆还田对于土壤的肥力状况及其质量和健康都有着非常重要的意义。土壤微生物尤其是其中与纤维素降解有关的微生物在秸秆的降解过程中起着关键性的作用。本文对秸秆还田土壤中与纤维素降解有关的微生物进行了分子生态学研究,研究内容共分为三个部分: 第一部分:应用PCR-DGGE分子技术并结合聚类分析、主成份分析(PCA)等统计分析方法,对土壤微生物在几种不同的纤维素富集培养条件下的多样性进行了分析。结果发现,不同的纤维素富集培养条件对土壤微生物的多样性有不同程度的影响:CMC和PCS两种培养基在50℃时所回收的土壤微生物的菌群结构和组成比较相似;而纤维素富集培养基(J培养基)同CMC两种培养基所回收的土壤微生物菌群结构和组成却有很大的差异;此外50℃条件下所回收的土壤微生物其菌群结构和组成同28℃、37℃两个温度相比也相差较大。这一结果表明,组合不同的纤维素富集培养条件,结合分子和统计分析,可以对土壤样品在不同纤维素富集培养条件下微生物的多样性进行检测和评估,同时还可以为分离目标菌时富集培养条件的选择提供很有价值的参考。 第二部分:通过建立秸秆还田模拟体系,并应用PCR-DGGE分子技术与聚类分析、主成份分析(PCA)以及偏最小二乘法显著性分 【关键词】：秸秆还田 土壤微生物 纤维素分解菌 CMC酶 DGGE 聚类分析主成份分析 偏最小而乘法判别分析 Bacillus Streptomyces
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S154.3
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 文献综述14-27
• 1.1 秸秆综合利用现状14-15
• 1.1.1 直接用于还田14
• 1.1.2 生产有机肥料间接还田14-15
• 1.1.3 生产饲料15
• 1.1.4 用作生物能源15
• 1.1.5 在其他工业中的应用15
• 1.2 秸秆还田效应的研究进展15-19
• 1.2.1 秸秆还田对土壤理化性状的影响15-17
• 1.2.2 秸秆还田的生物效应17-18
• 1.2.3 秸秆还田的负效应18-19
• 1.3 纤维素微生物降解过程的研究19-21
• 1.3.1 纤维素的结构和性质19
• 1.3.2 纤维素酶的组成及作用机制19-20
• 1.3.3 纤维素分解菌20-21
• 1.4 土壤微生态研究方法进展21-25
• 1.4.1 传统培养分离方法21
• 1.4.2 通过分析细胞组成物或代谢物的多样性来研究微生物组成的多样性的方法21-22
• 1.4.3 克隆文库分析法22-23
• 1.4.4 分子杂交法23
• 1.4.5 DNA 指纹图谱分析方法23-25
• 1.5 本研究的主要工作背景和研究方法25-27
• 第二章 秸秆还田土壤中微生物在不同纤维素富集条件下的多样性27-35
• 2.1 引言27
• 2.2 材料与方法27-30
• 2.2.1 土壤样品的采集27-28
• 2.2.2 培养基28
• 2.2.3 土壤悬液的制备和富集培养28
• 2.2.4 DNA 的提取28-29
• 2.2.5 PCR 扩增29-30
• 2.2.6 DGGE 分析30
• 2.2.7 数据分析30
• 2.3 结果与分析30-32
• 2.3.1 不同富集培养条件下样品的1651DNA V3 区DGGE 分析30-31
• 2.3.2 DGGE 图谱的聚类和PCA 分析31-32
• 2.4 讨论32-34
• 2.5 小结34-35
• 第三章 秸秆还田模拟体系中土壤微生物多样性的分子生态学研究35-48
• 3.1 引言35-36
• 3.2 材料与方法36-39
• 3.2.1 土壤样品的采集36
• 3.2.2 秸秆还田模拟体系的建立36
• 3.2.3 CMC 酶活性的测定36-37
• 3.2.4 土壤样品 DNA 的提取37
• 3.2.5 PCR 扩增37-38
• 3.2.6 DGGE 分析38
• 3.2.7 DGGE 图谱的数据分析38
• 3.2.8 DGGE 条带割胶回收测序38-39
• 3.3 结果与分析39-45
• 3.3.1 硝酸盐（无机氮）的加入对土壤样品 CMC 酶活性及其微生物种类和结构的影响（选取7 天时的样品进行分析）39-40
• 3.3.2 秸秆还田模拟体系中随着时间点的推移土壤样品 CMC 酶活性及其微生物结构和组成的变化情况40-45
• 3.4 讨论45-47
• 3.5 小结47-48
• 第四章 秸秆还田土壤中的微生物在50℃高温下降解秸秆规律的研究48-57
• 4.1 引言48
• 4.2 材料与方法48-50
• 4.2.1 土壤样品的采集48-49
• 4.2.2 建立50℃秸秆还田土壤微生物秸秆降解体系49
• 4.2.3 CMC 酶活性的测定49
• 4.2.4 土壤样品DNA 的提取49
• 4.2.5 PCR 扩增49
• 4.2.6 DGGE 分析49
• 4.2.7 DGGE 图谱的数据分析49
• 4.2.8 DGGE 条带割胶回收测序49-50
• 4.3 结果与分析50-54
• 4.3.1 50℃秸秆还田土壤微生物秸秆降解体系中6 个时间点土壤样品的CMC 酶活测定结果50-51
• 4.3.2 50℃秸秆还田土壤微生物秸秆降解体系中6 个时间点土壤样品的16Sr1DNAV3-DGGE 分析51-52
• 4.3.3 16SrDNAV3-DGGE 图谱的聚类分析和 PCA 分析52
• 4.3.4 16SrDNAV3-DGGE 图谱 PLS-DA 分析52-54
• 4.4 讨论54-55
• 4.5 小结55-57
• 参考文献57-66
• 附录1： 溶液试剂的配制66-70
• 附录2: 本论文中所用到的 DGGE 指纹图谱分析软件的使用70-73
• 附录3: 实验中所用的仪器设备73-74
• 致 谢74-75
• 研究生阶段发表的论文75

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