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林下植被剔除对杉木林土壤呼吸和微生物群落结构的影响
贺同鑫1,2李艳鹏1,2张方月1,2王清奎1,3*
1中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室，沈阳 110164;2中国科学院大学, 北京 100049; 3中国科学院会同森林生态实验站,
湖南会同 418307
摘要以湖南会同地区26年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象, 探讨剔除林下植被对土壤呼吸和微生物
群落结构的影响。2012年6月将林下植被剔除后, 2012年7月–2014年7月每月测定一次土壤呼吸速率、5 cm土壤温度和含水量,
并分别于2013年7月和2014年7月测定了土壤微生物群落结构和土壤养分数据。研究结果表明: 杉木人工林土壤呼吸具有明显
的季节变化规律, 且与5 cm深处的土壤温度呈极显著的正相关关系。林下植被剔除两年内土壤呼吸平均下降了32.8%, 2012
年7月–2013年6月下降了42.9%, 2013年7月–2014年7月下降了22.2%。根据土壤呼吸与温度拟合的指数方程所计算出的土壤呼
吸的温度敏感性Q10值在对照区为2.10, 林下植被剔除区为1.87, 说明在杉木人工林系统中林下植被剔除2年降低了土壤呼吸
的温度敏感性。此外, 林下植被剔除也改变了土壤微生物群落结构。林下植被剔除1年后, 土壤细菌的浓度没有发生改变, 但
真菌的浓度降低, 导致真菌与细菌的浓度比值下降。此外, 革兰氏阳性细菌(G+)的浓度及其与革兰氏阴性菌(G–)的比值升高。
林下植被剔除2年后, G+浓度和G+与G–的浓度比值降低。该研究表明林下植被剔除可以降低土壤呼吸, 从而减少土壤向大气中
释放碳; 同时可改变土壤微生物群落结构, 而且其效应受作用时间的影响。
关键词CO2通量, 杉木人工林, 磷脂脂肪酸, 温度敏感性, 林下植被剔除
引用格式:贺同鑫, 李艳鹏, 张方月, 王清奎 (2015). 林下植被剔除对杉木林土壤呼吸和微生物群落结构的影响. 植物生态学报, 39, 797–806. doi: 10.17521/cjpe.2015.0076
Effects of understory removal on soil respiration and microbial community composition structure in a Chinese fir plantation
HE Tong-Xin1,2, LI Yan-Peng1,2, ZHANG Fang-Yue1,2, and WANG Qing-Kui1,3*
1State Key Laboratory of Forest and Soil Ecology, Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110164, China;
2University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; and 3Huitong Experimental Station of Forest Ecology, Chinese Academy of Sciences, Huitong, Hunan 418307, China
Abstract
Aims Soil respiration (R s) is the largest fraction of carbon flux in forest ecosystems, but the effects of forest un-derstory removal on R s in Chinese fir (Cunninghamia lanceolate) plantations is poorly understood. In order to quantify the effects of forest understory removal on R s and microbial community composition, a field experiment was conducted in a subtropical Chinese fir plantation.
Methods Forest understory was removed manually in June 2012. R s was measured monthly using a LI-COR 8100 infrared gas analyzer from July 2012 through July 2014. Soil temperature and moisture were also measured
at 5 cm depth at the time of R s measurements. Surface soil (0–10 cm) samples were collected in July 2013 and 2014, respectively, and the soil microbial community structures were determined by phospholipid fatty acids (PLFAs) analysis.
Important findings R s decreased by 32.8% over a two-year period following understory removal (UR), with a greater rate of decrease in the first year (42.9%) than in the second year (22.2%). The temperature sensitivity of R s was affected by UR, and was 2.10 and 1.87 in the control and UR plots, respectively. UR significantly reduced the concentration of fungal PLFAs by 18.3%, but did not affect the concentration of bacterial PLFAs, resulting in an increase in the fungal:bacterial ratio; it significantly increased the concentration of gram-positive bacterial PLFAs
by 24.5%, and the ratio of gram-positive to gram-negative bacterial PLFAs after one year of treatment, but ——————————————————
收稿日期Received: 2015-02-10 接受日期Accepted: 2015-06-10
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: qwang@https://www.doczj.com/doc/4010081630.html,)
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decreased the concentration of gram-positive bacterial PLFAs by 9.4% and the ratio of gram-positive to gram-negative bacterial PLFAs after two years of treatment. The results suggested that R s and microbial commu-nity composition were both affected by UR in Chinese fir plantation, and the effects were dependent of the dura-tion following the UR treatment.
Key words CO 2 efflux, Cunninghamia lanceolata plantation, phospholipid fatty acid, temperature sensitivity, understory removal
Citation: He TX, Li YP , Zhang FY , Wang QK (2015). Effects of understory removal on soil respiration and microbial community composition structure in a Chinese fir plantation. Chinese Journal of Plant Ecology, 39, 797–806. doi: 10.17521/cjpe. 2015.0076
近些年来, 随着人工林面积的持续增加, 人工林在全球碳循环过程中起着越来越重要的作用。人工林的经营和管理措施是影响碳收支平衡的重要因素(Jandl et al ., 2007)。林下植被剔除是一种常用的、有利于树木生长的人工林经营措施。林下植被是森林生态系统重要的组成部分, 在维持土壤微生物群落结构上起着重要的作用(Wu et al ., 2011b)。地上和地下生物群落具有密切联系, 这些联系对生态系统特征具有很大的影响(Wardle et al ., 2004; Bardgett et al ., 2005), 因此, 剔除地上植物功能群落会对土壤呼吸及地下群落产生巨大的影响。
由于林下植被剔除这种经营方式的应用, 林下植被剔除对森林生态系统的影响也逐渐受到人们的关注。目前林下植被剔除对土壤养分、凋落物分解、土壤理化性质及土壤碳储量影响的研究较多(李媛良等, 2011; Yildiz et al ., 2011; 吴亚丛等, 2013), 然而林下植被剔除对人工林生态系统碳循环的影响还没有确定的结论, 尤其是对土壤微生物群落结构的影响经常被忽视(Marshall et al ., 2011)。据报道, 林下植被剔除使土壤呼吸下降4.2%–45%，引起土壤呼吸下降程度相差很大的原因主要是植被群落结构类型、林龄和林分结构的不同(Li et al ., 2006)。林下植被剔除对微生物群落结构的影响不一致。Wu 等(2011b)和Zhao 等(2013)在亚热带桉树(Eucalyptus )林(2年生、4年生和24年生)中发现林下植被剔除能降低真菌生物量及真菌与细菌的浓度比值; 而Xiong 等(2008)在相同地区的马占相思(Acacia mangium )人工林中发现土壤微生物量没有受到影响。因此林下植被对土壤呼吸的影响机制还不清楚。土壤呼吸受到非生物因素(土壤温度、水分、养分和有机质等)和生物因素(地面植被、土壤微生物、土壤动物的组成、活性和功能等)(Kretzschmar & Pregitzer, 1993)的影响。林下植被剔除能够降低根系生物量(Wu et al ., 2014), 进而降低通过根系输入土壤中有机质的
含量。根系分泌的碳是土壤微生物的主要碳源, 因此我们假设林下植被剔除后, 根系分泌物会降低, 进而会改变微生物群落结构, 减少CO 2释放。
杉木(Cunninghamia lanceolata )是我国南方主要的速生用材树种, 因其材质优良、速生丰产等特点而被广泛种植(吴中伦, 1984)。目前杉木种植面积已达到0.9亿hm 2, 占全国森林面积的13.04%。Chen 等(2011)的研究表明亚热带人工林系统为巨大的碳汇, 在维持全球碳平衡方面起着重要的作用。杉木是一种浅根系树种, 其与林下植被对土壤养分和水分等的竞争较大, 因此杉木人工林中剔除林下植被对土壤呼吸和微生物群落结构的影响可能会与其他树种不同, 此外林下植被剔除的时间效应也不是很清楚, 解决这些问题有助于我们更好地理解林下植被剔除对全球森林碳储量和碳循环的影响。本研究以湖南会同地区的杉木人工林为研究对象, 开展一项为期2年的野外实验。研究目标是: 1)量化林下植被剔除对杉木人工林土壤CO 2排放通量和微生物群落结构的影响, 从微生物方面解释林下植被剔除对土壤呼吸的影响机制。并为我国亚热带地区森林生态系统林下植被管理对土壤碳循环的影响提供基础数据和科学依据。2)探讨林下植被剔除对土壤呼吸影响的时间效应。
1 材料和方法
1.1 研究区概况
试验地位于湖南省西南部的中国科学院会同森林生态实验站(110.13° E 、27.15° N) , 海拔200–500 m, 为低山丘陵地貌类型。该地区属于典型的亚热带湿润气候, 年平均气温16.5 , ℃年降水量为1200–1400 mm, 土壤为山地红黄壤。地带性植被主要是以丝栗栲(Castanopsis fargesii )、青冈(Cyclobalanopsis glauca )和刨花润楠(Machilus pau-hoi )等建群种为主的天然常绿阔叶林。人工植被主
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要是杉木林、毛竹(Phyllostachys edulis )林和马尾松(Pinus massoniana )林。在杉木人工林幼龄林阶段(栽植前3年), 通常采用比如刀具剔除等人工方式限制禾本类、悬钩子(Rubus spp.)和蕨类等植物的生长, 使林下植被发育不完全; 中龄阶段以后(11年左右开始), 间伐和林冠的自然疏开, 为林下植被提供了充足的光照, 自然演替形成较完整的植被层(陈楚莹等, 2000)。 1.2 样地设置
试验样地设在26年生杉木人工纯林内, 密度为1200株·hm –2。2012年6月在试验区域内选取6个小区, 每个小区6 m × 6 m, 选定其中3个为对照区(CK), 其余3个剔除林下植被(UR)。采用手工方式剔除林下植被, 主要剔除地上部分, 为避免对土壤的干扰, 地下部分不进行处理, 将剔除的地表植被全部移出试验小区。林下植被主要有: 杜茎山(Maesa japonica )、空心泡(Rubus rosifolius )、中华金星蕨(Parathelypteris chinensi s)和边缘鳞盖蕨(Microlepia marginata )。林下植被的生物量为0.97 Mg·hm –2。在试验期间每个月均对林下植被进行人工清除。 1.3 土壤呼吸的测定
2012年6月在进行实验设置时, 在每个小区放置4个土壤环(高10.8 cm, 直径11.0 cm), 插入土壤中5 cm 以固定土壤环。2012年7月到2014年7月间, 采用开路式土壤碳通量测量系统(LI-8100, LI-COR, Lincoln, USA)每月测定一次土壤呼吸。每个土壤环重复测量2次, 取其平均值, 作为这个月份土壤呼吸的平均值。土壤呼吸的年通量=每月的测定值×30天×12个月。测定时间在09:00–10:00之间, 因为这个时间段测得的土壤呼吸最接近每天的平均值(Tang et al ., 2006)。测定土壤呼吸的同时, 测定5 cm 处的土壤温度和含水量。 1.4 取样及样品分析
分别于2013年和2014年的7月采集表层土壤(0–10 cm), 在每个样地内随机选取10个点, 去除地表凋落物, 用土钻(直径为4.5 cm)进行采样, 然后混合成一个土壤样品。用手除去植物根系及沙粒, 并立即过2 mm 筛。一部分土壤样品冻干后, 于–20 ℃中保存, 用于测定磷脂脂肪酸; 一部分新鲜土样保存在4 ℃冰箱中用于测定可溶性有机碳、微生物生物量碳、铵态氮(NH 4+-N)和硝态氮(NO 3－
-N)含量,
剩余土壤样品风干后用于测定有效磷和pH 值等。细
根采集采用土钻法, 于2014年7月每个样地随机取6钻(10 cm × 10 cm), 深度为10 cm 。放在水中浸泡1 h, 然后过0.5 mm 筛并仔细挑出根系, 清洗干净后, 于65 ℃下烘干至恒质量后称量。
微生物生物量碳采用氯仿熏蒸-K 2SO 4浸提法(Wu et al ., 1990)测定, 浸提液中有机碳含量采用元素分析仪(Vario MAX CN, Elementar Co., Hanau, Gernany)测定。微生物生物量碳= K EC × 2.2, K EC 是指熏蒸过的土壤中与未熏蒸的土壤中提取的碳的差值。未熏蒸的土壤中K 2SO 4提取的碳被认为是可溶性有机碳(Scott-Denton et al ., 2006)。NH 4+-N 采用KCl 浸提-靛酚蓝比色法测定, NO 3－
-N 采用KCl 浸提, 紫外分光光度计220和275 nm 波长下比色(刘光崧等, 1996)。土壤有效磷的测定方法是将风干土壤于0.05 mol·L –1 HCl 和 0.025
mol·L –1 H 2SO 4的混合溶液中浸提, 采用钼锑抗比色法(刘光崧等, 1996)。土壤pH 值采用KCl 溶液以1:2.5 (质量:体积)的土水比例浸提, pH 计测量。 1.5 土壤PLFA 分析
土壤微生物群落结构的测定采用改进后的简单提取法(Frosteg?rd & B??th, 1996; Bossio et al ., 1998), 主要分为脂类提取、分离及甲基化3个步骤: (1)按照1 g 冻干土加入4 mL 提取液(柠檬酸缓冲液、氯仿、甲醇按0.8:1.0:2.0的体积比混合)的比例进行浸提, 于黑暗中充分振荡, 然后离心取上清液。向上清液中加入氯仿及缓冲液, 混匀, 静止过夜。吸取下层的氯仿层后用N 2吹干。(2)依次采用氯仿、丙酮和甲醇分离出中性脂、糖脂和磷脂, 收集甲醇相, N 2吹干。(3)甲基化: 将磷脂溶于1:1的甲醇和甲苯溶液中, 加入0.2 mol·L –1的KOH-甲醇溶液进行皂化, 最后用正己烷萃取, 收集正己烷相, 即为磷脂脂肪酸甲酯。测定前2–3天加入正十九烷脂肪酸甲酯(n -nonadecanoic acid methyl ester)作为内标以定量。采用气相色谱质谱仪(GC-MS, TSQ QUA- NTUM XLS, Thermo Scientific, Waltham, USA)进行测定。磷脂脂肪酸单位为nmol·g –1。从土壤中提取的磷酯类化合物的量可代表土壤微生物的生物量(表1)。 1.6 数据处理
所有数据统计分析基于SPSS 17.0软件进行。采用重复测量方差分析(repeat ANOVA)检验土壤呼吸、温度和含水量差异的显著性。采用单因素方差
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表1 本研究中用于估算微生物生物量的脂肪酸
Table 1 Fatty acids used in the analysis of microbial community composition in the study 微生物群落 Soil microbial community 磷酸脂肪酸标记物 Phospholipid fatty acid biomarkers 文献
Reference
细菌 Bacteria i14:0; i15:0; a15:0; i16:0; 16:1ω7t; i17:0; a17:0; 18:1ω7c; cy19:0Frosteg?rd et al ., 1993
真菌 Fungi
18:1ω9; 18:2ω6,9 Bossio et al ., 1998
革兰氏阳性细菌 Gram-positive bacteria i14:0; i15:0; a15:0; i16:0; i17:0; a17:0 Waldrop & Firestone, 2004; Sampedro et al ., 2006 革兰氏阴性细菌 Gram-negative bacteria 16:1ω7t; 17:1ω8c; 18:1ω7c; cy17:0; cy19:0 Sampedro et al ., 2006 放线菌 Actinomycete
10Me 16:0; 10Me 17:0; 10Me18:0
Frosteg?rd et al ., 1993
i 、a 、cy 和Me 分别表示异、反异、环丙基和甲基分枝脂肪酸; ω、c 和t 分别表示脂肪端、顺式空间构造和反式空间构造。
i, a, cy and Me refer to iso-, anteiso-, cyclopropyl- and methyl-branching fatty acids, respectively; ω, c and t refer to the aliphatic end, cis-configuration and trans-configuration, respectively.
分析检验每一年的微生物群落和土壤理化性质差异的显著性。采用主成分分析(PCA)方法分析土壤PLFA 数据。研究表明土壤呼吸速率与温度之间的关系通常符合指数模型(Grace & Rayment, 2000; Luo et al ., 2001), 与土壤含水量的关系符合简单线性模型。范跃新等(2014)表明土壤呼吸速率与温度和含水量的关系采用双模型模拟效果更优, 因此在本文中采用的是双模型, R s = a e bT c W , 式中R s 为土壤呼吸速率(μmol·m –2·s –1), T 为气温()℃, a 为温度为0 ℃时的土壤呼吸速率, b 为温度反应系数, c 为水分反应系数, W 为土壤含水量。土壤呼吸的温度敏感性(Q 10)采用指数模型Q 10 = e 10b 计算, b 为上式中得到的温度反应系数。在统计检验过程中, 显著性水平设定为p = 0.05。
2 结果
2.1 土壤理化性质
剔除林下植被1年后, 土壤NH 4+
-N 的浓度升高了27.4% (p < 0.05, 表2), 而NO 3－
-N 、有效磷、微生
物生物量碳的浓度分别降低了66.8%、38.5%和31.9% (p < 0.05)。剔除林下植被2年后, 有效磷、可溶性有机碳和微生物生物量碳的浓度分别降低了23.4%、13.5%和11.1% (p < 0.05)。此外, 林下植被剔除2年后, 根系生物量显著下降44.8% (p < 0.05), 根系中的碳浓度没有发生显著变化, 但是根系中的氮浓度显著下降27.1% (p < 0.01)。 2.2 土壤呼吸
剔除林下植被没有改变土壤呼吸的季节变化规律(图1)。CK 和UR 土壤呼吸的年变化范围分别为0.44–3.48和0.30–2.45 μmol·m –2·s –1, 最大值都出现在6月, 最小值都出现在1月。剔除林下植被第1年内, 土壤呼吸下降了42.9%, 第2年内下降了22.2%。林下植被剔除两年后, 土壤呼吸平均下降了32.8%。
剔除林下植被没有显著改变土壤温度和含水量(图2)。采用双因素模型拟合土壤温度和含水量对土壤呼吸的影响(表3), 发现土壤呼吸与土壤5 cm 深处
的温度和含水量呈极显著性相关关系(p < 0.01), 表明土壤温度和含水量两者共同影响土壤呼吸的季
表2 2013和2014年林下植被剔除对土壤理化性质和根系生物量的影响(平均值±标准误差, n = 3)
Table 2 Effects of understory removal on soil physicochemical properties and root biomass in 2013 and 2014 (mean ± SE, n = 3)
2013 2014
对照 Control 林下植被剔除 Understory removal 对照 Control 林下植被剔除
Understory removal
可溶性有机碳 Dissolved organic carbon (mg·kg –1) 406.70 ± 7.70a 373.20 ± 21.60a 591.00 ± 26.50a
510.90 ± 4.00b 微生物生物量碳 Microbial biomass carbon (mg·kg –1)
403.40 ± 12.30a 274.60 ± 31.70b 425.00 ± 5.60a 377.90 ± 5.60b
NH 4+-N (mg·kg –1) 15.30 ± 0.50b 19.50 ± 1.10a 13.80 ± 0.50a 13.70 ± 0.20a NO 3－
-N (mg·kg –1)
7.70 ± 0.30a 2.60 ± 0.50b 2.80 ± 0.20a 2.50 ± 0.30a 有效磷 Available phosphorus (mg·kg –1) 1.40 ± 0.10a 0.80 ± 0.20b 2.40 ± 0.10a 1.80 ± 0.10b pH 值 pH value
3.60 ± 0.02a
3.60 ± 0.02a 3.60 ± 0.02a 3.60 ± 0.01a 根系生物量 Root biomass (Mg·hm –2)
0.40 ± 0.03b
0.80 ± 0.01a
根中碳含量 Root C content (%) 45.90 ± 0.40a 46.70 ± 0.01a 根中氮含量 Root N content (%)
0.60 ± 0.03a
0.40 ± 0.02b
同列不同小写字母表示林下植被剔除与对照间差异显著( p < 0.05)。
Different lowercase letters indicate significant differences between the understory removal treatment and the control (p < 0.05).
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图1 2012年7月到2014年7月对照(CK)区和林下植被剔除(UR)区土壤呼吸速率动态(平均值±标准误差, n = 3)。由于天气和仪器的原因, 导致2013年2月和5月的数据丢失。 Fig. 1 Dynamics of soil respiration rate in the control (CK) and understory removal (UR) treatments from July 2012 to July 2014 (mean ± SE, n = 3). The data of February and May of 2013 were missing because of the weather and the instru-ment problems.
节变化。根据土壤呼吸与温度拟合的指数方程所计算的Q 10值, CK 和UR 分别为2.10和1.87 (表3), 说明林下植被剔除降低了土壤呼吸的温度敏感性。 2.3 土壤微生物
剔除林下植被1年后, 土壤真菌PLFA 浓度下降了18.3%, 但是细菌PLFA 浓度没有发生显著改变, 从而导致真菌与细菌的浓度比值显著下降(表4); 而林下植被剔除2年后, 土壤细菌和真菌PLFA 浓度均没有发生显著变化。林下植被剔除1年后, G +细菌浓度显著增加了24.5%, 而G –细菌浓度没有变化, 因
此G +: G –浓度比值显著上升; 但是林下植被剔除2年后, G +细菌浓度显著下降9.4%, G –菌浓度没有变化, 因此导致G +:G –浓度比值显著下降, 说明林下植被剔除对微生物群落结构的影响与时间有关。
表5结果显示, 微生物群落与NH 4+-N 的浓度呈显著性负相关, 与有效磷和DOC 的浓度呈显著性正相关。NO 3－
-N 主要影响G +菌, MBC 主要影响真菌和
图2 2012年7月到2014年7月对照(CK)区和林下植被剔除(UR)区的土壤温度和含水量的年动态(平均值±标准误差, n = 3)。由于天气和仪器的原因, 导致2013年2月和5月的数据丢失。
Fig. 2 Dynamics of soil temperature and moisture in the control (CK) and understory removal (UR) treatments from July 2012 to July 2014 (mean ± SE,
n = 3). The data of February and May of 2013 were missing because of the weather and the instrument problems.
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表3 土壤呼吸速率与土壤温度和含水量的关系
Table 3 Relationships of soil respiration rate with soil temperature and moisture R s = ae bT W c
Q 10
a b c r
n
对照 Control
2.10 0.27 0.078 0.11 0.94** 24 林下植被剔除 Understory removal
1.87 1.44 0.061 –0.39 0.84** 24
**
, p < 0.01. a, b, c 为模型参数。Q 10 , 土壤呼吸的温度敏感性; R s , 土壤呼吸; T, 土壤温度; W, 土壤含水量。
a, b and c are model parameters. Q 10, temperature sensitivity of soil respiration; R s , soil respiration; T, soil temperature; W, soil water content.
表4 2013和2014年林下植被剔除对土壤微生物群落结构的影响(平均值±标准误差, n = 3)
Table 4 Effects of understory removal on soil microbial community composition in 2013 and 2014 (mean ± SE, n =3) 2013 2014
对照 Control 林下植被剔除 Understory removal 对照 Control 林下植被剔除
Understory removal
总磷脂脂肪酸浓度
Concentration of total phospholipid fatty acids (nmol·g –1)
36.2 ± 0.7a 35.2 ± 1.0a 61.7 ± 2.9a
55.5 ± 2.4a 细菌浓度 Concentration of bacteria (nmol·g –1) 22.6 ± 1.0a 24.6 ± 1.8a 38.5 ± 1.5a 34.9 ± 1.5a 真菌浓度 Concentration of fungi (nmol·g –1)
7.4 ± 0.2a
6.0 ± 0.0b
14.1 ± 1.0 a
12.1 ± 0.6a
真菌:细菌浓度比值 Ratio of fungi to bacteria concentration
0.33 ± 0.02a 0.25 ± 0.02b 0.37 ± 0.01a 0.35 ± 0.00a 革兰氏阳性细菌浓度 Concentration of Gram-positive bacteria (nmol·g –1) 7.5 ± 0.3b 9.3 ± 0.3a 16.6 ± 0.5a 15.0 ± 0.3b 革兰氏阴性细菌浓度 Concentration of Gram-negative bacteria (nmol·g –1) 7.7 ± 0.5a 8.2 ± 0.1a 10.1 ± 0.5a 10.7 ± 0.6a 革兰氏阳性细菌:革兰氏阴性细菌浓度
Ratio of Gram-positive bacteria to Gram-negative bacteria concentration 0.97 ± 0.05b 1.1 ± 0.03a 1.8 ± 0.05a 1.4 ± 0.06b 放线菌浓度 Concentration of actinomycete (nmol·g –1)
3.9 ± 0.2a
3.7 ± 0.3a
5.4 ± 0.2a
5.3 ± 0.1a
同列不同小写字母表示林下植被剔除与对照之间差异显著(p < 0.05)。
Different lowercase letters indicate significant differences between the understory removal treatment and the control (p < 0.05).
表5 土壤微生物群落结构和土壤理化性质相关关系
Table 5 Relationships between soil microbial community composition and soil physicochemical properties
*
表示相关性显著(p < 0.05); ** 表示相关性极显著(p < 0.01)。
*
, significant difference at p < 0.05; **, significant difference at p < 0.01.
放线菌, 说明土壤DOC 和有效磷是微生物生长和活性的主要能源和营养因子。
3 讨论
剔除林下植被2年后, 土壤呼吸下降了32.8%, 表明林下植被对土壤呼吸有重要贡献(李媛良等, 2011; Wang et al ., 2011; Wu et al ., 2011a)。土壤有机
质输入量减少是引起土壤呼吸变化的主要原因。剔除林下植被导致初级净生产力下降, 使得植物生物量和活性炭输入下降(Wardle & Zackrisson, 2005)。根系生物量降低引起根系分泌物下降, 从而减少了有机质的输入, 使土壤中可溶性有机碳和微生物生物量碳降低, 引起土壤呼吸下降。本研究中剔除林下植被2年后根系生物量下降了44.8% (表2), 导致
NH 4＋-N NO 3－
-N 有效磷 Available phosphorus 可溶性碳
Dissolved or-ganic carbon 微生物量碳
Microbial biomass carbon pH 值pH value
总磷脂脂肪酸浓度 Concentration of total phospholipid fatty acids *****细菌浓度 Concentration of bacteria –0.61* –0.56 0.77** 0.94** 0.39 –0.26 真菌浓度 Concentration of fungi
–0.72** –0.39 0.88** 0.96** 0.62* –0.28 真菌:细菌浓度比值 Ratio of fungi to bacteria concentration –0.78** 0.06 0.83** 0.73** 0.85** –0.25 革兰氏阳性细菌浓度 Concentration of Gram-positive bacteria –0.59* –0.65* 0.80** 0.92** 0.38 –0.18 革兰氏阴性细菌浓度 Concentration of Gram-negative bacteria –0.49 –0.57 0.61* 0.77** 0.32 –0.03 革兰氏阳性细菌:革兰氏阴性细菌浓度
Ratio of Gram-positive bacteria to Gram-negative bacteria concentra-tion concentration ration –0.52 –0.60* 0.79** 0.88** 0.37 –0.26
放线菌浓度 Concentration of actinomycete
–0.63* –0.47 0.86** 0.87** 0.63* –0.20
贺同鑫等: 林下植被剔除对杉木林土壤呼吸和微生物群落结构的影响 803
doi: 10.17521/cjpe.2015.0076
根系呼吸下降。此外, 细根中氮含量降低能够引起根系呼吸下降(贾淑霞等, 2007)。林下植被剔除后, 对水分和养分的竞争下降, 因此植物分配到根系中的氮浓度下降。本研究中根系中的氮浓度显著下降27.1%是根系呼吸下降的一个重要原因。因此, 剔除林下植被后土壤有机质输入减少和根系呼吸下降是土壤呼吸下降的重要原因。
土壤微生物与土壤呼吸之间存在密切联系(Cleveland & Townsend, 2006)。Treseder (2008)的研究表明土壤微生物量降低是引起土壤呼吸下降的主要原因。Janssens 等(2010)的研究则表明土壤呼吸的下降主要是由土壤微生物群落结构的改变引起的。因此林下植被剔除后土壤微生物量下降及微生物群落结构的改变是引起土壤呼吸下降的重要原因。根系分泌物是土壤微生物的主要碳源(Yarwood et al ., 2009), 影响着土壤微生物的生物量和活性。剔除林下植被减少根系生物量, 从而影响了根系分泌物和细根的周转速率, 使土壤中可溶性有机碳和微生物生物量碳降低(表2), 进而引发对土壤微生物量和微生物活性的“底物限制”, 导致微生物群落结构发生变化, 因此降低了土壤呼吸。此外, 土壤养分有效性(氮和磷)对土壤微生物的群落结构和活性具有重要的影响作用(Liu et al ., 2012; Wang et al ., 2014)。凋落物能够增加土壤磷的有效性, 剔除林下植被减少了凋落物, 从而降低了土壤有效磷的浓度。因此, 剔除林下植被增加了磷对微生物群落结构和活性的限制程度, 导致土壤微生物量的降低。因此林下植被剔除通过降低土壤微生物量和改变土壤微生物群落结构导致土壤呼吸的下降。
据以往的实验, 林下植被剔除降低土壤呼吸的程度有很大的差别。在本研究中, 林下植被剔除2年, 土壤呼吸下降了32.8%; 而在混交林中, 林下植被剔除后土壤呼吸降低6% (Wang et al ., 2011); 在夏栎(Quercus robur )林中只降低了4.2%, 欧洲赤松
(Pinus sylvestris )林中降低了22.6% (Yuste et al ., 2005)。这种差别主要是由植被群落结构类型、林龄和林分结构的不同引起的(Li et al ., 2006)。剔除林下植被第1年, 土壤呼吸下降42.9%, 相比之前的结果下降幅度较大(Yuste et al ., 2005; Wang et al ., 2011; Wu et al ., 2014)。之前的研究主要是2年生或4年生的人工林或混交林, 而本文的研究对象为26年的杉木成熟人工林。Wu 等(2014)研究发现: 在24年生的
桉树林中林下植被剔除降低土壤呼吸45%, 而在2年生的桉树林中只降低了19%。我们认为引起土壤呼吸下降差异的原因, 除了森林类型不同以外, 林下植被本身的功能类型及土壤微生物群落结构也是很重要的原因。幼林中林下植被以草本植物为主, 而在成熟林中以灌木为主。林下植被的群落类型是维持土壤微生物群落结构的重要因素(Wardle, 2006), 在本研究中剔除林下植被改变了微生物群落结构也证实了这一观点。此外, 林下植被地上生物量在成熟林和幼林中所占的比例也有很大的差别。本研究表明在成熟人工林中剔除林下植被能在更大程度上减少土壤CO 2的排放。
本研究发现: 在杉木人工林中剔除林下植被后, 土壤呼吸在第1年(42.9%)下降的幅度比第2年(22.2%)更大, 这表明林下植被剔除对土壤呼吸的效应与时间有关。Wu 等(2014)在24年生桉树林中的研究发现林下植被剔除第1年(45%)比第2年(39%)土壤呼吸下降的幅度更大。这可能是因为在成熟的人工林中, 林下植被与树种已经形成一种稳定的群落结构, 而林下植被的剔除破坏了这种稳定的状态, 改变了土壤微生物群落结构, 使得土壤呼吸急剧下降。林下植被剔除1年后这种干扰有所恢复, 因此土壤呼吸下降的幅度减小。氮有效性增加会降低真菌生物量和多样性, 进而引起微生物群落结构发生变化(Jia et al ., 2005; Cox et al ., 2010; Wu et al ., 2011b)。林下植被剔除第1年, NO 3－
-N 的浓度显著增加对真菌的生长有一定的抑制作用, 从而降低土壤中真菌的相对含量, 使得真菌与细菌的浓度比值显著下降。而林下植被剔除2年后, 对于林下植被剔除的干扰有所恢复, NO 3－
-N 的浓度没有显著变化, 进而对真菌的抑制作用下降, 因此没有改变真菌与细菌的浓度比值。因此剔除林下植被对土壤微生物群落结构的不同影响导致土壤呼吸下降幅度不同。林下植被剔除第1年和第2年对土壤细菌群落结构的影响也不同, 第1年和第2年都改变了G +: G –菌的浓度比值, 第1年升高比值, 第2年降低比值。Wang 等(2013)的研究表明土壤呼吸与G +:G –的浓度比值呈负相关关系, 剔除林下植被第1年中土壤呼吸下降幅度更大。因此, 土壤微生物群落结构对林下植被剔除时间长度的不同响应, 是造成土壤呼吸降低程度不同的一个重要原因。
土壤呼吸的温度敏感性在全球气候变化对土壤
804 植物生态学报Chinese Journal of Plant Ecology 2015, 39 (8): 797–806
https://www.doczj.com/doc/4010081630.html,
碳净释放量的影响过程中起着重要的作用。Q 10通常用来表示土壤呼吸对温度变化响应的敏感程度(Xu & Qi, 2001)。通过对我国62个森林样地土壤呼吸数据的分析得出森林土壤呼吸Q 10值变化范围为1.33–5.53, 平均值为2.65 (陈光水等, 2008)。本研究中CK 和UR 的Q 10值分别为2.10和1.87, 都在此范围中。Chen 等(2009)的研究表明土壤呼吸的不同组分对温度的敏感性具有显著差异, 其中根系呼吸对温度更为敏感。本研究中剔除林下植被降低了温度敏感性和根系生物量也支持根系呼吸的温度敏感性更高这一理论。因此根系中氮含量下降导致根系呼吸下降。综上所述, 根系生物量和根系呼吸下降是Q 10值下降的主要原因。本研究中剔除林下植被降低了土壤呼吸的敏感性, 表明剔除林下植被有利于减小土壤呼吸对全球气候变暖的影响。
4 结论
林下植被剔除是一种常用的人工林经营管理措施, 本研究通过对26年生的成熟杉木人工林为期2年的野外实验发现: 1)在杉木人工林中林下植被剔除主要通过减少有机质输入和改变微生物群落结构来降低土壤呼吸, 能够减少土壤向大气中释放碳。2)林下植被剔除对土壤呼吸和微生物群落结构的效应受到处理时间长度的影响。近些年来, 林下植被剔除的经营措施被逐渐推广, 因此其对森林系统碳循环的影响也受到重视。本文发现林下植被剔除的效应会随时间而改变, 因此下一步的研究要多注重其长期的影响。
基金项目 中国科学院战略性先导科技专项(XDB- 15010301和XDA05070305)、国家重点基础研究发展计划(2012CB416905)。
致谢 感谢中国科学院会同森林野外试验站于小军、张秀永和黄苛在实验布置工作中给予的帮助; 感谢中国科学院沈阳应用生态研究所汪思龙、颜绍馗和陈楚莹在数据处理过程中给予的建议和帮助。 参考文献
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特邀编委: 牛书丽 责任编辑: 王 葳
班级 小组 姓名 评价等级 沅江三中四环八步教学模式 生物模块三导学案 第1页（共6页） 探究土壤微生物的分解作用(教师版) 【学习目标】 1.设计和进行对照实验，尝试探究土壤微生物的分解作用，进一步培养探究和创造能力。 2.分析土壤微生物分解淀粉的情况。 3.学会检测淀粉和还原糖的方法，并根据现象作出合理判断和解释。 案例1: 探究土壤微生物对落叶的作用 一、提出问题: 秋天，落叶纷飞。春天，绿草如茵。且不见落叶痕迹！落叶去哪里了？ 结合上面的实例，你能提出什么问题呢？请写下来。 落叶在土壤中能被分解掉,这究竟主要是土壤的物理化学因素的作用,还是土壤中微生物的作用呢 ？ 注意: （1）要选择有研究意义的问题作为课题来研究 （2）要选择我们能力范围之内的问题作为实验研究课题。 二、作出假设: 落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的 提示:假设既可以是基于已有的知识或经验作出的解释,也可以是想像或猜测。 三、设计实验 1、设计方案 （1）实验原理: 微生物能分泌多种水解酶将大分子有机物分解成小分子有机物，如纤维素酶、淀粉酶可将纤维素、淀粉水解成葡萄糖。然后被分解者吸收到细胞中进行氧化分解，最终形成CO2、水和各种无机盐，同时释放能量。 （2）、实验材料: 土壤、落叶、 （3）、实验器具: 玻璃容器、标签、塑料d 袋、恒温箱、纱布。 （4）、实验设计步骤: ①取两个圆柱形的玻璃容器,一个贴上“甲组”标签,另一个贴上“乙组”标签。 ②将准备好的土壤分别放入两个玻璃容器中,将其中乙组放入恒温箱, 60℃灭菌1h 。 ③取 大小、形态相同的落叶12片,分成2份,分别用包好,埋入2个容器中,深度约5cm 。 ④将2 个容器放于实验室相同的环境中, 一段时间后,取纱布包。 ⑤观察比较对照组与实验组落叶的 腐烂程度。 提示: （1）要确定实验变量是什么 需要控制的变量有哪些如何控制这些变量 ； （2）要注意实验步骤的先后顺序。 （3）要注意写出具体的实验步骤以便指导实验的进行。
微生物名词解释大全 名词解释 1.质粒、附加体、粘粒、抗药性质粒、Ｒｉ质粒、Ｔｉ质粒 2.酵母、真酵母、假酵母、假丝酵母、菌丝、菌丝体、真菌丝、假菌丝、匍匐菌丝、假根 3菌落、菌苔、菌膜、糖被、粘液层、菌胶团、Ｒ型菌落、Ｓ型菌落、小（微）菌落 4．λ噬菌体、P1噬菌体、T2噬菌体、φX174噬菌体、SV40 5.菌索、菌核、子座、子实体、吸器、菌网、菌套、附着胞、附着枝、哈氏网 6.单倍体型、双倍体型、单双倍体型 7.种、菌株、型、品系、群、亚种、小种 8.支原体、衣原体、菌质体、原生质体、中体（质体、中间体）、类菌质体、类菌体、类囊体、立克次氏体、Ｌ型细菌、疵壁菌、球状体、包涵体 9培养基、天然培养基、合成培养基、半合成培养基、加富培养基、基本培养基、完全培养基、选择培养基、鉴别培养基、补充培养基、纯培养物、混合培养物、二元培养物 10微生物、细菌、放线菌、兰细菌、螺旋体、原生动物、粘菌、地衣、极端微生物、悉生生物、光合细菌、螺旋藻、古细菌、蛭弧菌、真菌、霉菌、酵母菌、蕈子、不可培养微生物、大肠菌群、大肠杆菌 11异形胞、异核体、胞壁质、假胞壁质、质壁空间、周质 12寄生、腐生、兼性寄生（腐生） 13溶源化（细胞）、非溶源化（细胞） 14好氧、厌氧、兼性厌氧 17免疫、免疫原性、免疫反应性、抗原、完全抗原、半抗原、抗原决定基、血清型反应、沉淀反应、凝集反应、补体结合（固定） 18菌丝、菌丝体、基内菌丝、气生菌丝、孢子丝、假菌丝、菌褶、菌环、菌托、子实体 19营养缺陷型、野生型、原养型、生长因子、耐药性因子、转化因子 20外毒素、内毒素、类毒素、抗毒素、肉毒素、伴孢晶体、δ—内毒素、苏云金素、β—外毒素 21胞囊、芽孢、营养细胞、有性孢子、无性孢子、游动孢子、不动孢子、内生孢子、分生孢子、厚垣孢子、节孢子、孢囊孢子、芽孢子、分生节孢子、粉孢子、卵孢子、接合孢子、担孢子、子囊孢子、 22自养微生物、异养微生物、化能有机型、化能无机型、光能有机型、光能无机型 23被动扩散、助长扩散、主动运输、基团转移、胞吞、胞吐 24菌根、外生菌根、内生菌根、V-A菌根、豆白红蛋白、根瘤素、哈蒂氏网、根际效应25.LPS、ELISA、BT、EM、PGPR、LB、PHB、MPN 26膜套、内膜系统、壁膜间隙 27活的非可培养状态 28 16s rRNA分析法、三域(原界)学说 29 鞭毛、菌毛、性菌毛、纤毛 30外显子、内含子、转座子、插入序列 31生长、繁殖、分化、发育、产能代谢、耗能代谢、物质代谢、能量代谢、合成代谢、分解代谢、初生代谢、次生代谢 32同宗结合、异宗结合、锁状联合、有性繁殖、无性繁殖、有性杂交、准性生殖、有性孢子、无性孢子、子囊果、子囊壳、闭囊壳、子囊盘、子座、分生孢子器、分生孢子座、分生孢子盘 33基因、基因型、基因组、假基因、基因盒、基因文库、基因工程、基因沉默、基因敲除、
土壤微生物测定 土壤微生物活性表示土壤中整个微生物群落或其中的一些特殊种群状态，可以反映自然或农田生态系统的微小变化。土壤微生物活性的表征量有:微生物量、C/N、土壤呼吸强度和纤维呼吸强度、微生物区系、磷酸酶活性、酶活性等。 测定指标： 1、土壤微生物量(MierobialBiomass，MB) 能代表参与调控土壤能量和养分循环以及有机物质转化相对应微生物的数量，一般指土壤中体积小于5Χ103um3的生物总量。它与土壤有机质含量密切相关。 目前，熏蒸法是使用最广泛的一种测定土壤微生物量的方法阎，它是将待测土壤经药剂熏蒸后，土壤中微生物被杀死，被杀死的微生物体被新加人原土样的微生物分解(矿化)而放出CO2，根据释放出的CO2:的量和微生物体矿化率常数Kc可计算出该土样微生物中的碳量。 因此碳量的大小就反映了微生物量的大小。 此外，还有平板计(通过显微镜直接计数)、成份分析法、底物诱导呼吸法、熏蒸培养法(测定油污染土壤中的微生物量—碳。受土壤水分状况影响较大，不适用强酸性土壤及刚施 用过大量有机肥的土壤等)、熏蒸提取法等，均可用来测定土壤微生物量。 熏蒸提取-容量分析法 操作步骤： （1）土壤前处理和熏蒸 （2）提取 -1K2SO 4（图将熏蒸土壤无损地转移到200mL聚乙烯塑料瓶中，加入100mL0.5mol·L 水比为1:4；w：v），振荡30min（300rev·min -1），用中速定量滤纸过滤于125mL塑料瓶中。熏蒸开始的同时，另称取等量的3份土壤于200mL聚乙烯塑料瓶中，直接加入100mlL0.5mol·L -1K2SO4提取；另作3个无土壤空白。提取液应立即分析。 （3）测定 吸取10mL上述土壤提取液于150mL消化管（24mmх295mm）中，准确加入10mL0.018 mol·L -1K2Cr2O7—12mol·L-1H2SO4溶液，加入2~3玻璃珠或瓷片，混匀后置于175±1℃ 磷酸浴中煮沸10min（放入消化管前，磷酸浴温度应调至179℃，放入后温度恰好为175℃）。冷却后无损地转移至150mL三角瓶中，用去离子水洗涤消化管3~5次使溶液体积约为80mL， 加入一滴邻菲罗啉指示剂，用0.05mol·L -1硫酸亚铁标准溶液滴定，溶液颜色由橙黄色 变 为蓝色，再变为红棕色，即为滴定终点。 （4）结果计算
第17卷第5期2002年10月 地球科学进展 ADVANCE IN EARTH SCIENCES Vol.17 No.5 Oct.,2002 文章编号:1001-8166(2002)05-0705-09 全球变化条件下的土壤呼吸效应 彭少麟,李跃林,任 海,赵 平 (中国科学院华南植物研究所,广东 广州 510650) 摘 要:土壤呼吸是陆地植物固定CO2尔后又释放CO2返回大气的主要途径,是与全球变化有关的一个重要过程。综述了全球变化下CO2浓度上升、全球增温、耕作方式的改变及氮沉降增加的土壤呼吸效应。大气CO2浓度的上升将增加土壤中CO2的释放通量,同时将促进土壤的碳吸存; 在全球增温的情形下,土壤可能向大气中释放更多的CO2,传统的土地利用方式可能是引发温室气体CO2产生的重要原因,所有这些全球变化对土壤呼吸的作用具有不确定性。认为土壤碳库的碳储量增加并不能减缓21世纪大气CO2浓度的上升。据此讨论了该问题的对策并提出了今后土壤呼吸的一些研究方向。其中强调,尽管森林土壤碳固定能力有限,但植树造林、森林保护是一项缓解大气CO2上升的可行性对策;基于现有田间尺度CO2通量测定在不确定性方面的进展,今后应继续朝大尺度田间和模拟程序方面努力;着重回答全球变化条件下的土壤呼吸过程机理;区分土壤呼吸的不同来源以及弄清土壤呼吸黑箱系统中土壤微生物及土壤动物的功能。当然,土壤呼吸的测定方法尚有待改善。 关 键 词:土壤呼吸;碳循环;全球变化 中图分类号:Q142.3 文献标识码:A 土壤呼吸是植物固定碳后,又以CO2形式返回大气的主要途径。土壤碳库在全球变化研究中的地位已日益突出,而土壤呼吸作为土壤碳库碳平衡的一个重要相关过程不容忽视,研究土壤呼吸有助于揭示土壤碳库动态机理。在大气与土壤界面,土壤CO2释放的驱动因子是多种多样的,在全球变化条件下研究相关因子与土壤呼吸是全球变化研究的一个重要内容。全球变化有不同的定义,1990年美国的《全球变化研究议案》,将全球变化定义为“可能改变地球承载生物能力的全球环境变化(包括气候、土地生产力、海洋和其它水资源、大气化学以及生态系统的改变)”。狭义的全球变化问题主要指大气臭氧层的损耗、大气中氧化作用的减弱和全球气候变暖[1,2]。土壤呼吸研究工作的开展,从研究对象来说,涉及农田、森林、草地等,从研究的地域来说从低纬至高纬均有研究,其中大部分研究集中于中纬度的草地和森林,目前,北极冻原也有研究报道[3]。 本文对在全球CO2浓度升高、气温上升、大气氮沉降等发生变化的背景下,土壤呼吸的响应作一综述,以促进土壤呼吸的研究,加深人们(特别是政策决策层)对土壤呼吸的认识。 1 大气CO2浓度升高的土壤呼吸效应 早期的土壤呼吸的测定基于表土层CO2的释放,开始于80多年前[4]。随着科学研究的发展,时至今日,土壤呼吸因为其全球的CO2总释放量已被 收稿日期:2002-01-04;修回日期:2002-05-31. ＊基金项目:国家自然科学基金重大项目“中国东部样带主要农业生态系统与全球变化相互作用机理研究”(编号:39899370);中国科学院知识创新工程重要方向项目“南方丘陵坡地农林复合生态系统构建机理与可持续性研究”(编号:KZCX2-407);广东省重大基金项目“广东省主要农业生态系统与全球变化相互作用机理研究”(编号:980952)资助. 作者简介:彭少麟(1957-),男,广东人,研究员,主要从事生态学方面的研究工作.E-mail:slpeng@https://www.doczj.com/doc/4010081630.html,
微生物名词解释 1.微生物：是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。 2.微生物学：是在分子、细胞或群体水平上研究各类微小生物的形 态结构、生长繁殖、生理代谢、遗传变异、生态分布和分类进化 等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发酵、医学卫生和生 物工程等领域的科学。 3.细菌：是一类细胞细短、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式 繁殖和水生性较强的原核生物。 4.细胞壁：位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要成分为肽 聚糖，具有固定细胞外形和保护细胞不受损伤等多种生理功能。 5.原生质体：指在人为条件下，用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉 素抑制新生细胞壁的合成后，所得到的仅有一层细胞膜包裹的圆 球状渗透敏感细胞。 6.细胞质：是指被细胞膜包围的除核区以外的一切半透明、胶体状、 颗粒状物质的总称。 7.核区：指原核生物所特有的无核膜包裹、无固定形态的原始细胞 核。（又称核质体、原核、拟核或核基因组） 8.糖被：包被于某些细菌细胞壁外的一层厚度不定的透明胶体物质。 9.荚膜：糖被的一种，包裹在细菌细胞壁外，有固定层次的胶黏物， 一般成分为多糖、少数为多肽或多糖与肽的复合物。 10.鞭毛：生长在某些细菌表面的长丝状、波曲的蛋白质附属物。（具 有运动功能） 11.芽孢：某些细菌在其生长发育后期，细胞内形成一个圆形或椭圆 形、厚壁、含水量低、抗逆性强的休眠构造，无繁殖功能。 12.孢囊：是一些固氮菌在外界缺乏营养的条件下，由整个营养细胞 外壁加厚、细胞失水而形成的一种抗干旱但不抗热的圆形休眠体。 不具繁殖功能。 13.伴孢晶体：少数芽孢杆菌，在形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成 一颗菱形、方形或不规则形的碱溶性蛋白质晶体。 14.二分裂：一个细胞在其对称中心形成一隔膜，进而分裂成两个形 态、大小和构造完全相同的子细胞。 15.菌落：在适宜的培养条件下，微生物在固体培养基上以母细胞为 中心的一堆肉眼可见的，具有一定形态、构造等特征的子细胞集 团。 16.放线菌：是一类主要呈菌丝状生长和以孢子繁殖的陆生性较强的 原核生物。（属革兰氏阳性菌） 17.蓝细菌：一类进化历史悠久、革兰氏染色阴性、无鞭毛、含叶绿 素a、能进行产氧性光合作用的大型原核生物。（旧名蓝藻或蓝 绿藻） 18.支原体：是一类无细胞壁、介于独立生活和细胞内寄生生活间的 最小型原核生物。 19.立克次氏体：是一类专性寄生于真核细胞内的Gˉ原核生物。20.衣原体：是一类在真核细胞内营专性能量寄生的小型Gˉ原核生 物。 21.真核生物：是一大类细胞核具有核膜，能进行有丝分裂，细胞质 中存在线粒体或同时存在叶绿体等多种细胞器的生物。 22.酵母菌：泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌。 23.霉菌：会引起物品霉变的真菌，通常指那些菌丝体较发达又不产 生大型肉质子实体结构的真菌。（丝状真菌的一个俗称） 24.菌丝体：当霉菌孢子落在适宜的基质上后，就发芽生长并产生菌 丝，由许多菌丝相互交织而成的菌丝集团。 25.养菌丝：匍匐生长于培养基内，吸收营养的菌丝。（也称基内菌 丝，较细、色浅） 26.气生菌丝：营养菌丝发育到一定阶段，伸向空间形成气生菌丝， 较粗、色深。 27.孢子丝：气生菌丝发育到一定阶段，其上可分化出形成孢子的菌 丝. 28.蕈菌：指那些能形成大型肉质子实体的真菌。（又称伞菌） 29.病毒：超显微的，无细胞结构，专性活细胞内寄生，活细胞外具 有一般化学大分子特征，一旦进入宿主细胞又具有生命特征。 30.一步生长曲线：定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。 31.温和噬菌体：侵入相应宿主细胞后，并不增殖，裂解，而与宿主 DNA复制而复制，此时细胞中找不到形态上可见的噬菌体。32.烈性噬菌体：凡在短时间内能连续完成吸附、侵入、增殖、成熟、 裂解这五个阶段而实现其繁殖的噬菌体。 33.噬菌斑：一个由无数噬菌体粒子构成的群体，透亮不长菌的小圆 斑，每一个噬菌斑是由一个噬菌体粒子形成的。 34.溶源性细胞：细胞中含有以原噬菌体状存在的温和噬菌体基因组 的细菌细胞。 35.亚病毒：凡在核酸和蛋白质两种成分中，只含其中之一的分子病 原体。 36.类病毒：一类只含RNA一种成分、专性寄生在活细胞内的分子病 原体。 37.拟病毒：一类包裹在真病毒粒中的有缺陷的类病毒。（也称类类 病毒、壳内类病毒或病毒卫星） 38.朊病毒：是一类不含核酸的传染性蛋白质分子。（又称“普利昂” 或蛋白侵染子） 39.生长因子：是一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的 碳、氮源自行合成的有机物。 40.营养类型：指根据微生物生长所需要的主要营养要素即能源和碳 源的不同，而划分的微生物类型。 41.光能无机营养型：是一类能以CO?作为唯一或主要碳源，以无机 物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，并利用光能进行生 长的微生物。（如藻类、蓝细菌和光合细菌）
土壤中细菌、真菌呼吸作用强度的测定 参考文献：胡开辉主编微生物学试验中国林业出版社//2004年8月。 1.原理： 在一定容器中用一定浓度的碱液吸收因土壤呼吸作用所释放的二氧化碳，然后用标准酸回滴甚于的碱，求出用于吸收二氧化碳消耗的碱量。由此计算出二氧化碳的释放量。根据抗生素抑制某些类群微生物生长的特点，使用抗生素处理土壤能够把土壤呼吸中属于细菌和属于真菌的作用部分区分开来，分别进行测定。 2.器材： 2.1待检土样：鲜土 2.2器材：0.1mol/L NaOH溶液，0.1mol/LHCl溶液，10mol/L酚酞乙醇溶液，链霉素硫酸盐，放线菌酮，500mL广口瓶、纱布、线绳、酸碱滴定仪、电子称。 3操作步骤 3.1样品处理：取500mL广口瓶4个，每瓶盛20ml0.1 mol/L NaOH溶液.然后称取20g鲜土3份（内各加0.1g葡萄糖）。其中1份加链霉素硫酸盐2万单位，另1份加放线菌酮4万单位，混匀。3份土样均用双层纱布包好，悬于500ml广口瓶中，塞紧瓶塞，做好标记。不加土壤样品的广口瓶作为空白对照。然后置广口瓶于28℃温度下培养24h。 3.2酸滴定：小心取出广口瓶中土壤样品，于每瓶碱液中滴数滴酚酞指示剂，观察瓶中NaOH 溶液色变化并纪录，。然后用0.1mol/LHCl溶液滴定NaOH溶液，至酚酞指示剂颜色消失，并纪录所用HCl数量。 3.3土壤含水量测定： 水分%=水分/干土重×100 干土%（水分系数）=1/1-水分% 3.4计算： 按滴定空白对照与个处理所消耗的盐酸数量之差，以及各处理中有等量的NaOH用于吸收土壤呼吸作用所释放的二氧化碳。按每消耗1ml0.1mol/LnaOH相当于2.2mg二氧化碳量，计算出各处理土壤呼吸作用的二氧化碳释放量。 计算公式： 总呼吸强度：（CO 2mg/g干土）=B-A/20×干土% 细菌呼吸强度：（CO 2mg/g干土）=B-C/20×干土% 真菌呼吸强度：（CO 2mg/g干土）=B-D/20×干土% 试验报告： 土壤中细菌、真菌强度的测定结果
土壤呼吸强度的测定 土壤空气的变化过程主要是氧的消耗和二氧化碳的累积。土壤空气中二氧化碳浓度大，对作物根系是不利的，若排出二氧化碳，不仅可消除其不利影响，而且可促进作物光合作用。因此，反映土壤排出二氧化碳能力的土壤呼吸强度是—个重要的土壤性质。 土壤中的生物活动，包括根系呼吸及微生物活动，是产生二氧化碳的主要来源，因此测定土壤呼吸强度还可反映土壤中生物活性，作为土壤肥力的一项指标。 (一)测定原理 用Na0H吸收土壤呼吸放出的CO2，生成Na2CO3： 2Na0H+C02——→Na2CO3+H20 (1) 先以酚酞作指示剂，用HCl滴定，中和剩余的Na0H，并使(1)式生成的Na2CO3转变为NaHCO3： Na0H + HCl——→NaCl+H20 (2) Na2CO3+ HCl——→NaHCO3十NaCl (3) 再以甲基橙作指示剂，用HCl滴定，这时所有的NaHC03均变为NaCl： NaHCO3+ HCl——→ NaCl+H20+CO2 (4) 从(3)、(4)式可见，用甲基橙作指示剂时所消耗HCl量的2倍，即为中和Na2CO3的用量，从而可计算出吸收CO2的数量。 (二)测定方法 方法(一) 1、称取相当于干土重20克的新鲜土样，置于150毫升烧杯或铝盒中(也可用容重圈采取原状土)； 2、准确吸取2molL-1NaOH l0毫升于另一150毫升烧杯中； 3、将两只烧杯同时放入无干燥剂的干燥器中，加盖密闭，放置1—2天； 4、取出盛Na0H的烧杯，洗入250毫升容量瓶中，稀释至刻度； 5、吸取稀释液25毫升，加酚酞1滴，用标准0.05molL-1HCl滴定至无色，再加甲基橙1滴，继续用0.05 molL-1 HCl滴定至溶液由橙黄色变为桔红色，记录后者所用HCl的毫升数(或用溴酚兰代替甲基橙，滴定颜色由兰变黄)； 6、再在另一干燥器中，只放NaOH，不放土壤，用同法测定，作为空白。 7、计算：
B 病原体：凡能引起传染病的各种微生物和其他生物。 包涵体：病毒在增值的过程中，常使寄主细胞内形成一种蛋白质性质的病变结构，当其聚集并使宿主细胞发生变异，形成具有一定形态，构造并能用光镜可以观察与识别的特殊群体。 鞭毛、菌毛、性毛。鞭毛：生长在某些细菌表面的长丝状。波曲的蛋白质附属物。菌毛：又称纤毛、伞毛、线毛或须毛，是一种长在细菌体表的纤细，中空、短直且数量较多的蛋白质类附属物，具有使菌体附着于物体表面的功能。性毛：又称性菌毛，构造和成分与菌毛相同，但比菌毛长，且每个细胞仅一至少数几根。一般见于G细菌的雄性菌株中，具有向雌性菌株传递物质的作用，有的还是RNA噬菌体的特异性吸附受体。 巴氏消毒法：是一种专用于牛奶、啤酒、果酒或酱油等不宜进行高温灭菌的液态风味食品或调料的低温消毒方法。 补充培养基：凡只能满足相应的营养缺陷型突变株生长需要的组合或半组合培养基。 C 超氧化物歧化酶：一种在较高浓度分子氧的条件下，才能生
长的具有完整呼吸链、以分子氧作为最终氢受体的活性物质，能消除生物体在新陈代谢过程中产生有害物质的酶。 传染：指外源或内源性病原体突破其宿主的三道免疫“防线”后，在宿主的特定部位定植、生长繁殖或产生酶及毒素，从而引起一系列病理生理的过程。 F 防腐：利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，即通过制菌作用防止食品、生物制品等对象发生霉腐的措施。 附加体：某些质粒具有聚合体染色体发生螯合与脱离的功能，这类质粒称为附加体。 复壮：狭义的复壮仅是一种消极的措施，指的是在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和测定典型性状、生产性能等指标，从已衰退的群体中筛选出少数尚未退化的个体，以达到恢复原菌株固有性状的相应措施；广义的复壮则是一项积极的措施，即在菌种的典型特征或生产性状尚未衰退前，就经常有意识的采取纯种分离的生产性状的测定工作，以在 G 固化培养基：由液体培养基中加入适量凝固剂而形成的液体培养基。 共生：指两种生物共居在一起，相互分工合作、互相有利，相依
微生物在农业中的作用 微生物在农业生产上的应用主要有这几个方面：①有机肥的腐熟；②生物固氮作用；③土壤中难溶的矿物态磷、硫的转化作用；④生物农药等。 一、人粪尿、厩肥等都是很好的有机肥，这些肥料在施用之前都必须经堆积腐熟后才可使用，否则，会因为有机肥发酵发热而烧坏作物。有机肥腐熟过程就是微生物分解有机物，同时产热的一个过程。有机肥在堆制之初，由于富含有机养料而导致大量微生物生长，在微生物生长的同时，有机物被分解，这时产生了大量的热，导致堆积的有机肥温度上升，在高温和一些耐热的微生物共同作用下，堆积肥中的一些难分解的有机物如纤维素、半纤维素和果胶质等也开始分解，并在堆肥中形成了腐殖质，之后，堆积的肥料开始降温，在这过程中继续有许多有机质被分解，新的腐殖质被形成，最后，堆积的有机肥完全腐熟，而成主要以腐殖质为主的稍加降解就能为植物直接利用的有机肥了。 二、生物固氮，这在土壤中的许多微生物中都有这种功能。在农业生产中我们可以有意识地选用固氮能力强的菌种接种到植物上或施用到大田中去，即所谓的菌肥或增产菌。 寄生于豆科植物根部的根瘤菌就是一种很好的固氮菌。这种细菌在土壤中自由生活并不能固氮，但当它侵入到豆科植物的根部结瘤后即具有从大气中固氮的能力。 把根瘤菌接种到植物根部，结瘤后，植物即能依此而固氮，从而节约了化肥，提高了作物的产量，这种方法已得到大面积应用。 我国在建国初期，即在华北地区推广应用花生根瘤菌接种剂，接着又在东北地区推广应用大豆根瘤菌剂，在长江流域使用紫云英、苜蓿和苕子等的根瘤菌剂。目前根瘤菌接种剂已在全国各地广泛使用，成为栽培豆科植物中一项重要的农业技术。 在国外，许多科学家利用细胞融合技术或基因技术，使一些树木或作物获得固氮机制。如在新西兰，科学家将自养固氮菌融合到松树的外生菌根原生质体中，培养200天后使松树具有固氮作用，除根瘤菌有固氮作用外，光合细菌中的红螺菌和蓝细菌也能进行固氮。其中固氮的蓝细菌是提供氮肥来源的一类重要的生物，目前，已在许多国家水稻中试养蓝细菌，促进水稻增产获得成功。在印度，曾有广泛的田间试验，结果表明，在完全不施化肥的情况下，使用蓝细菌后，可使每公顷土壤增加氮素约20～30公斤，稻谷增产10％～15％。近年来，在我国湖北省也大面积放养蓝细菌获得成功。 三、地球的岩石中含磷量很高，但多数磷都以难溶性的磷酸盐形式存在，这些不能为植物所利用。而土壤中含有的一些细菌如氧化硫硫杆菌、磷细菌等可以通过产酸或直接转化磷盐存在的形式而成为植物可利用的成分。因而在农业生产上，我们可以培养这类细菌，然而把它们放养到缺磷肥的土壤中去，通过这类微生物的转化，即可使该土壤成为富含磷肥的地块而使作物高产。 四、人们为了防治病虫害，获得粮食高产而广泛使用农药，据统计，目前世界上生产和使用农药的多达1300多种，其中主要是化学农药。过去化学农药在植保工作中一直占主导地位。但是，由于化学农药对所有生物都有毒害作用，有些化学农药在土壤中很难降解，如六
《土壤里的微生物》教学设计（第1课时） 教材分析 “土壤里的微生物”是苏科版七年级下册第13章第2节的内容。是上一节课内容的基础上，让学生进一步认识到土壤里生物的多样性，以及它们对生物圈的平衡和稳定起着非常重要的作用，从而对本单元环境中生物的多样性具有全面的认识。同时为下一章引导学生对生物进行分类奠定基础。因此本节课的意义十分重要，是本章的重点和难点。 课标对本节的要求是“描述细菌的主要特征以及与人类生活的关系”。本节从单细胞细菌到多细胞的真菌、从肉眼看不见的细菌到大型真菌，带领学生走进丰富多彩的微生物世界。土壤中的微生物，学生平时不易见到，细菌需要用高倍显微镜才能更好地观察到形态，细菌的结构更难观察，而初中又不要求使用高倍显微镜，教材呈现了细菌的形态结构图片，所以只能通过图片、视频引导学生观察、比较认识细菌的基本特征。 学情分析 七年级学生通过小学科学课和上一学期生物课的学习，对生物学科有了初步的了解，具有一定的生物基础知识和学习经验，能够通过观察图片、阅读材料、对比分析、合作讨论等方式获取有关信息。但在学习上仍以感性认识为主，好奇心强、注意力容易转移,但他们活泼好动，喜欢直观形象的事物，喜欢动手实践。 有关微生物的相关知识在上学期在生态系统的组成学习过程中及学生日常生活经验中对微生物的类型和作用从总体上有了一个初步的了解，特别是在生活过程中家长或者教师从卫生角度常常提到细菌这个概念，学生对这一概念还是比较熟悉，对细菌与人类的关系也有不同程度的了解。但在生活中微生物是肉眼看不见的生物，只有用高倍或电子显微镜才能观察到，与人类的关系和对生物圈的作用又是隐性和潜在的，很少有机会引起学生的关注，容易被学生忽视和轻视，学生缺乏相应的感性知识和学习兴趣。对土壤中的微生物的类型、形态特征，生殖、营养方式、分布以及与人类生活的关系，学生比较陌生，这些是课程标准的明确要求，也是学生学习的终极目标。教材中只用文字表述，学生不容易理解，在教学中一是通过组织学生阅读教材在自主学习中从理论上了解细菌、放线菌的有关知识。二是通过播放有关细菌、放线菌形态、结构等视频资料及图片引导学生观察分析细菌和放线菌的形态、结构。三是利用小组合作学习并结合观察、对比的方法，引导学生主动获取知识。四是注重发掘生活资源，
土壤呼吸测量全面解决方案 土壤呼吸（Soil Respiration）是指土壤释放二氧化碳和甲烷的过程，严格意义上讲是指未扰动土壤中产生二氧化碳和甲烷的所有代谢作用，包括三个生物学过程（即土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸）和一个非生物学过程，即含碳矿物质的化学氧化作用。土壤动物呼吸和含碳矿物质的化学氧化作用因为比例很小，一般在计算土壤呼吸时忽略不计。 土壤呼吸组成示意图（Ryan & Law，2005） 土壤呼吸在全球生态系统中的重要地位 第一篇高精度的监测大气中二氧化碳浓度的文章由Keeling发表在1958年。之后众多研究者的大量工作发现大气中二氧化碳的浓度在不断升高，并由此造成了温室效应与一系列全球性的变化。
自1958年以来大气CO2升高示意图 研究发现，现在大气中温室气体急剧增加的罪魁祸首就是化石燃料的燃烧和土地利用方式的改变尤其是热带雨林的砍伐。在全球最大碳库——陆地生态系统中，土壤呼吸作用的碳排放量的估计量为68Pg/a至100Pg/a。土壤碳储量是大气碳储量的2倍，土壤呼吸约占整个生态系统呼吸的50-80%( Giardina and Ryan 2002)。土壤呼吸即使发生较小的变化（10%）也可能会超过由于土地利用改变和化石燃料燃烧而进入大气的 CO2年输入量。所以土壤呼吸的变化能显著地减缓或加剧大气中 CO2的增加，进而影响气候变化（李玉宁，2002）。现在由于温室效应引起的全球变化中，最主要的现象就是气候异常和气温升高，而土壤呼吸速率会随着温度的升高呈指数函数增加，这又会进一步加剧温室效应。同时，森林砍伐等土地利用方式改变本身就会增加土壤呼吸。 全球碳循环示意图 因此，对各种类型的陆地生态系统土壤呼吸的研究一直是全球变化研究中的热点，并逐渐成为生态学研究中一个必不可少的测量指标。
微生物名词解释 第1、2章细菌的形态结构与生理 microorganism微生物：存在于自然界形体微小，数量繁多，肉眼看不见，必须借助于光学显微镜或电子显微镜放大数百倍甚至上万倍，才能观察的一群微小低等生物体。 microbiology微生物学：用以研究微生物的分布、形态结构、生命活动（包括生理代谢、生长繁殖）、遗传与变异、在自然界的分布与环境相互作用以及控制它们的一门科学。 medical microbiology医学微生物学：主要研究与人类医学有关的病原微生物的生物学性状、对人体感染和致病的机理、特异性诊断方法以及预防和治疗感染性疾病的措施，以控制甚至消灭此类疾病为目的的一门科学。 代时：细菌分裂倍增的必须时间。 bacterium细胞壁：是包被于细菌细胞膜外的坚韧而富有弹性的膜状结构。 peptidoglucan or mucopeptide肽聚糖或粘肽：是原核细胞型微生物细胞壁的特有成分，主要由聚糖骨架、四肽侧链及肽链或肽键间交联桥构成。 lipoplysaccharide,LPS脂多糖：革兰阴性菌细胞壁外膜伸出的特殊结构，即细菌内毒素。由类脂A、核心多糖和特异多糖构成。 plasmid质粒:是细菌染色体外的遗传物质，结构为双链闭合环状DNA，带有遗传信息，具有自我复制功能。可使细菌获得某些特定性状，如耐药、毒力等。 capsule荚膜：某些细菌能分泌黏液状物质包围于细胞壁外，形成一层和菌体界限分明、不易着色的透明圈。主要由多糖组成，少数细菌为多肽。其主要的功能是抗吞噬作用，并具有抗原性。 flagella鞭毛：是从细菌细胞膜伸出于菌体外的细长弯曲的蛋白丝状物，是细菌的运动器官，见于革兰阴性菌、弧菌和螺菌。pipi菌毛：是存在于细菌表面，有蛋白质组成的纤细，短而直的毛状结构，只有用电子显微镜才能观察，多见于革兰阴性菌。 spone芽胞：某些细菌在一定条件下，在菌体内形成一个圆形或卵圆形的小体。见于革兰阳性菌，如需氧芽胞菌和厌氧芽胞杆菌。是细菌在不利环境下的休眠体，对外界环境抵抗力强。 L-form of bacterium细菌L型：有些细菌在某些体内外环境及抗生素等作用下，可部分或全部失去细胞壁，此现象首先由Lister研究发现，故称细菌L型。在适宜条件下，多数细菌L型可回复成原细菌型。 磷壁酸:为大多数革兰阳性菌细胞壁的特有成分，约占细菌细胞壁干重的20-40%，有2种，即壁磷壁酸和膜磷壁酸。
第2节土壤里的微生物 一、教学目标： 1．知识目标： （1）概述土壤里主要的微生物种类。 （2）说出细菌的三种形态和基本结构，并与植物细胞和动物细胞比较细胞结构的异同点。 （3）说出放线菌的结构特点。 （4）识别青霉和匍枝根霉，并说出它们的繁殖方式和营养方式。 2．能力目标： （1）学会培养和观察青霉、匍枝根霉。 （2）探究土壤里的微生物。 3．情感态度与价值观目标： 体验培养霉菌的过程，并交流成功或失败的感受。 二、教学重点和教学难点： 教学重点：细菌、放线菌和真菌（青霉和匍枝根霉）的主要特征。 教学难点：细菌与植物细胞、动物细胞比较细胞结构的异同点。 三、教学方法：观察、讨论、比较等 四、教学过程： 引言：土壤里除了生活着一些小动物外，还有一些我们肉眼看不见或看不清的小生物，我们通常把这些小生物叫做微生物。那么土壤里都有哪些微生物呢？（学生讨论，教师小结。） 土壤里微生物主要有细菌、真菌、放线菌等，它们能分解植物的枯枝烂叶，动物的遗骸等，将土壤中的有机物分解成无机物，增加了土壤的肥力。 这些微生物到底是什么形态？它们有那些特征呢？这节课就让我们一起来认识它们。 一、认识细菌： 1．细菌的分布范围： 细菌在生物圈中数量最多，占土壤微生物总量的70%～90%，你认为在生物圈中哪些地方会分布有细菌？ 学生：土壤、水里、空气，人、动物、植物体内、体表等。
教师：由此可见，细菌的分布非常广泛。 2．形态特征： （1）大小： 资料：细菌的直径一般只有1um左右，电子显微镜才能观察到细菌的形态和结构。 学生阅读资料，发现细菌个体十分微小。 （2）形状： 教师：展示图片：三种细菌 人们在电子显微镜下观察到细菌，请根据图片描述细菌有哪三种形态。 学生：球形、杆形、螺旋形。 教师：根据它们的形态，我们可以分别称它们为：球菌、杆菌、螺旋菌。3．结构特征： 不同种类的细菌虽然形态不同，但它们的基本结构却是相同的。 学生看图12-5：细菌细胞的结构示意图。观察讨论： 细菌有哪些结构？细菌的结构与动植物细胞的结构有何异同？ 4．生活方式：
土壤中的微生物 姓名： 学号： 专业： 年级： 学科：
土壤是由地壳表面的岩石经过长期风化和生物学作用而形成的一层疏松物质。土壤和以土壤为基质的生物种群紧密的联系在一起，构成一个有机整体，称为土壤生态系统。 一、土壤微生物的来源 土著微生物种群：指在一个给定的生境中那些能生存、生长和进行活跃代谢的微生物，并且这些微生物能与来自其他群落的微生物进行有效的竞争。土著微生物一般包括：G+球菌类、色杆菌、芽孢杆菌、节杆菌、分支杆菌、放线菌、青霉、曲霉等。对物质的分解、代谢、转化起着极为重要的作用，是化学元素参与生物地球化学物质循环的重要推动者。 外来微生物种群：指来自于其他生态系统的微生物，所以这些微生物不能在这一生境中长期生活下去。几乎不参与土壤生态学上重要的物质转化作用。 二、土壤微生物的种类 包括细菌、放线菌、真菌、藻类、病毒和原生动物。绝大部分微生物对人是有益的；也有一部分土壤微生物是动植物的病原体。 土壤中的微生物根据其对能源和营养的要求不同可分为四种营养类型 ●光能自养型 ●光能异养型 ●化能自养型 ●化能异养型 大多属异养型微生物 根据对氧的需要程度不同，可分为 ●专性厌氧 ●兼性厌氧 ●微需氧 ●专性需氧等
真菌属需氧型微生物，因此土壤深层或潮湿的黏土中真菌数量少。 1、土壤中的细菌 （1）土壤细菌的数量 土壤中的微生物以细菌数量最多，细菌占土壤微生物总量的70%～90％，1g 肥沃土壤中约有土壤细菌几十万~几十亿。 （2）土壤细菌的特点 1）个体形状和大小往往与人工培养条件下不同； 2）土壤细菌数量多、代谢强、繁殖快、代时短，对其延续带来很大好处； 3）种类多，其中多数是异养菌，少数是自养菌； 4）土壤细菌按其来源可分为土著性和外来性，一般土著是优势种： ●土著细菌：是土壤中真正的常驻者，如氨化细菌、硝化细菌、固氮 细菌、纤维素分解菌等，异养型，无芽胞、嗜中温。 ●外来细菌：人畜粪便、动物尸体、医院废弃物等污染土壤带入的。 如沙门菌、志贺菌、霍乱弧菌、大肠杆菌O157：H7、炭疽梭菌、 破伤风梭菌、肉毒梭菌等。 2、土壤中的放线菌 ●放线菌的数量仅次于细菌，主要分布于土表，是土壤重要的土著 性微生物，也是土壤微生物的第二大类群，占5~30%； ●常见的有链霉菌属、诺卡菌属、小单孢菌属和放线菌属； ●多数好气、腐生，以孢子或菌丝片段存在于土壤； ●细胞数104~106个/g土，土壤肥沃时可达108个/g土； ●对干燥条件抗性比较大(在沙漠土壤中生存)； ●比较适合在碱性或中性条件下生长，并对酸性条件敏感（高氏1号 培养基）； ●主要参与复杂有机物的分解，如木质素、几丁质、烃类。
1.肽聚糖：肽聚糖是由多糖链经短肽相交联而形成的网络状分子，是真细菌细胞壁特有的成分，构成细菌细胞壁坚硬的骨架部分。 2.脂多糖：（LPS)，是位于G-细菌细胞壁最外层的一层较厚的类脂多糖类物质，由类脂A、核心多糖和O—特异侧链3部分组成。 3.原生质体(protoplast)：指在人为条件下用溶菌酶除尽原有细胞壁或用青霉素抑制新生细胞壁的合成后，所得到的仅有一层细胞膜包裹的圆球状渗透敏感细胞。常见于革兰氏阳性菌。 4.球状体或原生质球(sphaeroplast)：指还残留部分细胞壁的原生质体，常见于革兰氏阴性细菌。 5.芽孢：某些细菌在其生长发育后期，在细胞内形成一个圆形或椭圆形、厚壁、含水量极低、抗逆性极强的休眠构造，称为芽孢或内生孢子。 6.伴孢晶体：少数芽孢杆菌，例如苏云金芽孢杆菌在其形成芽孢的同时，会在芽孢旁形成一颗菱形或双锥形的碱溶性蛋白晶体－δ内毒素，称为伴孢晶体。 7.菌落：菌落就是在固体培养基上（内）以母细胞为中心的一堆肉眼可见的，有一定形态、构造等特征的子细胞集团。 8.异形胞：异形胞是存在于丝状体蓝细菌中的较营养细胞稍大，色浅、壁厚、位于细胞链中间或末端，且数目少而不定的细胞。异形胞是固氮蓝细菌的固氮部位。 9.原体(elementary body,EB)：宿主细胞外的形态具有感染力，它是一种不能运动的球状细胞，直径小于0.40.4μμmm，，有坚韧的细菌型细胞壁。 10.始体，又称网状体(reticulate body, RB)这是一种薄壁的球状细胞，形体较大，无感染力的个体。 11.单细胞蛋白：也叫微生物蛋白，它是用许多工农业废料及石油废料人工培养的微生物菌体。 12.酵母纤维素：它呈三明治状——外层为甘露聚糖，内层为葡聚糖，都是分支状聚合物，中间夹着一层蛋白质（包括各种酶，如葡聚糖酶、甘露聚糖酶等）。 13.生长因子：一类对微生物正常代谢必不可少且又不能从简单的碳源，氮源自行合成的、所需极微量的有机物。 14.主动运送：指一类须提供能量（包括ATP、质子动力或离子“泵”等）并通过细胞膜上特异性载体蛋白构象的变化，使膜外环境中低浓度的溶质运送入膜内的一种运送方式。 15.基团移位：指一类既需特异性载体蛋白参与，又需耗能的一种物质运送方式，溶质在运送前后还会发生分子结构的变化，不同于一般的主动运送。 16.水活度（aw）：在天然环境中，微生物可实际利用的自由水：或游离水含量。 17.组合培养基：是一类用多种高纯化学试剂配制的、各成分（包含微量元素）的量都确切知道的培养基。 18.选择性培养基：根据某种微生物的特殊营养要求或其对某化学、物理因素的抗性而设计的培养基。 19.鉴别性培养基：加有能与某一菌的无色代谢产物发生反应的指示剂，从而用肉眼就能使该菌落与外形相似的其他菌落相区分的培养基。 EMP途径：又称糖酵解途径或己糖二磷酸途径，是绝大多数生物所共有的一条主流代谢途径。它是以1分子葡萄糖为底物，约经10步反应而产生2分子丙酮酸、2分子NADH+H﹢和2分子ATP的过程。
1．土壤是微生物生长和栖息的良好基地 土壤具有绝大多数微生物生活所需的各种条件，是自然界微生物生长繁殖的良好基地：其原因在于土壤舍有丰富的动植物和微生物残体，可供微生物作为碳源、氮源和能源。土壤台有大量而全面的矿质元素，供微生物生命活动所需。土壤中的水分都可满足微生物对水分的需求。不论通气条件如何，都可适宜某些微生物类群的生长。通气条件好可为好氧性微生物创造生活条件；通气条件差，处于厌氧状态时又成了厌氧性微生物发育的理想环境。土壤中的通气状况变化时，生活其问的微生物各类群之间的相对数量也起变化。土壤的pH值范围。3．5～10．0之间，多数在5.5～8．5之间，而大多数微生物的适宜生长pH也在这一范围。即使在较酸或较碱性的土壤中．也有较耐酸、喜酸或较耐碱、喜碱的微生物发育繁殖，各得其所地生活着。土壤温度变化幅度小而缓慢．夏季比空气温度低，而冬季又比空气温度高，这一特性极有利于微生物的生长。土壤的温度范围恰是中温性和低温性微生物生长的适宜范围。 因此，土壤是微生物资源的巨大宝库。事实上，许多对人类有重大影响的微生物种大多是从土壤中分离获得的，如大多数产生抗生素的放线菌就是分离自土壤。 2．土壤中的微生物数量与分布 土壤中微生物的类群、数量与分布，由于土壤质地发育母质、发育历史、肥力、季节、作物种埴状况、土壤深度和层次等等不同而有很大差异。lg肥沃的菜园土中常可含有108个甚至更多的微生物，而在贫瘠土壤如生荒土中仅有103～107个微生物，甚至更低。土壤微生物中细菌最多，作用强度和影响最大，放线菌和真菌类次之，藻类和原生动物等数量较少，影响也小。 (1)细菌 土壤中细菌可占土壤微生物总量的70％～90％，其生物量可占土壤重量的 1/10000左右。但它们数量大，个体小，与土壤接触的表面积特别大，是土壤中最大的生命活动面，也是土壤中最活跃的生物因素．推动着土壤中的各种物质循环。细菌占土壤有机质的1％左右。土壤中的细菌大多为异养型细菌，少数为自养型细菌。土壤细菌有许多不同的生理类群，如固氮细菌、氨化细菌、纤维分解细菌、硝化细菌、反硝化细菌、硫酸盐还原细菌、产甲烷细菌等在土壤中都有存在。细茼在土壤中的分布方式一般是黏附于土壤团粒表面，形成菌落或菌团，也有一部分散布于土壤溶液中，且大多处于代谢活动活跃的营养体状态。但由于它们本身的特点和土壤状况不一样．其分布也很不一样。 细菌积极参与着有机物的分解、腐殖质的合成和各种矿质元素的转化； (2)放线菌 土壤中放线菌的数量仅次于细菌．它们以分枝丝状营养体缠绕于有机物或土粒表面，并伸是于土壤孔隙中。1g土壤中的放线菌孢子可达107～108个．占土壤微生物总数的5％～30%．在有机物含量丰富和偏碱性土壤中这个比例更高。
微生物的呼吸类型 在微生物体中，能量的释放。ATP的生成都是通过呼吸作用实现的。 根据最终电子受体性质的不同，可将微生物的呼吸分为发酵、好氧呼吸和无氧呼吸3种类型。 1．发酵 发酵（fermentation）是指有机物氧化过程中脱下的质子和电子，经辅酶或辅基（主要有NAD，NADP，FAD）传递给另一有机物，最终产生一种还原性产物的生物学过程。 发酵的特点为：不需氧；有机物氧化不彻底；能量（有效电子）释放不完全。值得注意的是，由于发酵中作为电子和质子受体的有机物是原始基质的代谢产物，所形成的发酵产物是混合物，其中一部分产物的氧化程度高于原始基质，另一部分产物的氧化程度低于原始基质；又由于有机物的每次氧化都必须由相应的还原来平衡，因此原始基质既不能高度氧化，也不能高度还原，这就限制了发酵所能处理的有机废物的种类。 在酒精发酵中，葡萄糖被降解成二氧化碳和酒精，产生2mol的ATP、2mol的酒精以及2mol的CO2。从能量的观点看，发酵的结果只使一部分葡萄糖转化成不含能的稳定产物二氧化碳，另一部分葡萄糖的转化产物酒精仍然含能，依然会污染环境。不仅如此，从电子的归宿看，发酵产物酒精接纳了葡萄糖释放的全部电子，产物的耗氧能力（提供电子的能力）与葡萄糖完全一样，并没有得到任何削弱。如果就上述而论，那么发酵作为控制有机质污染的措施是毫无效果的。然而，好在某些发酵（如沼气发酵）的不稳定产物为气体（如CH。），它能从系统内逸出，不再对水体产生污染。 2．好氧呼吸 所谓好氧呼吸（resPiration），是指有机物在氧化过程中放出的电子，通过呼吸链传递最终交给氧的生物学过程。 好氧呼吸的特点是：以氧为最终电子受体；有机物被彻底氧化成CO2和H2O，并生成ATP。由于最终产物二氧化碳和水不再含能，也不再有释放电子的能力，因此它们不会耗氧，有机物的污染也由此消除。 3．无氧呼吸 无氧呼吸（anaerobicresPiration）是指有机物氧化过程中脱下的质子和电子，经一系列电子传递体最终交给无机氧化物的生物学过程。