艾比湖湿地代表性植物根际氮循环关键过程微生物功能群群落结构的生态位分化特征

This study based on the microbial resource advantage of Xinjiang Ebinur Lake Wetland which is the desert saline ecosystem of the most typical temperate arid in our country. Choosing the rhizosphere and non-rhizosphere soil of the wetland main plant species as the research medium. With nitrogen fixation, nitrification and denitrification functional gene of microbial functional groups of nitrogen cycle of the key cycle of wetland ecological functions as the breakthrough point. With NH4+-N, NO3--N, NO2--N, soluble nitrogen, soluble organic nitrogen, fixed ammonium of rhizosphere micro-environment as the target compounds. Adopting the analysis method of clone library building, real time quantitative PCR combined with physical and chemical factor data and nitrogen compound content of different forms. We will study the population composition, distribution, abundance dynamics and structural differences of nitrogen-fixing bacteria and ammonia-oxidizing bacteria and ammonia oxidizing archaea and denitrifying bacterial community involved in nitrogen cycle of rhizosphere in responses to the rhizosphere and non-rhizosphere environment of different plant species. Our research is to explore the ecological niche differentiation characteristics of microbial functional groups community of nitrogen cycle key process and their possible functional activity differences in different vegetation environments. This research has the important value to evaluate and forecast the ecological functions recovery efficiency of different vegetation growing region of Ebinur Lake wetland, and to develop wetland management and protection decisions.

本研究立足于国内最具代表性的温带干旱地荒漠盐化生态系统——新疆艾比湖湿地微生物资源优势，以湿地主要代表性植物物种根际与非根际土壤、底泥为介质，以影响湿地生态功能的关键循环——氮循环中的固氮作用、硝化作用、反硝化作用微生物功能群功能基因为切入点，以根际微环境自然态的氨态氮、硝酸态氮、亚硝酸态氮、可溶性总氮、可溶性有机氮、固定态铵为目标化合物，采用将克隆文库构建、实时定量PCR、环境理化学因子数据、不同形态氮化合物含量相结合的分析方法，研究参与根际氮循环的固氮菌群落、氨氧化细菌群落、氨氧化古菌群落和反硝化细菌群落的种群组成、分布、数量丰度动态变化、结构差异对不同植物物种根际微环境的响应，探讨氮循环关键过程微生物功能群群落结构的生态位分化特征及其在不同植被环境中可能的功能活性差异。这对评价与预测由氮循环微生物驱动的艾比湖湿地不同植被种植区的生态功能恢复效益、制定湿地管理保护决策有重要价值。

作为温带干旱区荒漠盐化极端环境典型代表的艾比湖湿地，生长的各种盐碱建群植物及其根际氮循环功能微生物在维持生态功能平衡方面功不可没。选取艾比湖湿地4种代表性建群盐生植物——盐节木、盐角草、芦苇、花花柴的根际和非根际土壤作为研究样本，分4月、7月和10月3个采样季，把克隆文库构建、实时定量PCR、高通量测序与环境地化因子结合，研究艾比湖湿地固氮、氨氧化、反硝化微生物的群落结构组成、生态位分化特征及在不同植物根际中可能的功能活性差异，为预测盐生植物对湿地生态功能恢复的积极作用提供支持。1、植物根际和非根际微环境：除花花柴根际pH值高于非根际外，其余3种植物pH值均是非根际高于根际；含盐量根际高于非根际，在盐节木根际最高，花花柴非根际最低；根际氮肥水平优于非根际。2、固氮微生物：nifH基因多样性，盐节木和盐角草非根际高于根际，芦苇根际高于非根际；相比4月和7月，10月固氮微生物种类较单一，为变形菌门和蓝细菌门；芦苇是固氮微生物多样性和丰富度最高的植物，7月的芦苇根际最高；丰富度排名前30的物种为磁螺菌属、土杆菌属、假单胞菌属等。各植物根际和非根际优势固氮菌属的异同与某些环境地化因子有关。3、氨氧化微生物：各植物根际AOB的多样性和丰富度均高于AOA的；泉古菌门和奇古菌门是各植物和各采样季氨氧化古菌主要门类。夏季，奇古菌门的AOA丰度在盐角草根际最高；泉古菌门的AOA丰度在芦苇根际和非根际较高，在盐节木根际最低。电导率、有机质、铵态氮可能是影响氨氧化微生物群落结构和丰度生态位分化的因子。4、反硝化微生物：nirS基因多样性在芦苇根际最高，在芦苇非根际最低。共有菌为γ-变形菌纲的盐单胞菌属和假单胞菌属。盐单胞菌属为盐节木根际优势种群，假单胞菌属为芦苇非根际优势种群。nirS基因丰度在芦苇非根际最高，在盐节木根际最低。nirS基因丰度，在盐节木和芦苇根际与NH4+-N含量呈显著正相关，在盐角草根际与NO3- - N含量呈正相关。