南美白对虾养殖底泥中氨氧化细菌与氨氧化古菌多态性分析

【目的】本研究皆在了解虾养殖底泥中氨氧化细菌与氨氧化古菌群落多态性。【方法】以功能基因为基础,构建氨氧化细菌(AOB)与氨氧化古菌(AOA)的氨单加氧酶α亚基基因(amoA)克隆文库。利用限制性片段长度多态性(Restriction Fragment Length Polymorphism,RFLP)技术将克隆文库阳性克隆子进行归类分析分成若干个可操作分类单元(Operational Taxa Units,OTUs)。【结果】通过序列多态性分析,表明AOB amoA基因克隆文库中所有序列都属于变形杆菌门β亚纲(β-Proteobacteria)中的亚硝化单细胞菌属(Nitrosomonas)及Nitrosomonas-like,未发现亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira)。AOA amoA基因克隆文库中只有一个OTU序列属于未分类的古菌(Unclassified-Archaea),其余序列都属于泉古菌门(Crenarchaeote)。AOA群落结构单一且存在一个绝对优势类群OTU3,其克隆子数目占克隆文库的57.45%。AOB和AOA amoA基因克隆文库分别包括13个OTUs和9个OTUs,其文库覆盖率分别为73.47%和90.43%。AOB amoA基因克隆文库的Shannon-Wiener指数、Evenness指数、Simpson指数、Richness指数均高于AOA。【结论】虾养殖塘底泥中存在氨氧化古菌的amoA基因,且多态性低于氨氧化细菌,表明氨氧化古菌在虾养殖塘底泥的氮循环中可能具有重要的作用。     

辉腾锡勒草原干涸湖泊中氨氧化微生物群落结构分析

【目的】以内蒙古辉腾锡勒草原九十九泉湿地为对象,研究湖泊干涸过程中氨氧化微生物的群落结构及其变化。【方法】通过MPN-PCR定量测定氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的数量;构建amoA基因克隆文库,进行系统发育分析;结合土壤环境因子,探讨湿地退化过程中影响氨氧化微生物的潜在因素。【结果】依湖泊湿地退水梯度的不同样点中,有75%的样点AOB的数量高于AOA,AOB与AOA的数量比率为0.3-18.1。从湖心到湖岸草原带,AOA和AOB的数量有明显增加,但生物多样性呈降低趋势,二者没有呈现正相关。研究发现,AOB的数量与土壤中NH 4+-N的变化存在良好响应。系统发育分析显示,退化湖泊湿地AOA克隆序列均来自于泉古菌门(Crenarchaeota);AOB的amoA基因的克隆序列大部分与亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)有一定同源性,较少部分与亚硝化螺菌属(Nitrosospira)有一定同源性。【结论】湖泊退水过程增加了湿地土壤氨氧化微生物的数量,而氨氧化微生物的种群丰度有所降低。AOA和AOB群落对湖泊湿地的退化过程做出了响应,其中AOB的响应较为明显,氧化条件和土壤铵浓度的改变可能是促成这种响应的重要原因。     

宏基因组技术研究泥岩母质发育的三种不同pH紫色土硝化微生物群落演变规律

【目的】揭示典型农田旱地紫色土硝化微生物的群落组成及其对pH的响应规律。【方法】针对同一母质发育但pH差异显著的3种紫色土,利用宏基因组技术深度测序研究土壤中硝化微生物丰度和群落,包括氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA),氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB),亚硝酸盐氧化细菌(nitrite-oxidizingbacteria,NOB)和全程氨氧化细菌(completeammoniaoxidizer,Comammox)。【结果】土壤中硝化微生物的丰度占总微生物的2.130%–6.082%。3种紫色土中AOA、AOB和NOB的相对丰度有显著差异:酸性紫色土中AOA的相对丰度显著大于碱性紫色土,而AOB则相反;NOB的相对丰度在中性紫色土中最高。所有土样中均发现了1种全程氨氧化细菌Candidatus Nitrospira inopinata (Ca. N. inopinata),其在中性紫色土中相对丰度最高,占总微生物的0.203%。3种不同pH紫色土中AOA均以Nitrososphaera为主,NOB均以Nitrospira为主;酸性紫色土中AOB以Nitroscoccus为主,而中性和石灰性紫色土中则以Nitrosospira为主。Pearson相关性分析发现,土壤pH和铵态氮是影响硝化微生物丰度最大的两个因子。【结论】Comammox存在于3种不同pH紫色土中,且偏好中性环境;AOA、AOB和NOB群落结构和相对丰度都存在显著差异,结合相关性分析发现土壤pH和铵态氮是导致差异最重要的两个因子。     

不同放牧对滇西北高原泥炭沼泽土壤氨氧化微生物群落的影响

氨氧化由氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)共同执行,是土壤硝化过程的第一步和限速步骤。放牧过程中,动物啃食、排泄和践踏等行为将影响土壤氨氧化微生物群落,但目前关于不同类型放牧对湿地氨氧化微生物群落结构及其多样性的影响尚不清楚。利用Illumina Mise高通量测序技术,对比研究牦牛放牧和藏香猪放养两种放牧类型对泥炭沼泽土壤氨氧化微生物群落结构及其多样性的影响。结果表明,牦牛放牧显著增加土壤容重,显著降低土壤pH、TN、TOC、NH~+_4-N和NO~-_3-N含量;藏香猪放养显著增加土壤NO~-_3-N含量和硝化潜势(PNR)。牦牛放牧显著降低土壤AOA的丰富度和AOB的α多样性,藏香猪放养降低土壤AOA的α多样性和AOB的丰富度。放牧显著降低泉古菌门(Crenarchaeota)的相对丰度。AOA的α多样性与土壤NO~-_3-N含量和PNR呈显著负相关。AOB的α多样性与pH、TOC、TN和NH~+_4-N含量呈显著正相关。放牧影响下土壤pH、TN和NO~-_3-N含量的变化是影响AOA群落结构的主要因素。藏香猪放养对AOA和AOB群落的影响更显著,由放牧引起的土壤环境条件的变化是导致氨氧化微生物群落发生改变的重要因素。     

长期不同施肥制度对水稻土氨氧化微生物数量和群落结构的影响

由氨氧化微生物驱动的氨氧化过程是硝化作用的限速步骤,在土壤氮素循环过程中扮演着重要角色.以湖南省宁乡县长达30 a定位试验水稻土壤为研究对象,采用荧光定量PCR和Illumina MiSeq高通量测序分析方法,以amoA基因为靶标,研究了4种施肥制度[不施肥(CK)、化肥(CF)、70%化肥+30%有机肥(CFM₁)和40%化肥+60%有机肥(CFM₂)]水稻土壤氨氧化微生物的数量和群落结构变化.结果表明: 不同施肥处理氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB) amoA基因拷贝数分别为3.09×10⁷～8.37×10⁷和1.04×10⁷～7.03×10⁷ copies·g^-1干土.施肥显著提高了AOA和AOB数量,但处理CFM₂中AOB数量与CK差异不显著.有机肥配施比例对AOB群落α多样性指数的影响强于AOA,处理CFM₁中AOA群落的多样性指数(Shannon)和AOB群落的丰富度指数(ACE和Chao1)均显著高于CK.奇古菌门和泉古菌门是AOA群落的优势门类群,占AOA amoA基因总序列的83.4%;亚硝化螺菌属、environmental_samples_norank、Bacteria_unclassified和Nitrosomonadales_unclassified是AOB群落的优势属类群,占AOB amoA基因总序列的97.8%.维恩分析结果显示,有机肥配施比例对AOB群落操作分类单元(OTU)数量的影响强于AOA,但对各处理共有AOA和AOB amoA基因序列条数的影响均较小.冗余分析结果显示,不同施肥处理AOB群落结构差异强于AOA,且所有土壤理化性质均与AOA和AOB群落结构存在显著相关关系.综上可知:有机肥配施比例显著改变了AOA和AOB数量、多样性和群落结构,配施30%有机肥时,AOA群落的Shannon指数最高,AOB群落数量、ACE和Chao1指数均最高.研究结果可为进一步探讨农业系统中氨氧化微生物对不同施肥制度的响应机制及其在氮素转化中的作用提供科学依据.     

长期施用猪粪对红壤完全氨氧化菌基因丰度的影响

完全氨氧化菌(comammox Nitrospira)的发现对硝化微生物的研究提出了新的挑战。大量研究表明完全氨氧化菌在陆地生态系统中广泛分布,但其在农田土壤中的分布规律及其对长期施用粪肥的响应尚不清楚。研究了长期施用猪粪对农田红壤完全氨氧化菌、氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)功能基因(amoA)丰度的影响,及其与土壤净硝化速率的关系。结果表明：与不施肥的对照处理相比,猪粪施用显著提高土壤有机质和养分含量,且随着猪粪的施用量增加而增加。同时,施用中量和高量猪粪显著提升土壤净硝化速率,增幅分别达到317%和416%。所有处理中,完全氨氧化菌丰度以进化枝A为主,进化枝B丰度极低,大多为非特异性扩增产物,但进化枝A的amoA丰度均低于氨氧化古菌和氨氧化细菌。长期施用高量猪粪显著提升进化枝A的amoA基因丰度,表明存在喜好富营养环境的完全氨氧化菌,而有效磷是最主要的影响因子。相关性分析表明,进化枝A的amoA丰度与净硝化速率呈显著正相关(P<0.01),而氨氧化古菌和氨氧化细菌则没有,表明进化枝A可能在长期施用粪肥的农田红壤硝化过程中发挥重要功能。综上所述,长期施用粪肥显著提高...     

风干土壤中氨氧化微生物的恢复

【目的】比较历史风干土壤与加水恢复培养土壤中氨氧化古菌AOA和细菌AOB的组成与数量差异,探究风干土壤用于后续微生物生理生态学研究的可能性;明确我国典型酸性森林土壤中,海洋类Group 1.1a是否为数量上占据优势的古菌AOA生态型。【方法】针对中国生态系统研究网络10个台站的典型森林土壤样品,围绕风干保存和加水培养两种处理,通过高通量测序土壤氨氧化古菌及细菌amoA标靶基因,分析氨氧化微生物群落组成的变化规律;利用实时荧光定量PCR和DGGE指纹图谱技术,研究森林土壤微生物群落16S rRNA基因的数量变化规律,以及氨氧化细菌和古菌群落结构的差异。【结果】10个历史风干土壤加水培养28天后,土壤细菌和古菌数量均急剧增加,最高可达3230倍和568倍;其中8个土壤中氨氧化古菌AOA明显增加,5个土壤中氨氧化细菌AOB表现出明显的增加趋势。然而,高通量测序和系统发育分析表明,历史风干土壤与加水恢复培养土壤中AOA和AOB的群落组成无明显变化。Group 1.1b是氨氧化古菌的优势类群,而氨氧化细菌的主要类群是Nitrosospira螺菌属。氨氧化古菌和细菌的比例与总氮浓度呈显著正相关(r2=0.54,P0.05),表明酸性条件下土壤矿化并提供铵态氮底物可能是古菌氨氧化的驱动机制。【结论】风干土壤加水恢复培养后,AOA和AOB的种群数量大多出现增加的趋势,但其物种组成未发生显著变化,表明风干保存的土壤样品可用于后续室内培养,开展微生物生理生态学研究。与已有的海洋AOA生态型主导酸性土壤氨氧化类群的报道不同,土壤Group 1.1b是本研究森林土壤中的优势类群。     

华北典型旱地小麦土壤amoA基因的PCR-RFLP分析

通过构建氨氧化细菌(AOB )和氨氧化古菌(AOA)的氨氧化酶基因亚基A (amoA )克隆文库,并采用限制性片段长度多态性(Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP )技术分析了华北地区典型旱地冬小麦土壤中amoA 基因的多样性.采用MspI 和AfaI 两种限制性内切酶对amoA 基因克隆文库中阳性克隆子进行双酶切后,共得到了18 个氨氧化细菌的可操作分类单元(Operational Taxa Units, OTUs )和10 个氨氧化古菌可操作分类单元(Operational Taxa Units, OTUs ),其文库覆盖率分别达到92.9%和88.3%.氨氧化细菌的Shannon-Wiener 指数、丰富度指数、均匀度指数均高于氨氧化古菌.通过对文库中amoA细菌测序分析,所有的序列都属于Nitrosospira cluster 3 .而在氨氧化古菌中存在着一个绝对优势种群,它占到克隆文库的80 %,测序分析的结果表明,氨氧化古菌属于不可培养的泉古菌门.     

太湖竺山湾沉积物中氨氧化原核生物的垂直分布与多样性

原核生物驱动的氨氧化过程对于富营养化湖泊的氮循环具有重要意义。为了解太湖藻型湖区沉积物中氨氧化原核生物的垂直分布和多样性特征,采用分子生态学方法,对竺山湾沉积物剖面中氨单加氧酶基因(amoA)或16S rRNA基因等特征分子标记的变化和序列特征进行了分析。结果表明,氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)共存于沉积物各层。AOB的优势种在5cm深度以下发生明显改变,这可能与沉积物氧化还原电位及铵态氮的变化有关;所有细菌amoA序列均属亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)。AOA群落结构自表层至7cm深度变化不大,所有古菌amoA序列分属泉古菌CG1.1b和CG1.1a两大类群,这可能与太湖形成历史上的海陆交替过程有关。此外,沉积物各层均未发现典型厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)细菌16S rRNA基因序列。这些发现丰富了对太湖藻型湖区氨氧化原核生物分布、多样性及环境调控原理的认识,对理解富营养化湖泊氨氧化规律、认识湖泊生态系统氮循环功能具有借鉴意义。     

河口生态系统氨氧化菌生态学研究进展

由amoA基因编码的氨单加氧酶(AMO)所调控的氨氧化作用,是硝化作用的限速步骤和中心环节,而含有amoA基因的氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)多样性与环境因子关系密切,对缓解河口生态系统因人类活动造成的富营养化等环境问题具有特别重要的意义。水、陆和海交汇形成高度变异的具环境因子梯度的河口生态系统,是研究AOA和AOB生态学的天然实验室。河口AOA与AOB的群落组成、丰富度特征和生物有效性,与河口主要环境因子盐度、富营养化程度、植被、温度、碳、氮、硫、铁等,尤其是对盐度和富营养化有着较为强烈的响应。AOA和AOB多样性变化规律及其与河口特有的环境因子之间的相关性,应当是今后我国河口氨氧化菌研究的方向和重点。包括:(1)建立有效的氨氧化菌活性评价方法;(2)研究AOA的同化作用方式;(3)依据氨氧化菌分类和组成对河口环境变化的适应进化机制,建议可作为指示河口环境质量变化的生物标记;(4)将传统的分离培养方法与现代分子生物学研究方法相结合,筛选我国河口高效的氨氧化菌,并将其应用于生产。     

面向土地整治的耕地质量评价优化

探讨面向土地整治的耕地质量评价方法和指标体系,进行土地整治成效分析,是当前土地整治的现实需求.借鉴已有耕地质量评价相关成果,从地学特征、土壤特性、耕作条件、健康状况和生物特性等五个方面改进评价方法和指标体系.以河南省温县土地整治工程进行实证研究,采用综合算法,其中耕地地形特征、土壤性状和耕作条件指数采用加权求和法,健康状况系数和生物特性系数利用“1+X”模型,将耕地质量划分为5个等级,评价项目区土地整治前和整治后耕地质量指数的变化.结果表明:相较于《农用地质量分等规程》,新的耕地质量评价体系应用于土地整治工程实施前后耕地质量评价具有一定的优势,可以更精确地分析土地整治成效.研究结果可为面向土地整治的耕地质量评价工作提供一定参考.     

Competition for land

A key challenge for humanity is how a future global population of 9 billion can all be fed healthily and sustainably. Here, we review how competition for land is influenced by other drivers and pressures, examine land-use change over the past 20 years and consider future changes over the next 40 years.Competition for land, in itself, is not a driver affecting food and farming in the future, but is an emergent property of other drivers and pressures. Modelling studies suggest that future policy decisions in the agriculture, forestry, energy and conservation sectors could have profound effects, with different demands for land to supply multiple ecosystem services usually intensifying competition for land in the future.In addition to policies addressing agriculture and food production, further policies addressing the primary drivers of competition for land (population growth, dietary preference, protected areas, forest policy) could have significant impacts in reducing competition for land. Technologies for increasing per-area productivity of agricultural land will also be necessary. Key uncertainties in our projections of competition for land in the future relate predominantly to uncertainties in the drivers and pressures within the scenarios, in the models and data used in the projections and in the policy interventions assumed to affect the drivers and pressures in the future.     

Rapid,habitat-related evolution of land snail colour morphs on reclaimed land

I made use of the known dates of reclamation (and of afforestations) in the IJsselmeerpolders in The Netherlands to assess evolutionary adaptation in Cepaea nemoralis. At 12 localities (three in each polder), I sampled a total of 4390 adult individuals in paired open and shaded habitats, on average 233 m apart, and scored these for genetic shell colour polymorphisms. The results show (highly) significant differentiation at most localities, although the genes involved differed per locality. Overall, though, populations in shaded habitats had evolved towards darker shells than those in adjacent open habitats, whereas a ‘Cain & Sheppard'' diagram (proportion yellow shells plotted against ‘effectively unbanded'' shells) failed to reveal a clear pattern. This might suggest that thermal selection is more important than visual selection in generating this pattern. Trait differentiation, regardless of whether they were plotted against polder age or habitat age, showed a linear increase of differentiation with time, corresponding to a mean rate of trait evolution of 15–31 kilodarwin. In conclusion, C. nemoralis is capable of rapid and considerable evolutionary differentiation over 1–25 snail generations, though equilibrium may be reached only at longer time scales.     

土地生态系统的复杂性研究

运用复杂科学理论,阐述了土地生态系统的复杂性特征,包括多层次性,高维性,子系统关联的复杂性,结构与功能的不确定性,开放性,动态性,自适应性和自组织性等复杂性特征,并进一步探讨了分形,混沌及人工神经网络在土地生态系统复杂性特征研究中的应用。     

The largest land mammal

Although a lower limit to size of land mammals, about 2·5 g, was established over 30 years ago, no definite upper limit has been proposed. The largest mammal known to have lived on land was the Baluchitherium, with a body mass of about 20 000 kg. In this paper, I show that gravity imposes an upper limit to size of land mammals. This limit results from the metabolic cost of gravity, which increases with body mass; therefore, the larger the body mass of an animal the smaller is the gravitational field intensity that can be tolerated by the animal. From data on gravitational tolerance of a number of mammalian species, it is shown that the size of the land mammal that can not tolerate more than terrestrial gravity is approximately 20 000 kg.     

A review of influences of land use and land cover change on ecosystems

随着人口的增长和人类社会的发展, 土地利用与土地覆盖变化已经是不可避免。土地利用与土地覆盖变化不仅对生态系统的要素、结构和功能产生深远的影响, 也会对全球变化产生反馈作用。针对土地利用与土地覆盖变化的过程、驱动机制以及在各个方面可能产生的生态环境效应的科学研究已经全面开展。该文综述了土地利用与土地覆盖变化对气候、土壤、生物地球化学循环、生物多样性以及区域生态环境等影响方面的研究进展, 并提出了相关研究的前沿方向展望。随着新技术的不断发展, 学者们将更多地侧重预测未来全球变化背景下的土地利用与土地覆盖变化趋势、合理性以及适应性, 为可持续发展提供基础资料和理论依据。     

科尔沁沙地不同土地利用和管理方式对土壤质量性状的影响

研究了科尔沁沙地退化草地开垦后,在14年不同的土地利用和管理方式下土壤物理、化学和生物学性状的特征。结果表明,农林(林草)复合利用模式在土壤粒级组成、孔隙分布、持水性能、有机质和N、P养分、酶活性等方面表现出较好的质量性状特征。有机无机配施、精细管理的灌溉农田次之,而粗放管理的旱作农田。土壤质量性状严重恶化,逐步向流沙方向演变,与科尔沁原生景观草地土壤相比,管理良好的利用系统,土壤物理性状、P含量和一些酶活性指标提高,但有机质和全氮含量明显低,表明已退化生态系统C、N库的恢复和重建需要较长的时间。研究结果表明,不同的土地利用方式和管理措施显著影响土壤质量变化的程度和方向;调整土地利用结构,基本农田实行精细管理,旱作农田退耕还草还林是保护土地资源。实现区域生态恢复和重建的根本选择。