黑河上游冰沟流域功能微生物分布的空间异质性Word格式文档下载.docx

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作者签名：

二O年月日

河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告

论文题目

学生姓名

全平怀

所属学院

农业与生物技术学院

专业

生物科学

年级

10级

指导教师

所在单位

河西学院

职称

讲师

开题日期

2011.05

选题的根据：

选题的理论、实际意义并综述有关本选题的研究动态和自己的见解

一、课题研究的背景与实际意义

土壤微生物是生态系统的重要组成部分，在生态系统的物质循环和能量转化中占有重要地位。

近年来，对于土壤微生物的研究主要集中在土壤微生物与植被的关系、土壤微生物季节动态等。

其中土壤微生物功能菌的研究也受到国内外较多学者的关注，尤其是与生物肥料有关的解磷菌、解钾菌、硅酸盐细菌。

祁连山作为青藏高原北边缘地带和北部内陆荒漠地区重要的分水岭，形成了独具特色的生物多样性。

冰沟位于祁连山地区黑河流域上游，呈西北走向，植被有着典型的垂直带性特征。

流域内大量分布着季节性冻土和多年冻土。

冻土微生物是自然界赋予人类独特的生物资源和极其珍贵的科研素材。

目前国内外对祁连山地区微生物的研究较少。

通过本研究得出黑河上游冰沟流域功能微生物分布的空间异质性，对揭示不同海拔下土壤微生物生理生态学的格局和过程具有重要意义，对开发利用微生物资源具有重大意义。

二、课题的研究动态和自己的见解

现在人们最广泛的研究领域主要是草原、农田、湿地、森林、荒漠等生态系统的土壤微生物。

研究的主要方向是土壤微生物的群落特征、土壤微生物的代谢活性、土壤微生物在物质代谢活动中的作用、土壤微生物季节动态及土壤功能微生物的研究等方面，其中土壤微生物功能菌的研究也受到国内外较多学者的关注，尤其是与生物肥料有关的解磷菌、解钾菌、硅酸盐细菌。

解磷菌是能把土壤中植物不能吸收利用的磷元素转变为可被植物利用的有磷元素的一类细菌。

但对祁连山区尤其是黑河上游冰沟流域的土壤功能微生物的报导较少，冰沟位于祁连山地区黑河流域上游，呈西北走向，植被有着典型的垂直带性特征。

因此，本文在前人已有研究的基础上对黑河上游冰沟流域的土壤功能微生物异质性进行归纳和总结，可为今后相关方面的研究提供一定的借鉴和指导作用

论文的主要内容、基本要求及其主要的研究方法：

三、课题研究内容

1）拟选课题的目的

探索黑河上游冰沟流域功能微生物分布的空间异质性，揭示不同海拔下土壤微生物生理生态学的格局。

2）课题的主要的研究方法

通过传统的微生物平板培养法对土壤微生物进行培养、统计功能微生物的数量、描述功能微生物的形态特征。

用土壤元素测定技术测定土壤营养元素含量，结合海拔、植被类型等生物与非生物因素。

以期揭示黑河上游冰沟流域功能微生物分布的生理生态学格局，其目的是探索出冰沟流域海拔对功能微生物空间异质性。

四、课题研究的价值

1）创新点

本文通过对土壤微生物的培养计数和形态描述及土壤营养元素含量的测定，初步研究探索了祁连山冰沟地区土壤功能微生物分布的空间异质性，在一定程度上补充了前人对冰沟流域功能微生物方面的研究。

该研究结果对揭示不同海拔下土壤微生物生理生态学的格局和开发利用功能微生物资源在一定程度上有借鉴意义。

2）拟选课题的理论意义和应用价值

本文从黑河上游冰沟流域的土壤微生物中分离解磷菌、解钾菌等功能微生物并研究其与土壤有效营养元素的关系。

其目的是探索出功能微生物对土壤肥力的影响，为农业生产提供理论依据。

四、完成期限和采取的主要措施：

第一阶段2011.05-2011.06论文题目的拟定

第二阶段2011.06-2011.07相关资料的搜集浏览、主要资料的整理详细阅读

第三阶段2011.07-2011.08撰写开题报告

第四阶段2011.08-2011.09准备实验所需仪器药品等

第五阶段2011.09-2012.12进行实验获得数据、数据处理、写出论文初稿

第六阶段2014.03-2014.05论文的反复修改、完成论文定稿、打印

第七阶段2014.06论文答辩

参考文献

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指导教师意见

签名：

年月日

教研室意见

负责人签名：

学院意见

摘要采用传统的微生物平板培养法培养并统计了黑河上游冰沟流域的土壤微生物的数量和其所占比例，研究了土壤功能微生物即芽孢杆菌、解磷菌、解钾菌、解硅菌的分布，讨论了土壤营养元素及有机质与功能微生物的关系。

结果表明随海拔升高微生物总数量先升后降，功能微生物中的解磷菌数量先升高后下降。

芽孢杆菌、解钾菌、解硅菌数量的分布是随机的、不均匀的。

芽孢杆菌所占比例下降而解钾菌所占比例上升。

随海拔升高，细菌、真菌两大类群下的微生物种类呈下降趋势，微生物种类总数下降。

功能微生物解磷菌的种类先升高后下降。

随海拔的升高，土壤有机质含量先升高后下降，土壤微生物总数量和总种类及解磷菌数量也呈这一变化趋势。

关键字：

解磷菌；

解钾菌；

空间异质性；

土壤微生物

Abstract:

Traditionalmicrobialplatecultivationmethodandstatisticsoftheheiherivervalleyupstreamicesoilmicrobialquantityanditsproportion,studiesthefunctionofsoilmicrobeisbetweenbacillus,phosphorite-dissolvingbacterium,decomposingpotassiumbacterium,siliconsolutionbacteriawithelevation,thedistributionofsoilnutrientelementsisdiscussedandtherelationshipbetweentheorganicandfunctionalmicrobes.Resultsshowthatwiththehigherelevationofmicrobialquantityatfirstandloweredlaterfunctionphosphate-solubilizingbacterianumberofmicroorganismstoriseafterthefalloffirst.Bacillus,releasingfrombacteria,solutionofsiliconbacterianumberdistributionisrandomanduneven.Proportionofbacillusfallingandrisingproportionofreleasingfrombacteria.Increaseswithaltitude,bacteria,fungi,twogroupsofmicrobialspeciesisonthedecline,totalmicrobialspecies.Functionalmicrobialspeciestoriseafterthefallofphosphate-solubilizingbacteria.Alongwiththeincreaseofaltitude,toriseafterthefallofsoilorganicmattercontent,soiltypesandphosphate-solubilizingbacteriamicrobialtotalquantityandtotalamountalsoshowedatrendofthechange.

keyword:

phosphoresce-dissolvingbacteriumSiliconsolutionbacteriaspatialheterogeneitydecomposingpotassiumbacterium

引言

土壤微生物是生态系统的重要组成部分，在生态系统的物质循环和能量转化中占有重要地位（林先贵等1991）。

土壤微生物学研究发展迅速，研究的深度和广度也今非昔比。

研究的内容有环境污染、有机质降解、土壤微生物群体及生物量、固氮及生物群体，根际菌及微域中微生物活性研究以及极端环境下土壤微生物的生态及其特异功能的研究等基本反映了对土壤微生物学的研究动态（孙清芳等，2011）。

由于土壤微生物的数量巨大，种类繁多，生态及其远远超过人们已经描述的数量，现在人们对于土壤微生物的研究主要集中在土壤微生物与植被的关系、土壤微生物季节动态、土壤微生物的群落特征、土壤微生物在物质代谢活动中的作用及功能微生物的等方面（徐文煦等2009；

宴彩霞等2009）

冰沟位于祁连山地区黑河流域上游，呈西北走向，植被有着典型的垂直带性特征（牛赟等2013；

丁玲玲等2007）。

流域内大量分布着季节性冻土和多年冻土（刘光琇等2004）。

冻土微生物是自然界赋予人类独特的生物资源和极其珍贵的科研素材（刘光琇等2004；

杨成德等2008）。

目前，国内外对祁连山地区功能微生物的报导较少。

因此，本文在前人已有研究的基础上对黑河上游冰沟流域不同海拔下功能微生物的种类及数量分析，得出各功能微生物在垂直海拔梯度下的空间分布情况，探讨功能微生物与土壤营养元素的相关性及功能微生物与植被分布的关系。

通过本研究得出黑河上游冰沟流域不同海拔下功能微生物的分布状况，对开发利用微生物资源具有重大意义，对揭示不同海拔地下生理生态学的格局和过程具有重要意义。

土壤微生物的种群数量直接影响土壤理化性质、土壤肥力和植物的生长发育。

其分布和活动是草原生态环境综合评价的主要依据之一，也是反应土壤质量、认为干扰以及土地利用变化最为敏感的指标之一（牛赟等2013）。

1.研究区概况

黑河流域上游的祁连山林区位于中纬度北纬度北温带，深居内陆、远离海洋，处于新疆、蒙新、黄土三大高原交汇地带。

多种因素的叠加构成了祁连山林区特殊气候特征，即为大陆性高寒半湿润性气候。

随着海拔的变化，上游景观梯度特征、降水和气温等要素发生有规律的变化。

黑河上游冰沟流域海拔在2800m以上，有丰富的季节性、半季节性，蕴藏了丰富的微生物。

2.材料与方法

2.1样品采集方法

2011年暑期在青海祁连县的黑河上游冰沟流域，根据海拔、坡向、植物群分布，海拔每100m左右选择一个具有代表性的不同草原植被类型作为试验样地采样，调查样方内植物类群、种群高度、盖度、同时采集地上生物量及微生物量土样和理化土样。

采集微生物土样时要去除表层的枯枝落叶等杂物，避免手及外物与土壤接触污染土样，采集好后要放进冰箱里。

乔木植物样地面积400m2（20m×

20m）；

灌木植物样地面积100m2（10m×

10m）；

草本植物样地面积1m2（1m×

1m）。

在每个样地附近挖一个土壤剖面，每个剖面自上而下采10-20cm取微生物土样、理化土样等。

2.2土壤营养元素的测定方法

2.2.1土壤有机质的测定

采用油浴加热重铬酸钾氧化-容量法（杜森2009）：

在加热条件下，用过量的重铬酸钾—硫酸溶液氧化土壤有机碳，多余的重铬酸钾用硫酸按标准溶液滴定，以样品盒空白消耗重铬酸钾的差值计算出有机碳量。

因本方法与干烧法对比只能氧化90﹪的有机碳，因此，将测得的有机碳乘以校正系数1.1，再乘以常数1.724（按土壤有机质平均含碳58﹪计算），即为土壤有机质含量。

式中：

V0——空白试验所消耗硫酸亚铁铵标准溶液体积，mL；

V——试样测定所消耗硫酸亚铁铵标准溶液体积，mL；

c——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；

0.003——1/4碳原子的毫摩尔质量，g；

1.724——由有机碳换算成有机质的系数；

1.10——氧化校正系数；

c——风干试样的质量，g；

1000——换算成每千克含量。

2.2.2土壤全氮的测定

采用凯氏蒸馏法（杜森2009）：

样品在加速剂的参与下，用浓硫酸消煮时，各种含氮有机化合物，经过复杂的高温分解反应，转化为铵态氮。

碱化后蒸馏出来的氨用硼酸吸收，以酸标准溶液滴定，计算土壤全氮含量（不包括硝态氮）。

V——滴定试液时所用酸标准溶液的体积，mL；

V0——滴定空白时所用酸标准溶液的体积，mL；

c——酸标准溶液的浓度，mL；

0.014——氮原子的毫摩尔质量；

m——风干试样质量，g；

1000——换算成每千克质量。

2.2.3土壤全磷的测定

采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法（杜森2009）：

土壤样品与氢氧化钠熔融，使土壤中含磷矿物及有机磷化合物全部转化为可溶性的正磷酸盐，用水和稀硫酸溶解熔块，在规定条件下样品溶液中的正磷酸根与抗显色剂反应，生成磷目蓝，其颜色的深浅与磷的含量成正比，通过分光光度法定量测量。

ρ——查较准曲线或回归方程而得测定液中P或K的质量浓度，μg/mL；

V——显色时溶液定容的体积，mL；

D——分取倍数，熔融后定容体积/显色时分取体积；

106和1000——分别将μg换算成g和将g换算为kg；

m——风干试样质量，g。

2.2.4土壤全钾的测定

采用碱熔-火焰光度法（杜森2009）:

土壤中的有机质和各种矿物在高温（720℃）及氢氧化钠溶剂的作用下被氧化和分解。

用硫酸溶液溶解熔块，使钾转化为钾离子，用火焰光度计或原子吸收分光光度计测定。

2.3可培养微生物数量及种类测定方法

2.3.1真菌数量测定

采用马铃薯-蔗糖培养基（李振高等2008；

吴金水等2006），以平板表面涂抹法计数（许光辉等1986）。

即称取土壤鲜样5g，在无菌条件下用无菌水配成不同浓度梯度悬浮液，取稀释度为10-2，10-3，10-4的土壤悬浮液各0.2ml,接种于马铃薯-蔗糖培养基上，用涂布器涂抹均匀。

每个培养基做3个重复，恒温（25℃）培养5-7d,选取每皿菌落数为15—150的平板计数，求平均值后按下列公式计算真菌数量（许光辉等1986）。

菌落数（CFU/g）=菌落平均数×

稀释倍数×

5/湿土

2.3.2细菌数量测定

采用牛肉膏蛋白胨培养基（李振高等2008；

吴金水等2006），以平板表面涂抹法计数（许光辉等，1986）。

取稀释度为10-4的土壤悬液各0.2ml接种于牛肉膏蛋白胨培养基上，恒温（28℃）培养3d统计菌落数，其余与放线菌测定方法相同。

2.3.3芽孢杆菌数量测定

采用麦芽糖肉汤培养基（李振高等2008；

吴金水等2006），以平板表面涂抹法计数。

取经80℃水浴加热10min的土壤悬浮液0.2ml接种于其培养基上。

其余方法同上。

2.3.4功能菌数量测定

主要采用硅酸盐培养基（（李振高等2008；

吴金水等2006；

杜春梅等2005；

李晓卉等2010），其余统计方法同上。

3.数据处理

Excel软件、origin8.5软件进行数据统计、分析和作图。

4.结果与分析

4.1不同海拔梯度下植物群落的组成

表1土壤采集点基本情况

Table1Characteristicsofsoilsamplingpoints

植物群落

海拔（m）

经度

纬度

小叶金露梅-苔草灌丛

2905

100°

12′54″

38°

10′37″

祁连圆柏-鬼箭锦鸡儿-小叶金露梅-珠芽蓼

3071

12′32″

09′10″

沙棘-小叶金露梅-苔草灌丛

3172

11′24″

06′59″

青海云杉-小叶金露梅-苔草-苔藓乔木林

3250

15′56″

03′51″

青海云杉-鬼箭锦鸡儿-珠芽蓼-苔草乔木林

3479

14′24″

04′14″

嵩草-狼毒-冰草-披针叶黄华高山草地

3516

13′31″

04′20″

以上所选样方根据地上植被的不同，可以大体分为三类：

纯草本样方、灌木样方、乔木林样方。

在阴坡或半阴坡生长青海云杉乔木林；

在半阳坡生长小叶金露梅、鬼箭锦鸡儿灌丛，海拔3071m处的灌木林中还零星分布着几株祁连圆柏；

海拔3500m以上是高寒草甸。

4.2不同海拔梯度下土壤微生物的种类组成

图1微生物种类随海拔分布

Fig.1Themicroorganismspeciesofdistributionwithaltitude

由图1中可以看出，对于黑河上游冰沟流域海拔从2905m-3516m的6个样地的土壤可培养微生物在实验室培养计数，并对该6个样地的土壤微生物类群根据其形态特征作了简单形态描述性分类，统计结果上。

结果发现

（1）随海拔升高，细菌、真菌两大类群下的微生物种类呈下降趋势，微生物种类总数下降，即微生物多样性下降。

（2）功能微生物解磷菌的种类先升高后下降，在海拔3250m处种类达到最大值4。

随海拔升高，功能微生物芽孢杆菌、解硅菌、解钾菌的种类变化是随机的，不均匀的。

（3）不同海拔下，真菌种类>

细菌种类>

芽孢杆菌种类。

图2微生物数量随海拔变化

Fig.2Numberofmicroorganismschangewithaltitude

表2各类微生物数量占微生物总数的百分比

Table2Allkindsofmicrobeproportionofthetotalnumberofmicroorganism

芽孢杆菌

细菌

真菌

解磷菌

解硅菌

解钾菌

﹪

74.1

8.61

6.39

2.38

4.22

4.31

33.5

14.1

13

5.82

22.5

11.1

8.5

42.2

11.2

17.6

8.9

11.6

0.091

35.8

4.87

22.8

13.4

0.18

2.86

42.5

18.5

19.4

5.8

13.8

1.48

9.26

14.8

19.5

46.4

20.4

［注］：

土壤微生物数量为3次重复的平均值

从图2和表2中可看出：

（1）随着海拔从2900m到3200m不断的升高，土壤微生物总数量呈上升趋势，细菌、真菌和解磷菌的数量也呈上升趋势；

海拔在3200m以上随海拔的升高细菌、真菌和解磷菌的数量也呈下降趋势；

随海拔升高芽孢杆菌、解硅菌、解钾菌的数量变化是随机的。

（2）随着海拔升高，功能微生物中的解磷菌所占比例先升高再