CN104034676A - 基于Biolog微平板及微量热法判断可提高土壤微生物活性碳源因子的方法 - Google Patents
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Abstract
基于Biolog微平板及微量热法判断可提高土壤微生物活性碳源因子的方法，步骤为：采集不同施肥处理（不施肥、施用无机肥、施用有机肥）的土壤样品；进行Biolog Eco微平板实验，对Biolog的平均吸光值（AWCD）进行主成分分析，区分引起分异的碳源因子；进行微量热实验，区分不同施肥处理对土壤微生物热代谢活性的影响；将引起分异的碳源分别加入不施肥的对照组土壤中，研究不同碳源对土壤微生物热代谢活性的影响,从而判断可提高土壤微生物活性碳源因子的方法。
Description
技术领域
本发明属于土壤微生物生态学领域，具体涉及一种基于Biolog Eco微平板及微量热法判断可提高土壤微生物活性因子的方法。
背景技术
土壤是个复杂的体系，土壤微生物是土壤中活的有机体，它参与土壤中物质循环和能量转化，是影响土壤肥力水平和土壤养分资源生物有效性的重要因素。土壤微生物活性是描述土壤微生物群落特征的一个重要指标，可以反映土壤状况的重要信息。因此，研究不同施肥措施对土壤微生物活性的影响，对优化农业生产管理措施具有积极意义。
目前，研究土壤微生物活性的方法有很多，如Biolog代谢指纹图谱法、微生物热代谢的微量热法等。Biolog Eco微平板通过微生物对单一碳源的利用情况来表征土壤微生物生长情况，评价土壤微生物群落代谢多样性和功能，这种方法在土壤生态系统中得到广泛应用。土壤微生物代谢过程都伴随着热效应，这些热效应可通过微量热仪进行精确的测定。研究表明，微量热法与土壤呼吸强度、土壤酶活性等有很高的相关性，可作为土壤微生物重要的生物学指标。但不同技术有自身的优势和缺陷，如Biolog仅指示少数适宜在微平板培养基上生长的微生物，即通过微生物群落对选择性培养基或刺激物的反应来测定代谢活性，不能反应实际情况；等温微量热法可测定土壤微生物的整体活性，但它是一种非特异性的方法，在复杂反应体系中无法详细解释变化或差异的原因，需要与特异性的分析方法相联。有关Biolog或微量热对土壤微生物活性影响已有很多报道，但将这些技术有机的结合起来探讨影响微生物活性的主导因子的研究较为匮乏。因此结合这两种技术的优势，建立并完善相关的技术体系，对规范农业管理操作体系具有重要的意义。
发明内容
解决的技术问题：本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于Biolog微平板及微量热法判断可提高土壤微生物活性碳源因子的方法，以填补相关的理论空白，从而为建立合理的施肥措施，保持土壤持续生产力，维护生态农业可持续发展提供基础。
技术方案：基于Biolog微平板及微量热法判断可提高土壤微生物活性碳源因子的方法，步骤为：(1)采集不施肥、施用无机肥、施用有机肥的土壤样品；(2)进行Biolog Eco微平板实验，对Biolog的平均吸光值(AWCD)进行主成分分析，区分引起分异的碳源因子；(3)进行微量热实验，区分不同施肥处理对土壤微生物热代谢活性的影响；引起分异的碳源分别加入不施肥的对照组土壤中，研究不同碳源对土壤微生物热代谢活性的影响。
所述的Biolog Eco实验步骤为：将4℃保藏的土壤样品进行1000倍稀释，接种到BiologEco微平板上，然后放入28℃的培养箱恒温培养，每隔12h读取对数生长期590nm的吸光值，然后采用主成分分析对微平板中吸光值进行分析：即将吸光值通过降维的方式使其简化，主成分按其所含信息量多少排序，依次记做PC1、PC2，根据PC1、PC2的因子得分系数绘制二维图，若不同样品在横轴或纵轴上能显著区分开，说明不同施肥处理引起碳源利用能力的分异，选出与主成分相关性较高的碳源因子，其相关系数r>0.5或r<-0.5。
所述微量热实验步骤为：将不同施肥处理的土壤样品置于灭菌的安瓿瓶中，添加0.2ml含有5.0mg葡萄糖和5.0mg硫酸铵溶液，刺激微生物生长；然后用聚四氟乙烯封口，置于微量热仪中28℃培养，记录培养过程中的热功率值，待信号终止即停止试验，得到热功率曲线，进而区分不同施肥处理对土壤微生物热代谢活性；然后根据Biolog Eco实验结果，将主成分分析中相关系数r>0.5或r<-0.5的碳源因子分别作为额外碳源加入不施肥土壤中，再次进行微量热实验，得到热功率曲线，若该曲线的峰型或热动力参数与施肥处理土壤接近或吻合，说明该碳源是提高土壤微生物活性碳源因子之一。
有益效果：本发明通过基于Biolog Eco微平板及微量热方法结合，较为直观的展现了不同施肥措施下影响土壤微生物活性的主导碳源因子。在实际生产过程中，有针对性的选取富含该碳源的肥料，可提高土壤的微生物活性，起到增强土壤地力、维护生态农业可持续发展的作用。
附图说明
图1为工艺流程示意图；
图2为土壤微生物碳源利用的因子载荷图，其中a为实施例1示意图，b为实施例2示意图；
图3为土壤微生物热功率曲线图，其中a为实施例1示意图，b为实施例2示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施实例进一步详细描述本发明的技术方案，所述实施例仅用于说明本发明而不是限制本发明。
实施例1
以山东诸城土壤为研究对象，应用Biolog Eco微平板及微量热技术，比较不施肥、施用无机肥、施用有机肥条件下土壤微生物碳源代谢能力及热代谢能力的差异，研究影响土壤微生物活性碳源因子。
实验设置三个处理，每个处理三个重复。实验组1：施用无机肥处理；实验组2：施用有机肥处理；对照组：不施肥处理。
Biolog Eco微平板实验
称取10g土壤置于90mL无菌水中，室温下在摇床上以70r min-1振荡30min，然后用无菌水稀释1000倍，通过排孔加样器接种至BIOLOG微平板(Hayward,CA,USA)上，每孔150μL，3个重复接在同一微平板上。28℃恒温培养7d，每隔12h用BIOLOG自动读板仪在590nm下读取吸光值。
根据平均吸光值变化特征，选取处于对数生长期的84h吸光值进行主成分分析(采用SPSS等统计软件)，得到PC1、PC2的因子得分系数(表1)及碳源与PC1、PC2的相关性。根据PC1、PC2的因子得分系数绘制的二维图如图2中a所示。从图中可以看出施用有机肥的实验组2在PC1(横轴)上与无机肥处理的实验组1及对照组处理显著区分开，说明土壤微生物群落的碳源利用能力显著改变。选择与PC1相关系数r>0.5或r<-0.5的碳源因子，结果如表2所示。
微量热实验
取1.2g土壤样品放入灭菌的5mL不锈钢安瓿瓶中，添加0.2mL含有5.0mg葡萄糖和5.0mg硫酸铵溶液，以刺激和保证微生物生长；安瓿瓶用聚四氟乙烯封口，防止水分挥发和热量丢失；安瓿瓶置于微量热仪中28℃培养，土壤微生物代谢活性以热功率值被计算机实时监控、记录，待信号终止即停止试验，得到的热功率曲线如图3中a(实线)所示，结果表明施用有机肥的对照组2能显著提高土壤微生物热代谢活性。然后根据Biolog微平板实验结果，将主成分分析中相关系数r>0.5或r<-0.5的碳源因子分别作为额外碳源加入对照组土壤中，再次进行微量热实验，结果如图3中a(虚线)所示。从结果中可知，L‐精氨酸可提高该类型土壤中微生物活性，效果优于苯基丙氨酸、苏氨酸、乳糖等碳源。
在施肥过程中，有针对性的选择富含L‐精氨酸成分的有机肥料，对提高该地区土壤微生物活性、促进该类型的土壤养分循环、提高作物产量等具有积极意义。
实施例2
以河南封丘土壤为研究对象，应用Biolog Eco微平板及微量热技术研究不同施肥条件下土壤微生物群落碳源代谢及热代谢能力的差异。
实验设置三个处理，每个处理三个重复。实验组1：施用无机肥处理；实验组2：施用有机肥处理；对照组：不施肥处理。
Biolog Eco实验步骤同实施例1，PC1、PC2的因子得分系数如表1所示，主成分分析的碳源因子载荷图如图2中b所示，引起主成分分异的相关碳源如表2所示；微量热实验步骤同实施例1，热功率曲线图如图3中b所示。
从以上结果可以看出，肝糖是影响该类型土壤的主要碳源因子，其余类型的碳源因子影响不显著。因此在施肥过程中，选择富含肝糖成分的肥料，能提高该类型的土壤微生物活性，增强土壤地力、提高作物产量。
表1PC1及PC2的因子得分系数
表2Biolog微平板中，与PC1相关性较高的碳源因子
Claims (3)
1.基于Biolog微平板及微量热法判断可提高土壤微生物活性碳源因子的方法，其特征在于步骤为：
（1）采集不施肥、施用无机肥、施用有机肥的土壤样品；
（2）进行Biolog Eco微平板实验，对Biolog的平均吸光值进行主成分分析，区分引起分异的碳源因子；
（3）进行微量热实验，区分不同施肥处理对土壤微生物热代谢活性的影响；将引起分异的碳源分别加入不施肥的对照组土壤中，研究不同碳源对土壤微生物热代谢活性的影响。
2.根据权利要求1所述基于Biolog微平板及微量热法判断可提高土壤微生物活性碳源因子的方法，其特征在于所述的Biolog Eco实验步骤为：将4℃保藏的土壤样品进行1000倍稀释，接种到Biolog Eco微平板上，然后放入28℃的培养箱恒温培养，每隔12 h读取对数生长期590 nm的吸光值，然后采用主成分分析对微平板中吸光值进行分析：即将吸光值通过降维的方式使其简化，主成分按其所含信息量多少排序，依次记做PC1、PC2，根据PC1、PC2的因子得分系数绘制二维图，若不同样品在横轴或纵轴上能显著区分开，说明不同施肥处理引起碳源利用能力的分异，选出与主成分相关性较高的碳源因子，其相关系数r>0.5或r<-0.5。
3.根据权利要求1所述基于Biolog微平板及微量热法判断可提高土壤微生物活性碳源因子的方法，其特征在于所述微量热实验步骤为：将不同施肥处理的土壤样品置于灭菌的安瓿瓶中，添加0.2 ml含有5.0mg葡萄糖和5.0 mg硫酸铵溶液，刺激微生物生长；然后用聚四氟乙烯封口，置于微量热仪中28℃培养，记录培养过程中的热功率值，待信号终止即停止试验，得到热功率曲线，进而区分不同施肥处理对土壤微生物热代谢活性；然后根据Biolog Eco实验结果，将主成分分析中相关系数r>0.5或r<-0.5的碳源因子分别作为额外碳源加入不施肥土壤中，再次进行微量热实验，得到热功率曲线，若该曲线的峰型或热动力参数与施肥处理土壤接近或吻合，说明该碳源是提高土壤微生物活性碳源因子之一。
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