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1、1土壤微生物群落磷脂脂肪酸（PLFAs）生物标记多样性分析 *张秋芳 1，刘 波 1*，林营志 1，唐莉娜 2，史 怀 1，杨述省 1，周先冶 1（1 福建省农科院农业生物资源研究所，福建 福州 350003；2 福建省烟草公司，福建 福州 350003）摘要:以磷脂脂肪酸(PLFAs) 作为生物标记是一种可定性和定量地分析土壤微生物群落多样性的方法。本研究应用生态学评价方法，即结合 Shannon-Wiener(H1)Brillouin(H2) Mcintosh(H3)多样性指数丰富度指数(S)和 Pielou 均匀度( J)Simpson 优势度指数(D)等各多样性指数测度方法，以烟草土壤
2、为例，分析土壤中微生物 PLFAs 生物标记的多样性 丰富度和均匀度。研究结果表明：不同生长阶段供试烤烟土壤微生物群落中，先后出现了 43 种 PLFAs，PLFAs 的生物量于生长后期为最高；各 PLFAs 的各多样性指数丰富度和均匀度皆不相同。根据各 PLFAs 生物标记的含量大小，经聚类分析后得出，可以将其依次分成五大类：类为高含量、高频次和多样性，PLFAs 为 18:19c 的真菌生物标记；第 II 类：含量仅次于第I 类，较高频次和多样性指数，PLFAs 为 16:0 的假单胞菌标记；第 III 类：较高含量和频次，多样性中等，PLFAs 为 16:15c 的甲烷氧化菌生物标记；
3、第 IV 类：中等含量，频次较高，多样性中等，含有表征好氧菌的 i15:0、a15:0、i16:0 和 a17:0 的 PLFA，还有表征厌氧细菌的 18:17c 以及硫酸盐还原细菌的 16:0 10Me；第 V 类：低含量，低频次和多样性，其特征生物标记有表征好氧菌的 i 15:0 3OH、15:1 i G、a16:0、i16:1 G、i16:1 H、17:0 、i 17:0、15:0 2OH、15:0 3OH、17:0 和 17:0 2OH 的 PLFA，存在有表征真菌的 18:36c (6,9,12)、放线菌的 17:0 10Me 和 18:0 10Me 以及表征原生动物的 20:46,
4、9,12,15c。关键词:土壤；微生物群落；磷脂脂肪酸 (PLFAs)；生物标记；多样性The diversity of phospholipid fatty acids biomarker for the microbial community in soilsZHANG Qiu-fang 1, LIU Bo 1*, LIN Ying-zhi1, TANG Li-na 2, SHI Huai1, YANG Shu-sheng1 and ZHOU Xian-zi1 (1 Agricultural Bioresource Institute，Fujian Academy of Agricultu
5、ral Sciences，Fuzhou，Fujian 350003，China ;2 Fujian Tobacco Company，Fuzhou ，Fujian 350003 China）Abstract：Phospholipid fatty acids was used as a kind of biomarkers to detected the microbial community diversity qualitatively and quantitatively. The diversity of phospholipid fatty acids in the tobacco so
6、ils was analyzed, firstly combining with the evaluation *基金项目: 福建省财政专项-福建省农业科学院科技创新团队建设基金 (STIF-Y03)，福建省自然科学基金资助项目(B0410024)；福建省烟草专卖局科技计划项目（闽烟科 200618 号） ；福建省农科院预试课题(A2006YYS09) Foundation Item: The project was supported by specific project of Fujian Finance for the Fund of Science Technology Innova
7、tion Team of Fujian Academy of Agricultural Sciences (STIF-Y03); Natural Science Foundation of Fujian(N0.B0410024); Fujian Tobacco Company Sci-technology project(MYK2006No.18); Pre-project of Fujian Academy of Agricultural Sciences(A2006YYS09)作者简介：张秋芳（1973-） ，女，福建闽清人,硕士，副研究员，主要从事环境微生物及生化物质分析研究。E-mai
8、l: ;手机(0)13055748230Biography: ZHANG Qiu-fang(1973-),Master,Associate Researcher,mainly engaged in environmental microbiology and biochemical substance analyse.E-mail: *通讯作者:刘波，男，博士，研究员，主要从事微生物生物技术和微生物防治研究，Correspondeding author: E-mail：。2methods of ecology , such as Shannon-Wiener（H 1）,Brillouin （
9、H 2） and Mcintosh（H 3） diversity indexes，the abundance(S)，Pielou evenness（J ）and Simpson index（D）. The result showed that: the total 43 kinds of PFLAs in the soils which were tested in the different growing periods of tobacco, the biological amount of PLFAs were the highest in the last growing perio
10、d in 90 days, and the values of diversity, abundance and evenness for biomarkers were changeble in the tobacco fields, that implied the microbial community fluctuated. The 43 kinds of PFLAs biomarkers could be divided into 5 groups as follows: NO.1 was 18:19c characterized with high quantity, high f
11、requency and diversity, belonging to Fungi; NO.2 had 16:0 which was high quantity only less than that of No1, high frequency and high diversity, belonging to Pseudomonas; NO.3 had 16:15c with characteristics of high quantity, high frequency and moderate diversity, belonging to Methanotrophs; NO.4 ha
12、d i15:0, a15:0, i16:0 and a17:0 which were related to Aerobic Bacterics PLFAs biomarkers, 18:17c which was Anaerobes PLFAs biomarkers, 16:0 10Me which was Sulfate Reducing Bacteria PLFAs biomarkers, those of PLFAs biomarkers were moderate quantity and diversity, high frequency; NO.5 had i 15:0 3OH,
13、15:1 i G, a16:0, i16:1 G, i16:1 H, 17:0, i17:0, 15:0 2OH, 15:0 3OH, 17:0 and 17:0 2OH which were Aerobic Bacteric PLFAs biomarkers, 18:36c (6,9,12) which was fungi, 17:0 10Me and 18:0 10Me which were actinomyces, 20:46,9,12,15c which was protozoa, those of PLFAs biomarkers were low quantity, frequen
14、cy and diversity.Key words： Microbial community; Phospholipid fatty acids (PLFAs); Soil; Biomarker; Diversity前言土壤微生物以其丰富的生物多样性使它们成为生态系统中最活跃和最具影响力的组分之一 1，土壤微生物多样性，代表着土壤生物活性的特征，也反映土壤生态机制和土壤胁迫对群落的影响。磷脂脂肪酸（phospholipids fatty acids，PLFAs ) 存在于活体微生物细胞膜，分布广泛、含量相对恒定、周转迅速，而且对环境因素的变化敏感、分析方法较简单 2,3,4，用于鉴定土壤微生
15、物种类和识别微生物类群，具有较高的准确性、稳定性和敏感性，被认为是最有潜力生物标记（biomarker）之一 5,6，广泛地应用于土壤微生物种类和类群的分析。PLFA 谱图分析方法的原理是基于磷脂几乎是所有生物细胞膜的重要组成部分，不同类群的微生物可通过不同的生化途径合成不同的PLFA，细胞中磷脂的含量在自然条件下(正常的生理条件下)恒定，它具有结构多样性和微生物特异性，土壤中PLFAs的存在及其丰度可揭示特定微生物种类或微生物类群的特性 6，代表着土壤中微生物群落结构微生物指纹图谱，不同土壤微生物菌群的脂肪酸生物标记（PLFAs ）特征指纹谱图不同，在高度专一性基础上具有多样性，可以作为微生
16、物群落中不同群体的生物标记 7。因此，PLFA可以作为微生物多样性指示性的生物标记，阐明土壤样品中微生物群落结构的变化，可以对微生物群落进行识别和定量描述，并为进一步的研究提供相关信息。利用PLFA 研究土壤微生物结构变化有过许多的报道，Priha等用PLFA法对某森林中松树、云杉、桦树下土壤进行研究，发现不同树种下的土壤微生物群落结构明显不同，桦树土壤中革兰氏阴性菌(如假单胞菌)数量很多，松树和云杉土壤中革兰氏阳性菌数量则较多 8。且用于分析PLFA谱图的方法常见的主要有直接将所测得的PLFA用主成分分析（PCA ）、部分最小二乘法识别（D-PLS）和群落多余度分析（RDA）等方法 7进行分析，而利用生态学的分析方法研究土壤微生物PLFAs生物标记的多样性变化来体现土壤微生物群落功能多样性的变化至今尚未见报道。因此，基于微生物磷脂脂肪酸（PLFAs）生物标记的特异性和多样性等特点，本研究拟应用生
