超重力条件对土壤微生物及活性微生物群落组成的影响开题报告

全文总字数：6539字

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1. 研究背景与科学意义

自新中国成立以来，我国的人口数量急剧增长。如今，地球上总人口已超过60亿，激增的人口不仅会产生粮食问题，导致全球30个国家陷入粮食危机，而且能源物质被急剧消耗，生态环境遭受破坏，甚至物种也被加速灭绝。

因此，好奇心驱使人类寻找地球外栖息地的生命，并评估从地球迁移到其他天体的可能性(zhengquan gao et al., 2013)。arrhenius首先提出了通过太空运输活细菌，从那时起，人们就已经提出了对于地球上第一次发生生命的可能的解释(arrhenius，1903)，然而，实现这一点依旧很困难。

2. 研究的基本内容和问题

1、研究目标：

本研究拟选择淹水状态水稻根际土壤为研究介质，以土壤微生物的活性改变及群落组成的变化为研究对象，解析水稻根际土壤微生物群落组成动态变化特征。本课题研究的完成能够极大的推动对超重力条件下稻田土壤微生物群落结构及活性的理解，深入对极端物理条件下稻田生态系统功能的研究，为稻田生态系统更好地适应极端条件提供理论依据。本课题研究也将生命的极限扩展至超重力条件下。探索土壤微生物生存能力的极限，对寻找地球外栖息地的生命至关重要，微生物在外太空生存或成为可能。

3. 研究的方法与方案

1、研究方法

本课题研究选择淹水状态的水稻土供试样品，通过设置不同梯度离心力，进行离心培养半个月至一个月。通过提取DNA有效从土样中分离PCR-ready基因组DNA，再进行16S rRNA基因V3-V4区测序分析土壤微生物群落组成变化的动态特征。通过提取RNA，反录为cDNA，最后进行16S rRNA基因V3-V4区测序，分析观察土壤微生物活性的改变。

（1）离心力

设置四个处理：不离心低速离心中速离心高速离心，即：1g（CK不离心），**g(离心机最低离心力)，10,000g和100,000g 四个梯度。1×g作为对照组。

（2）DNA的提取

根据制造商的说明，使用MP FastDNA SPIN土壤试剂盒（MP Biomedicals，LLC，Ohio，USA）从离心培养后的土壤样品中提取DNA。用于土壤的FastDNA SPIN可在30分钟内快速有效地从土壤样品中直接分离出PCR-ready基因组DNA。

（3）RNA的提取

根据制造商的说明，使用E.Z.N.A Soil RNA微型土壤试剂盒从离心培养后的土壤样品中提取RNA。E.Z.N.Z土壤RNA微型试剂盒可快速可靠的从各种土壤样品中分离出高质量的总RNA。将HiBind基质的可逆性核酸结合特性与OBI专有的土壤核酸纯化技术相结合，从土壤样品中去除腐殖酸、黄腐酸等抑制剂化合物。

2、技术路线

3、可行性分析

申请人拟选择淹水状态的水稻作为模式植物，基于高通量测序技术分析离心培养后土壤群落组成与活性。本课题研究清晰的研究思路和明确的关键问题为本课题实现预期目标奠定了科学基础；

本课题申请者所在的研究团队长期从事土壤微生物、微生物生态网络、根际生态过程等方面的研究，取得了一批有价值的科研成果，积累了丰富的理论和实践经验；

本课题研究依托单位浙江大学土水资源与环境研究所科研实力雄厚、学科分支齐全、仪器设施完备。拥有本课题研究所需的超重力离心机、分析仪器、MP FastDNA SPIN土壤试剂盒、E.Z.N.A Soil RNA微型土壤试剂盒等，能够保障本项目的顺利实施。

综上所述，本课题研究在技术路线、研究方法、研究条件等方面都完全有可行性

4. 研究创新点

迄今为止，关于微生物对微重力反应的研究较多，但只有很少数研究报告了微生物对重力大于1×g的反应。本课题研究灵感来源日本科学家的一次有趣的发现，以大肠杆菌为代表的菌落在四十多万倍地重时依旧可以增殖。而对于土壤微生物，在超重力的条件下会发生怎样的改变？表现形态又是如何？尽管目前对于土壤微生物在超重力条件下的反映制尚处于起步阶段，许多关键问题仍不清楚。但探索超重力条件下土壤微生物的活性变化及群落组成的改变是一个较有趣且前沿的研究。

本研究提取dna所用的试剂盒可在30分钟内快速有效地从土壤样品中直接分离出pcr-ready基因组dna，而e.z.n.z土壤rna微型试剂盒也可快速可靠的从各种土壤样品中分离出高质量的总rna。将hibind基质的可逆性核酸结合特性与obi专有的土壤核酸纯化技术相结合，从土壤样品中去除腐殖酸、黄腐酸等抑制剂化合物。本研究基于高通量测序技术，该技术的诞生是基因组学研究领域一个具有里程碑意义的事件。最后通过分别提取dna与rna再进行测序分析可深入对极端物理条件下稻田生态系统功能的研究，为稻田生态系统更好地适应极端条件提供理论依据。

5. 研究计划与进展

1、研究计划：

（1）2019年3月-4月：试验方案的制定及相关试验材料的购置。将供试样品离心培养并分别提取dna和rna进行测序分析。

（2）2019年4月中下旬：整理与分析试验数据，撰写并提交相关报告。