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DC 欄位 | 值 | 語言 |
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dc.contributor.advisor | 楊盛行 | |
dc.contributor.author | Shu-Hsien Tsai | en |
dc.contributor.author | 蔡書憲 | zh_TW |
dc.date.accessioned | 2021-06-13T00:08:16Z | - |
dc.date.available | 2010-07-31 | |
dc.date.copyright | 2007-07-31 | |
dc.date.issued | 2007 | |
dc.date.submitted | 2007-07-30 | |
dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/28437 | - |
dc.description.abstract | 福山森林為台灣長期生態研究樣區之一,為探討福山森林不同地形之土壤微生物生態,本研究選定福山地區溪谷、中坡及稜線等不同地形位置,於不同季節測定其溫度和日照等環境條件,水分含量、pH值、總有機碳、總氮和C/N比等土壤性質,測定細菌、真菌、放線菌、纖維素分解菌、溶磷菌及固氮菌含量及微生物生質碳和氮等微生物指標。並以16S rDNA序列對細菌分離株進行初步鑑定,利用PCR-DGGE技術及建立16S rDNA基因選殖庫,探討不同地形位置細菌基因多樣性和使用BIOLOG® Eco-MicroPlates及纖維素分解酵素、聚木醣分解酵素、幾丁質分解酵素及酸性磷酸酯解酵素等四種土壤酵素研究微生物功能多樣性。結果顯示,福山森林土壤水分含量、總有機碳含量和總氮含量,以稜線最高,其次為中坡和溪谷最低。pH值則是溪谷>中坡>稜線。不同地形位置微生物菌數及微生物生質量含量為稜線>中坡>溪谷,並且受到降雨型態和溫度的影響,冬季具有較低的數值。福山土壤剖面pH值以OA層最低,隨著土壤深度增加而增加,總有機碳含量、總氮含量、微生物菌數及微生物生質量則隨著土壤深度增加而減少。微生物生質量和非生物因子具有較佳之相關性,為較佳的微生物指標。功能多樣性方面,不同樣區利用BIOLOG® Eco-MicroPlates所得的碳源利用數量以溪谷地區最高,與土壤pH有關,四種土壤酵素活性則皆以溪谷地區具有比較低的酵素活性。台灣福山森林土壤所分離出的細菌,若以屬作為分類基本單位,可以分成革蘭氏陽性的Bacillus、和Streptomyces以及革蘭氏陰性菌Brevundimonas、Burkholderia、Chromobacterium、Flavobacterium、Pseudomonas和 Ralstonia等菌屬。土壤DNA萃取與純化方面,比較五種不同萃取土壤DNA方法,以方法E萃取森林土壤DNA具最佳產率和純度。PCR-DGGE分析結果顯示在不同的樣區中皆存在相似的主要條帶,而不同樣區所呈現的PCR-DGGE圖譜,主要的差異在次要的條帶,不同的地形位置會影響微生物菌數及多樣性。九個16S rDNA 選殖基因庫,總共包含Proteobacteria、Acidobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Cyanobacteria、Firmicutes、Gemmatimonadetes、Nitrospirae、Planctomycetes、candidate division TM7 和 Verrucomicrobia等不同的族群。其中Proteobacteria、Acidobacteria和Actinobacteria分別佔全部選殖基因庫的 49.1%、32.3% 和6.3%,而其他的族群則皆未超過 6%。不同地形位置中稜線地區含有最高細菌多樣性,有機質層和深層土壤相比亦具有較高細菌多樣性。
總結來說,本研究建立台灣福山森林土壤性質及微生物生態背景資料外,並提供未來長期研究的依據,由相關性分析顯示微生物生質量可用於福山森林土壤微生物生態長期偵測微生物指標之工具,地形及土壤深度對於細菌的分佈不僅會產生數量上的差異,也會造成功能及基因多樣性的改變,因此在進行長期偵測時必須考慮地形、季節和土壤深度等變因所帶來的影響。固氮菌屬(Burkholderia、Delftia、Frankia、Herbaspirillum、Methylocystis和Pleomorphomonas)、銨氧化菌屬(Nitrosococcus)及甲烷氧化菌屬(Methylobacter、Methylocystis和Methylocapsa)可作為未來功能性基因 (nifH、amoA及pmoA)研究之目標。 | zh_TW |
dc.description.abstract | Fushan forest is one of the Long Term Ecological Research (LTER) sites. To investigate the effect of topography on microbial ecology of Fushan forest, valley, middle-slope and ridge were selected. Environmental conditions (soil temperature and light intensity); soil properties (moisture content, pH, total organic carbon, total nitrogen and C/N ratio); populations of bacteria, actinomycetes, fungi, cellulolytic, phosphate-solubilizing, nitrogen-fixing microbes, and microbial biomass (carbon and nitrogen) were measured at different seasons. In addition, experiments were carried out to identify some bacterial isolates by 16S rDNA, to analyze bacterial diversity of different topographies by PCR-DGGE and 16S rDNA clone library, to study the functional diversity using BIOLOG® Eco-MicroPlates and to investigate the soil enzyme (cellulase, xylanase, chitinase, and acidphosphatase) activities. The results showed that moisture content, total organic carbon and total nitrogen were the highest in the ridge soils, followed by the middle-slope and the valley was the lowest, but the pH was reversed. Microbial populations and biomass contents were the highest in the ridge, then in the middle-slope, and the valley was the lowest. Because of rainfall patterns and temperature effect, the microbial populations and biomass were the lowest in winter season. In the soil profiles, the pH was the lowest at OA horizon and increased with soil depths, while total organic carbon, total nitrogen, microbial populations, and microbial biomass were reversed. Compared to microbial populations, microbial biomass have higher correlation with abiotic factors, so it was the best microbial indicator. Substrate richness (S), obtained from BIOLOG analysis of valley, middle-slope and ridge soil samples were the generally highest in valley due to the higher pH. The valley soil had the lowest soil enzyme activities. The Fushan forest soil bacterial isolates were included Bacillus, Streptomyces, Brevundimonas, Burkholderia, Chromobacterium, Flavobacterium, Pseudomonas and Ralstonia. Five different methods (A to E) were used to extract soil genomic DNA and one method (method E) was found to be suitable in terms of quantity and quality of DNA. Analysis using denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) of polymerase chain reaction (PCR) amplicons of 16S rDNA showed that the bacterial diversity of the three sites were very similar to each other in the major bands and the variation was omly in the minor bands. Topography influenced the quantity and diversity of microbial populations. Phylogenetic analysis revealed that the clones from nine clone libraries were represented Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Cyanobacteria, Firmicutes, Gemmatimonadetes, Nitrospirae, Planctomycetes, candidate division TM7 and Verrucomicrobia. Members of Proteobacteria, Acidobacteria and Actinobacteria constituted 49.1%, 32.3% and 6.3% of the clone library, respectively, whereas the remaining bacterial divisions each comprised less than 6%. The ridge site exhibited the highest bacterial diversity among the tested sites indicating the influence of topography. Bacterial composition was more diverse in organic layer than that in deeper horizons.
In conclusion, this study documented the soil properties and microbial ecology background data in Fushan forest of Taiwan. It provides the reference to further long term ecological research. According to the correlation analysis, microbial biomass is the suitable microbial indicator to monitor the microbial ecology in Fushan forest soils. Topography and soil depth influenced the microbial populations, functional and genetic diversities. It have to be considered that the effect of topography, season and soil depth, when the long term monitor want to be process. In this study, there are some functional bacterial genus were determined, included nitrogen-fixing bacteria (Burkholderia, Delftia, Frankia, Herbaspirillum, Methylocystis and Pleomorphomonas), ammonium oxidizing bacteria (Nitrosococcus), and methane oxidizing bacteria genus (Methylobacter, Methylocystis and Methylocapsa). Their functional genes (nifH, amoA and pmoA) can provide microbial ecology information in the future. | en |
dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-13T00:08:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-96-D92b47401-1.pdf: 5623389 bytes, checksum: 3c5e24b733b4ab59d9f09e136ac81b2c (MD5) Previous issue date: 2007 | en |
dc.description.tableofcontents | 目錄
謝誌 i 摘 要 ii Abstract iv 圖目錄 xi 表目錄 xv 第一章 緒論 1 1.1 森林土壤 1 1.2 地形對土壤性質的影響 2 1.3 土壤微生物 3 1.4 微生物群落多樣性 4 1.5 森林土壤微生物群落多樣性研究方法 5 1.5.1 土壤微生物數量 5 1.5.2 土壤微生物生質量 9 1.5.3 利用分子生物技術偵測微生物族群 13 1.5.4 功能多樣性 21 1.6 從森林土壤樣品中抽取微生物DNA 25 1.7土壤微生物多源基因體之功能性研究 27 1.8 研究背景與目的 37 第二章 材料與方法 42 2.1 福山試驗地概述 42 2.2 取樣方法及實驗設計 44 2.3 土壤性質分析 45 2.3.1 pH值 45 2.3.2 土壤水份 45 2.3.3 土壤總有機碳 45 2.3.4土壤總氮 (Bremner and Mulvaney, 1982) 46 2.3.5 土壤灰分 47 2.4 微生物菌數 47 2.4.1 細菌 47 2.4.2 放線菌 48 2.4.3 真菌 48 2.4.4 纖維素分解菌 48 2.4.5 溶磷菌 48 2.4.6 固氮菌 48 2.5 微生物生質量 49 2.6 細菌之分離與特性研究 50 2.6.1 菌種分離與純化 50 2.6.2 菌種型態觀察 51 2.6.3 菌種生理特性 51 2.6.4 菌種遺傳分析 52 2.7 PCR-DGGE 53 2.8 以BIOLOG® Eco-MicroPlates測定微生物碳源利用圖譜 56 2.9 土壤酵素活性 56 2.10土壤DNA萃取及純化 57 2.10.1 DNA純度與定量 59 2.11細菌16S rDNA選殖基因庫建立 59 2.11.1 選殖藥品配製 63 2.11.2 16S rDNA基因選殖、DGGE篩選及定序 63 2.11.3 統計分析及序列演化樹分析 65 第三章 結果與討論 67 3.1 地形位置對土壤性質、微生物菌數及生質量影響及其季節性變化 67 3.1.1 地形位置對土壤性質之影響 67 3.1.2 土壤性質之季節性變化 70 3.1.3地形位置對微生物菌數及生質量影響及季節性變化 79 3.1.3.1 細菌、放線菌及真菌含量 79 3.1.3.2 纖維素分解菌、溶磷菌及固氮菌含量 80 3.1.3.3 微生物菌數季節性變化 88 3.1.3.4 生質碳及氮含量及其季節性變化 89 3.1.3.5 土壤剖面之土壤性質、微生物含量及生質量 105 3.1.4 三個地形位置之土壤性質、微生物含量及生質量差異 119 3.2台灣福山森林土壤細菌之分離與特性研究 122 3.2.1 土壤細菌的種類 122 3.2.2 土壤細菌DGGE標誌建立 135 3.3 地形位置對微生物功能多樣性的影響 135 3.3.1 地形位置對微生物碳源利用圖譜的影響 135 3.3.2 地形位置對土壤酵素活性的影響及其季節性變化 141 3.4 DNA萃取及純化方法之比較 142 3.5 以PCR-DGGE分析地形剖面土壤微生物相變化 144 3.6 地形位置對細菌基因多樣性的影響 155 3.6.1 基因選殖庫分析 155 3.6.1.1 Acidobacteria 156 3.6.1.2 α-Proteobacteria 158 3.6.1.3 β-Proteobacteria 160 3.6.1.4 γ-Proteobacteria 162 3.6.1.5 δ-Proteobacteria 163 3.6.1.6 Actinobacteria 164 3.6.1.7 Bacteroidetes 164 3.6.1.8 Firmicutes 165 3.6.1.9 Cyanobacteria、Gemmatimonadetes、Nitrospirae、Planctomycetes和Verrucomicrobia 166 3.6.2 不同地形位置之微生物基因多樣性 167 3.6.3 土壤深度對於微生物基因多樣性之影響 168 第四章 結論與未來展望 184 參考文獻 186 附錄一 本研究所使用之培養基與配方 225 附錄二 福山森林土壤性質及微生物菌數長期監測資料 229 附錄三 已發表著作 263 圖目錄 圖 1.1 不同微生物生態分析方法特性。 7 圖 1.2 古生菌、細菌及真核生物三界分類演化樹。 18 圖 1.3 依照16Sr RNA基因序列所建構的細菌演化分析樹狀圖。 19 圖 1.4 廣泛存在的細菌族群之16S rRNA序列中可培養與不可培養族群之比例。 20 圖 1.5 利用Biolog microplate 比較分離株個體或群落水平分析方法所得之碳源利用圖譜。 29 圖 1.6 從環境樣品中抽取微生物DNA及純化方法。 33 圖 1.7 建構及利用功能或序列篩選的方法分析土壤、溫泉、深海珊瑚及海綿等環境多源基因庫。 35 圖 1.8 台灣長期生態研究試驗區。 40 圖 1.9 本研究微生物多樣性分析策略。 41 圖 2.1 福山試驗森林位置地圖。 54 圖 2.2 微生物族群結構之實驗流程圖。 62 圖 2.3 pGEM-T 載體。 66 圖 3.1 福山森林環境因子。 72 圖 3.2 福山森林土壤pH。 73 圖 3.3 福山森林土壤水分含量。 74 圖 3.4 福山森林土壤總有機碳含量。 75 圖 3.5 福山森林土壤總氮含量。 76 圖 3.6 福山森林土壤碳氮比。 77 圖 3.7 福山森林土壤灰份含量。 78 圖 3.8 福山森林土壤細菌族群。 82 圖 3.9 福山森林土壤放線菌族群。 83 圖 3.10 福山森林土壤真菌族群。 84 圖 3.11 福山森林土壤纖維素分解菌族群。 85 圖 3.12 福山森林土壤溶磷菌族群。 86 圖 3.13 福山森林土壤固氮菌族群。 87 圖 3.14 福山森林土壤溪谷微生物生質碳氮含量。 92 圖 3.15 福山森林土壤溪谷總有機碳含量中所含生質碳百分比、總氮含量中所含生質氮百分比及生質碳氮比値。 93 圖 3.16 福山森林土壤中坡微生物生質碳氮含量。 94 圖 3.17 福山森林土壤中坡總有機碳含量中所含生質碳百分比、總氮含量中所含生質氮百分比及生質碳氮比値。 95 圖 3.18 福山森林稜線土壤微生物生質碳氮含量。 96 圖 3.19 福山森林稜線土壤總有機碳含量中所含生質碳百分比、總氮含量中所含生質氮百分比及生質碳氮比値。 97 圖 3.20 福山森林土壤微生物生質碳含量和土壤溫度、pH、水分含量、總有機碳含量及總氮含量之相關性分析。 101 圖 3.21 福山森林土壤微生物生質氮含量和土壤溫度、pH、水分含量、總有機碳含量及總氮含量之相關性分析。 102 圖 3.22 福山森林土壤微生物生質碳含量和微生物生質氮含量之相關性分析。 103 圖 3.23 2002至2007年宜蘭月平均降雨量。 104 圖 3.24 福山森林稜線土壤剖面pH、水分含量和灰份含量。 106 圖 3.25 福山森林稜線土壤剖面總有機碳含量、總氮含量和碳氮比。 107 圖 3.26 福山森林稜線土壤剖面細菌、放線菌及真菌族群。 108 圖 3.27 福山森林稜線土壤剖面纖維素分解菌、溶磷菌及固氮菌族群。 109 圖 3.28 福山森林稜線土壤剖面生質碳氮含量。 110 圖 3.29 福山森林稜線土壤剖面總有機碳含量中所含生質碳百分比、總氮含量中所含生質氮百分比及生質碳氮比値。 111 圖 3.30 福山森林溪谷、中坡及稜線土壤剖面之土壤性質。 112 圖 3.31 福山森林溪谷、中坡及稜線土壤剖面微生物菌數。 117 圖 3.32 福山森林溪谷、中坡及稜線土壤剖面DNA產量及微生物生質碳氮。 118 圖 3.33 福山森林土壤革蘭氏陽性細菌分離株16S rDNA 序列以neighbor-joining法所得親源演化樹。 127 圖 3.34 福山森林土壤革蘭氏陰性細菌分離株16S rDNA 序列以neighbor-joining法所得親源演化樹。 133 圖 3.35 細菌分離株以專一性引子GC-U968和L1401進行16S rDNA之放大後所得PCR-DGGE圖譜。 136 圖 3.36 細菌分離株以專一性引子GC-U968和L1401進行16S rDNA之放大後所得PCR-DGGE標誌。 137 圖 3.37 在25℃培養六天利用BIOLOG® Eco-MicroPlates測定福山森林土壤微生物碳源利用圖譜AWCD之變化。 138 圖 3.38 利用BIOLOG® Eco-MicroPlates測定不同樣區、土壤深度及季節對於平均吸光值(AWCD)和碳源利用數量(S)的影響。 140 圖 3.39 福山森林溪谷土壤酵素活性。 146 圖 3.40 福山森林中坡土壤酵素活性。 147 圖 3.41 福山森林稜線土壤酵素活性。 148 圖 3.42 福山森林溪谷土壤不同DNA萃取方法純化後DNA電泳圖。 150 圖 3.43 福山森林溪谷土壤不同DNA萃取方法對PCR-DGGE圖譜之影響。 151 圖 3.44 以方法E所得福山森林土壤剖面純化後DNA電泳圖。 152 圖 3.45 以細菌專一性引子GC-U968和L1401放大福山森林土壤中16S rDNA之PCR產物電泳圖。 154 圖 3.46 福山溪谷、中坡及稜線土壤剖面樣品PCR-DGGE圖譜。 170 圖 3.47 福山溪谷、中坡及稜線土壤剖面樣品群集分析。 171 圖 3.48 福山森林土壤16S rDNA選殖基因庫不同族群所佔比例。 175 圖3.49 福山森林土壤16S rDNA基因選殖資料庫Acidobacteria、Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria 及Deltaproteobacteria 族群之親源演化樹。 176 圖 3.50 福山森林土壤溪谷、中坡及稜線之稀薄化曲線。 182 圖 3.51 福山森林土壤九個基因選殖庫細菌分布之群集分析。 183 表目錄 表 1.1 利用螢光顯微鏡計數細菌數量及以DNA reassociation方法估計不同種類土壤及海洋環境中所含微生物種類 6 表 1.2 不同環境中可培養細菌的比例 8 表 1.3 利用磷脂質脂肪酸作為特定微生物族群之生物指標 12 表 1.4 營養循環中測定微生物多樣性所使用的土壤酵素 30 表 1.5 不同研究土壤微生物多樣性方法之優缺點比較 31 表 1.6 化學法、酵素法及機械破菌方法 34 表 1.7 由海洋及土壤多源基因庫所篩選的新型酵素基因 36 表 2.1 Biolog® Eco-Microplates的碳源種類 56 表2.2 不同DNA萃取及純化方法 61 表 3.1 福山森林環境條件和土壤性質 71 表 3.2 微生物族群及微生物生質量和非生物因子於不同地形位置的相關性分析 98 表 3.3 微生物族群及微生物生質量和非生物因子於不同季節的相關性分析 99 表 3.4 微生物族群及微生物生質量和非生物因子於不同土壤深度的相關性分析 100 表 3.5 溪谷、中坡及稜線物理、化學及生物性質之相關性分析 116 表3.6 福山森林不同地形之十個取樣地點土壤性質及生質量差異 120 表3.7 福山森林不同地形之十個取樣地點微生物含量差異 121 表 3.8 福山森林土壤革蘭氏陽性分離株 125 表 3.9 福山革蘭氏陽性分離株之型態、生理與生化特性 126 表 3.10 革蘭氏陽性菌類群中所用的參考菌株 128 表 3.11 福山森林土壤革蘭氏陰性分離株 131 表 3.12 福山革蘭氏陰性分離株之型態、生理與生化特性 132 表 3.13 革蘭氏陰性菌類群中所用的參考菌株 134 表 3.14 利用BIOLOG® Eco-MicroPlates測定不同樣區、土壤深度及季節對平均吸光值(AWCD)和碳源利用數量(S)的影響 139 表 3.15 福山森林土壤酵素活性 145 表 3.16 不同萃取方法溪谷DNA產量及純度 149 表3.17 福山森林土壤16S rDNA選殖基因庫在NCBI資料庫中之最相似菌種及其相似度 172 表3.18 福山森林土壤16S rDNA選殖基因庫不同族群於不同地區及深度分佈 181 | |
dc.language.iso | zh-TW | |
dc.title | 福山森林土壤微生物族群、生質量、功能和基因多樣性 | zh_TW |
dc.title | Microbial Population, Biomass, Functional and
Genetic Diversity of Fushan Forest Soils | en |
dc.type | Thesis | |
dc.date.schoolyear | 95-2 | |
dc.description.degree | 博士 | |
dc.contributor.oralexamcommittee | 周昌弘,李健全,廖啟成,林國銓,黃慶璨 | |
dc.subject.keyword | 森林土壤,微生物生態,16S rDNA選殖基因庫,變性梯度凝膠電泳,土壤酵素,地形, | zh_TW |
dc.subject.keyword | 16S rDNA clone library,DGGE,forest soil,microbial ecology,soil enzymes,topography, | en |
dc.relation.page | 280 | |
dc.rights.note | 有償授權 | |
dc.date.accepted | 2007-07-30 | |
dc.contributor.author-college | 生命科學院 | zh_TW |
dc.contributor.author-dept | 微生物與生化學研究所 | zh_TW |
顯示於系所單位: | 微生物學科所 |
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