干湿交替水分胁迫对水稻土细菌群落影响的研究

摘要

【目的】连续3次风干-湿润循环培养水稻土,在DNA和RNA水平下,探究细菌对干湿交替胁迫的响应机制,明确风干水稻土能否代替新鲜土壤进行细菌群落组成分析。【方法】针对我国江苏省常熟市水稻土,开展新鲜土壤的3次风干-湿润循环连续培养处理(每次循环中风干、湿润状态各维持7 d),在DNA和RNA水平应用16S rRNA基因高通量测序和实时荧光定量PCR技术,分析细菌数量和群落组成的变化规律。【结果】在湿润-风干过程中,DNA水平细菌数量降幅高达300–771倍,但RNA水平仅为1.95–5.60倍。在DNA水平,风干土细菌多样性与湿润土无显著差异,但在RNA水平,风干土明显高于湿润土。非度量多维尺度及共发生网络分析表明,水稻土干湿交替过程中,土壤细菌的群落结构发生显著改变(P<0.05);在DNA和RNA水平,水稻土在干湿交替过程中均检测到8个相同的优势菌门,占所有微生物90%以上,但不同门相对丰度变化显著(P<0.05)。在DNA和RNA水平,湿润-风干处理显著增加绿弯菌门(Chloroflexi)和放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度,显著降低变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度。3次湿润-风干过程中共检测到7 246个微生物属,在DNA水平35个属发生显著变化,而RNA水平则有58个属,但仅有4个属在DNA和RNA水平均表现出显著变化,占本研究中可分类微生物属的百分比为1.09%,其中绿弯菌门未分类属KD4-96显著增加、黏细菌门未分类属bacteriap25显著减少,氨氧化菌Nitrososphaeraceae未分类属、伯克氏菌目Burkholderiales未分类属则在DNA水平显著减少,但在RNA水平显著增加。【结论】3次湿润-风干过程中,水稻土细菌数量在RNA水平的变幅远低于DNA,相差可达上百倍,表明土壤RNA来自于完整活细胞,而DNA水平16S rRNA基因数量的剧烈变化可能来自土壤游离DNA等因素干扰。尽管湿润-风干交替过程显著改变了16S rRNA基因数量,但风干土壤RNA代表的活性物种组成与湿润土微生物基本一致,表明多次干湿交替并未导致优势细菌类群发生不可逆转的死亡,土壤微生物具有极强的功能可塑性并能适应干旱胁迫,风干土壤在一定程度可用于微生物学研究。