不同利用方式红壤团聚体中产胞外多糖细菌的生物多样性及其功能研究

Soil aggregates are the main components of soil structure. Soil aggregate stability is a crucial soil property affecting soil sustainability. Soil bacteria, especially exopolysaccharide(EPS)-producing bacteria, play important roles in the formation and stability of soil aggregates. Based on the utilization of red soils in Jiangxi Province, different land-use types (such as grassland, forest, dryland, paddy field and wasteland soil) of soil samples are collected. Improved culture methods and molecular biology techniques, as well as modern instrumental analysis techniques, are used to analyze population, functional and genetic diversity of EPS-producing bacteria, investigate the differences of EPS produced by EPS-producing bacteria and screen the efficient EPS-producing bacteria, and determine the effects on formation and stability of soil aggregates and the mechanism involved. The expected results can not only enrich the resources pool and gene pool of EPS-producing bacteria, but also elucidate the relationship between EPS-producing bacteria and the formation and stability of soil aggregates and mechanisms involved, which can not only provide the experimental basis for the formation and stability of soil aggregates by EPS-producing bacteria, but also provide the resources for screening and utilization of plant growth-promoting bacteria.

土壤团聚体是土壤的重要组成部分，对土壤结构和土壤肥力有重要影响。土壤细菌，尤其是产胞外多糖的细菌对土壤团聚体的形成和稳定起着重要的作用。本项目根据江西红壤利用情况，采集不同利用方式（草地、林地、旱地、水田和荒地等）红壤样品，采用改进培养结合现代分子生态手段以及现代仪器分析技术，分析不同团聚体中产多糖细菌种群、功能和遗传多样性，明确不同产胞外多糖细菌产生的胞外多糖的种类和差异，筛选高效产胞外多糖细菌并确定其在土壤团聚体形成和稳定中的作用和机制。预期结果不仅可以丰富产胞外多糖细菌资源库、基因库；而且还可以深入阐明产胞外多糖细菌与土壤团聚体形成、稳定的关系及其机制，为微生物调控土壤团聚体形成与稳定及其土壤肥力提供实验依据，并可为植物促生细菌的筛选与利用提供基础材料。

土壤微生物是土壤肥力的重要影响因素，土壤产胞外多糖细菌对土壤团聚体的形成和稳定起着重要的作用。本研究从江西不同利用方式的红壤中（旱地、草地和林地）分离到207株产胞外多糖的细菌，采用苯酚-硫酸法测定了其产胞外多糖的能力，并根据16S rRNA基因序列对产胞外多糖细菌进行了初步鉴定，结果表明高效产胞外多糖细菌隶属于Bacillus、Serratia、Burkholderia、Mesorhizobium、Rhizobium、Paenibacillus和Ensifer。其中，Ensifer属的分布比例最高。使用Illumina/MiSeq高通量测序技术研究了不同利用方式红壤中细菌群落组成，结果表明林地土壤样品中细菌的生物多样性最为丰富，Acidobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Firmicutes、Gemmatimonadetes、Planctomycetes和Proteobacteria为供试红壤样品中优势菌群，但不同利用方式红壤中菌群的比例存在差异。同时，分析了不同粒径土壤团聚体中细菌群落组成，发现湿筛后细菌群落发生显著变化，尤其是粒径小于0.05 mm的土壤团聚体。大粒径土壤团聚体（>1 mm）中Acidobacteriaceae、Solibacteraceae、Oxalobacteraceae和Gemmatimatimonadaceae的相对比例较高，这也暗示这些细菌群落与红壤团聚体的稳定有密切关系。筛选到一株隶属于Cohnella属的产胞外多糖细菌D45，其革兰氏染色为阳性、好氧、杆状（宽：0.7-1.0 μm；长：2.3-3.0 μm），周生鞭毛，能产生椭圆形芽孢。菌株D45的最适生长条件为30℃、pH7和0%（w/v）NaCl浓度。16S rRNA基因序列分析表明，菌株D45与Cohnella的亲缘关系较近；主要脂肪酸为anteiso-C15:0和iso-C16:0，与参比菌株C. thermtolerans全细胞脂肪酸成分较为相似；MK-7是菌株D45最主要的醌；含有极性双磷酰甘油、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、氨基磷脂和磷脂等。菌株D45基因组G+C mol%为59.5 mol%，其与参比菌株杂交值远远低于种间的界限值70%。因此，菌株D45为Cohnella属的新种。同样，菌株A33为Arthrobacter属新种。