冷凉地区苹果园土壤氨氧化微生物种群结构与氮循环关系研究

氨氧化微生物（细菌和古菌）是土壤氮素循环的重要参与者，苹果园土壤氨氧化微生物群落结构组成变化可反映土壤氮素水平及根系生理机能。深入研究土壤氨氧化微生物群落演替规律及生态功能多样性，有利于维持果园生态系统的稳定性。.本项目采用PCR-DGGE和实时定量PCR技术，分析苹果园土壤氨氧化微生物16S rDNA 和氨单加氧酶基因片段信息，通过基因转录水平及对DGGE谱带分析，明确土壤氨氧化微生物种群组成、丰度及活性变化与氮素转化的关系，构建群落结构多样性指纹图谱。分析人工土壤管理体系对土壤氨氧化微生物活性与群落组成变化的影响，结合传统纯培养方法筛选环境敏感型氨氧化微生物优势种群，并对其进行氮代谢功能分析。探讨微生物预警果园土壤生态环境变化及人工调控果园土壤微生物群落结构，改善土壤质量，增强根系功能，进而促进植株生长发育的可行性。

本项目整体上按计划完成了任务书中的相应研究内容，达到了预期目标。针对苹果园土壤氨氧化细菌种群结构组成，建立了苹果园土壤氨氧化细菌群落结构多样性分析的PCR-DGGE技术体系，采用巢式PCR技术，构建了冷凉地区不同生育期苹果园土壤氨氧化细菌群落结构系统发育树。检测的25个氨氧化细菌条带均属于变形菌门的beta亚类，苹果园土壤优势氨氧化菌属为亚硝化螺旋菌属（Nitrosospira）；针对氨氧化细菌对环境因子的响应机制，探讨了不同物候期苹果园土壤氨氧化细菌群落结构演替与土壤氮素转化之间的关系。结果表明，苹果园土壤硝化强度与氨氧化细菌数量在低温季节较高，且二者呈极显著正相关，土壤pH值、硝态氮和速效磷含量可显著影响土壤硝化强度和氨氧化细菌数量，但pH值变化对氨氧化细菌多样性、丰富度、均匀度及优势度等相关指数无明显作用；针对苹果园土壤可培养氨氧化细菌分类地位的确定，构建了可培养氨氧化细菌群落结构系统发育树。结合传统的平板分离、纯化培养技术，采用NO2-筛选方法，鉴定了8株具有良好氨氧化能力的可培养优势氨氧化细菌菌株，但与DGGE条带序列进行分析比较时，二者在分类地位上存在较大差异。因此，传统方法与近代分子手段的结合可更全面的了解氨氧化微生物种群演替及其生态功能。.另外，结合项目实施过程中发现的新问题，还开展了冷凉地区土壤功能微生物研究，探讨了低温对苹果园土壤氮代谢细菌种群分布以及生草覆盖对细菌碳代谢功能等方面的影响。结果表明，果园土壤蕴藏着丰富的微生物类群，早春低温影响了苹果砧木根际氮代谢相关微生物区系及土壤酶活性，导致幼苗根系吸收能力及叶片光合能力下降，影响植株的生长和发育。生草覆盖处理可增强土壤优势细菌对一些糖、醇和氨基酸类化合物的利用能力。因此，冷凉地区苹果园土壤建议通过覆盖方式以提高地温或上一年秋施肥提供树体氮素水平，以满足生长过程对氮素等养分的需求。上述研究结果为初步揭示冷凉地区苹果园土壤功能微生物在物质转化中的作用、调控机制和果园土壤管理提供了理论依据。.