应用磷脂脂肪酸和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳分析技术研究湿地植物根际微生物群落多样性

以天津大学校内两个相邻的小型湖泊(青年湖和爱晚湖)为研究区域, 通过采样分析, 利用磷脂脂肪酸(PLFA)和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析技术, 研究了湿地植物种类(芦苇(Phragmites australis)和东方香蒲(Typha orientalis))和生长方式(单生和混生)对根际微生物生物量和群落结构的影响。PLFA分析结果表明, 植物根际微生物生物量大于非根际(爱晚湖芦苇除外); 植物种间的差异较大, 东方香蒲根际沉积物中微生物生物量大于芦苇根际; 种内根际微生物受植物的生长状况影响较大, 采样期间两个湖泊中东方香蒲的生长状况(株高)相似, 根际微生物生物量相差不大, 而爱晚湖芦苇由于与东方香蒲共生, 受到东方香蒲的抑制, 使得根际微生物生物量明显低于单独生长的芦苇; 革兰氏阳性细菌数量小于革兰氏阴性细菌的数量, 且根际的革兰氏阳性细菌与革兰氏阴性细菌的比值小于非根际。沉积物中的细菌群落结构主要与植物种类有关, 同一种植物的根际细菌群落结构差异较小(这些根际细菌聚为一类); 不同植物的根际细菌群落结构差异较大。     

内蒙草原不同植物功能群及物种对土壤微生物组成的影响

为了分析不同植物群落组成对内蒙古典型草原土壤微生物群落组成的影响,本研究利用植物功能群剔除处理实验平台,采用荧光定量PCR(real-timePCR)和自动核糖体间隔区基因分析(automated ribosomal intergenic spacer analysis,ARISA)技术,对不同植物功能群组成的非根际土壤和常见物种的根际土壤中细菌和真菌的数量及群落结构进行了分析。结果表明,在非根际土壤中,不同植物功能群组成对细菌数量有显著影响,而对真菌数量及细菌和真菌的群落结构影响不明显;在根际土壤中,不同植物物种对细菌、真菌的数量都有显著影响。此外,聚类分析表明,不同物种的根际土中细菌和真菌的群落结构也有所不同,尤其以细菌的群落结构变化较为明显。研究结果表明不同植物物种可以通过根系影响土壤微生物群落组成。     

崇明东滩湿地不同潮汐带入侵植物互花米草根际细菌的多样性

为了调查崇明东滩湿地入侵植物互花米草(Spartina Alterniflora)在不同潮汐带和季节根际细菌的多样性与丰富度,以本地植物芦苇、海三棱藨草(P. australis和 S.mariqueter)和光滩为对照实验研究,在崇明东滩湿地10样点采集根际土壤和光滩土壤,通过PCR-DGGE分子生物学等技术并结合传统培养方法对土壤细菌进行分析研究。研究表明:东滩湿地不同潮汐带的植物根际细菌群落丰富度和多样性不同,在夏季中潮带的根际细菌丰富度(P=0.021<0.05)较高,各个潮带的植物根际细菌在夏秋季有高多样性,其中中潮带的植物根际细菌平均多样性指数最高(H=4.20)。在中潮带入侵物种互花米草根际细菌的丰富度和多样性要显著高于本地植物芦苇和海三棱藨草,其中海三棱藨草的根际细菌在夏季略高。崇明东滩湿地入侵植物互花米草根际细菌与本地植物相比较具有较高的多样性,而且外来种互花米草对湿地土壤微生物群落结构有着较强影响;入侵种互花米草根际细菌的高丰富度和多样性可能是其成功入侵东滩湿地的一个重要因素。     

黄河三角洲不同类型盐生植物土壤真菌群落结构特征

盐生植物种类及其所具有的不同耐盐调节方式影响着根际微生物群落的结构与组成。为明确不同类型盐生植物根际与非根际土壤中真菌群落结构与组成的差异及其与土壤环境间的相互关系,该研究采集了黄河三角洲地区芦苇、盐地碱蓬、獐毛3种不同类型盐生植物0~20 cm土层的根际和非根际土壤,通过高通量测序对其真菌群落多样性和结构进行了分析,以探究真菌群落特征与土壤理化因子间的关系。结果表明：(1)3种不同类型盐生植物根际土壤真菌群落丰富度显著大于各自非根际土,且獐毛根际土壤真菌群落丰富度显著大于芦苇和盐地碱蓬的根际土。(2)距离热图分析表明,芦苇和盐地碱蓬非根际土壤真菌群落间的相似性最大。(3)土壤真菌多样性和丰富度与土壤总碳、总氮、有效磷、pH呈正相关关系,与土壤盐分含量呈负相关关系。(4)3种不同类型盐生植物的根际与非根际土壤中,球囊菌门(Glomeromycota)均为绝对优势门,盾巨孢囊霉属(Scutellospora)为优势属。(5)RDA分析表明,土壤盐分含量是影响土壤真菌群落结构的重要因子,球囊菌门丰度与土壤总氮、总碳、有效磷、有机碳、pH呈正相关关系,与盐分呈负相关关系。(6)植物土壤真菌群落特征随盐生植物类型的变化以及样本土壤距宿主植物根系远近存在差异。     

基于高通量测序的杨树人工林根际土壤真菌群落结构

研究不同根序细根根际土壤微生物群落组成结构对深入了解根系-微生物互作关系具有重要意义.本研究采用Illumina MiSeq测序平台,对杨树人工林非根际土壤和不同根序细根根际土壤的真菌群落结构进行分析.物种注释结果显示: 杨树1～2级根(R1)、3级根(R2)和4～5级(R3)根际及非根际土壤(NR)中分别包含128、124、130和101个真菌属,表明杨树根际存在对真菌群落构建的选择性机制.不同根序根际土壤中相对丰度>1%的真菌属有7个,木霉属在1～2级根根际土壤中丰度较高,毛孢子菌属和曲霉属分别是3级根和4～5级根根际土壤中丰度最高的真菌属.α多样性指数表明: 根际土壤真菌的多样性在不同根序间存在显著差异,低级根显著高于高级根(P<0.05).β多样性指数表明: 真菌群落随着序级的升高差异性不断上升,相似性不断降低.不同根序细根根际真菌群落的趋异化组成和结构与细根功能具有密切关系.     

内蒙古草原典型植物对土壤微生物群落的影响

为了分析内蒙古草原不同植物物种对土壤微生物群落的影响, 采用实时荧光定量PCR (real-time PCR)以及末端限制性片段长度多态性分析(terminal restriction fragment length polymorphism, T-RFLP)等分子生物学技术, 测定了退化-恢复样地上几种典型植物的根际土壤和非根际土壤中细菌和真菌的数量及群落结构。结果表明, 不同植物物种对根际和非根际细菌及根际真菌数量均有显著影响。根际土壤中的细菌和真菌数量普遍高于非根际土壤, 尤其以真菌更为明显。对T-RFLP数据进行多响应置换过程(multi-response permutation procedures, MRPP)分析和主成分分析(principal component analysis, PCA), 结果表明, 大多数物种的根际细菌及真菌的群落结构与非根际有明显差异, 并且所有物种的真菌群落可以按根际和非根际明显分为两大类群。此外, 细菌和真菌群落结构在一定程度上存在按物种聚类的现象, 以细菌较为明显。这些结果揭示了不同植物对土壤微生物群落的影响特征, 对理解内蒙古草原地区退化及恢复过程中植被演替引起的土壤性质和功能的变化有一定的帮助。     

根际微生物促进水稻氮利用的机制

根际微生物影响植物的生长及环境适应性。不同种属、不同种群的植物影响其环境微生物群落; 反之, 根际微生物也影响宿主植物生长发育与生态适应性。植物与根际微生物的互作现象及其机制, 是生命科学研究关注的热点, 也是农业微生物利用的关键问题。近期, 中国科学家在该领域取得了突破性进展。通过对不同籼稻(Oryza sativa subsp. indica)和粳稻(O. sativa subsp. japonica)品种的根际微生物组进行研究, 发现籼稻根际比粳稻根际富集更多参与氮代谢的微生物群落, 且该现象与硝酸盐转运蛋白基因NRT1.1B在籼粳之间的自然变异相关联。通过对籼稻接种籼稻根际特异富集的微生物群体可以提高前者对有机氮的利用, 促进其生长。该研究揭示了籼稻和粳稻根际微生物分化的分子基础, 展示了利用根际微生物提高水稻营养高效吸收的应用前景。     

甘肃省麦积山景区3种典型裸子植物土壤微生物群落结构分析

【目的】探明不同种类的植物对其根际土壤微生物数量分布与群落结构的影响。【方法】将微生物计数法与磷脂脂肪酸(PLFA)法相结合,分析比较麦积山景区3种典型裸子植物根际土壤微生物的数量分布和PLFA种类、含量及主成分结构。【结果】3种植物根际土壤微生物数量均以细菌最多,真菌最少;总PLFA含量以红豆杉[Taxus chinensis(Pilg)Rehder.]最高、种类最多,日本落叶松[Larix kaempferi(Lamb)Carriere.]最低,红豆杉与云杉(Picea asperata Mast)PLFA主要成分相似度高于日本落叶松;外来种日本落叶松无论微生物数量,还是种类以及PLFA结构组成与红豆杉、云杉均有较大的差异,多样性显著下降。【结论】与土著裸子植物相比,外来种日本落叶松能明显改变根际土壤微生物数量分布与群落结构。     

复合垂直流人工湿地系统中不同植物根际微生物群落结构

为了研究复合垂直流人工湿地在夏季和秋季运行期间湿地中不同植物根际微生物群落的结构特征,采用PCR-DGGE技术和基因测序技术,对复合垂直流人工湿地系统中梭鱼草(Pontederia cordata)、美人蕉(Canna indica)、再力花(Thalia dealbata)3种植物根际微生物群落的结构特征和组成多样性进行分析。结果表明,3种植物根际微生物的种类和数量各不相同。人工湿地下行池中梭鱼草、美人蕉、再力花根际微生物的Shannon指数分别为2.91、2.96和2.90,说明美人蕉根际能更好地富集周围的微生物,提高微生物群落的多样性。通过比较各种植物根际微生物的相似度,发现根际微生物群落结构存在一定的季节差异;美人蕉和再力花根际微生物群落结构相似度较高(65%以上)。微生物群落组成多样性的结果显示,复合垂直流人工湿地系统中3种植物在实验期间根际微生物群落分属8个纲:α-变形菌纲(14.37%)、β-变形菌纲(38.13%)、γ-变形菌纲(6.87%)、ε-变形菌纲(16.87%)、δ-变形菌纲(6.87%)、放线菌纲(8.76%)、拟杆菌纲(4.38%)、硝化螺旋菌纲(3.75%)。β-变形菌纲为该人工湿地系统试验期间不同植物根际富集的主要细菌类群。本实验为以后人工湿地系统植物优化选择提供了一定的理论依据。     

大庆盐碱地九种植物根际土壤微生物群落结构及功能多样性

盐碱土是陆地表面生态脆弱区域。它与荒漠化过程相伴而生,不但造成了资源的破坏、农业生产的巨大损失,而且还对生物圈和生态环境构成威胁。研究盐碱地植物根际土壤微生物群落的多样性,对于盐碱土壤的植被恢复和生态重建具有重要意义。运用PCR-DGGE技术和Biolog微平板法,对大庆盐碱地9种不同植物根际土壤微生物结构和功能的多样性进行了分析。结果表明,不同植物根际土壤微生物组成不同,同一科的植物具有相似的微生物组成。对11个克隆进行了序列测定,发现这一地区植物根际优势微生物菌群为变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)。利用Biolog微平板法分析了微生物群落功能多样性。结果表明,不同植物根际土壤细菌群落对底物碳源的代谢特征存在着一定的差异,其中豆科的野大豆根际土壤细菌对底物碳源的代谢能力最强。     

异裂菊属根际微生物群落结构及功能多样性

异裂菊属是广西喀斯特石山区典型的特有属,根际微生物是其能否有效吸收、有效利用土壤养分和适应石山恶劣土壤环境的最直接表征之一。该研究采用DGGE和Biolog两种方法对异裂菊属植物根际和非根际微生物多样性进行了研究。结果表明:(1)异裂菊属5个种根际pH、碱解氮等9个养分含量都高于非根际。(2)5个种的根际、非根际存在2个共有细菌类群,但在数量上存在差异,3个种的根际条带小于非根际;5个种的根际、非根际微生物群落较为相似,较易聚在一起。(3)绢叶异裂菊根际微生物对碳源利用能力最强,凹脉异裂菊非根际最弱,其他对碳源的利用能力较接近;异裂菊属种根际微生物利用碳源的能力都高于非根际,根际微生物多样性指数均高于非根际,优势度指数与非根际基本相同或略高于非根际,丰富度和均匀度指数与优势度指数规律相似;异裂菊属根际、非根际微生物利用的碳源主要是糖类、羧酸类和氨基酸类化合物,4个种根际微生物利用碳源的能力高于非根际。(4)阳离子交换量、黏粒含量百分率和碱解氮是影响异裂菊属根际微生物碳源利用模式的最重要因子。总体来说,土壤理化性质对异裂菊属植物根际微生物群落多样性具有重要影响,异裂菊属通过分泌羧酸、糖等多类化合物提高了根际微生物的活性,进而有效地提高了根际肥力水平。     

独山子区优势草本植物根际与非根际土壤微生物功能多样性

以独山子区3种优势草本植物的根际与非根际土壤为研究对象,采用Biolog-ECO微平板法对土壤微生物功能多样性进行了研究。结果表明:3种不同植物根际与非根际土壤微生物代谢活性(AWCD)、丰富度指数Shannon(H)和均匀度指数Mc Intosh(U)均存在不同差异,且博乐蒿根际土壤微生物功能多样性均优于非根际土壤及其他两种植物;根际土壤微生物对糖类、脂类、酸类和胺类碳源物质比较敏感,非根际土壤微生物敏感于酸类、氨基酸类以及糖类碳源,根际土壤微生物对碳源的利用能力更强,且不同植物根际环境微生物碳源利用特征不同;微生物活性、丰富度指数和微生物均匀度指数与土壤pH值、SOM、AP和NO-3-N存在显著正相关(P0.05);博乐蒿根际土壤养分含量与微生物活性均较高,对环境的适应性更强,在独山子区生态环境管理与建设中可对其进行关注。     

宁南山区典型植物根际与非根际土壤微生物功能多样性

选择宁南山区9种典型植物的根际与非根际土壤为研究对象,采用Biolog方法对土壤微生物功能多样性进行了研究。结果表明:9种不同植物根际土壤与非根际土壤的微生物活性(AWCD)、微生物多样性指数和微生物均匀度指数均存在明显差异;除冰草外,其他各种植物的根际土壤的微生物活性AWCD、微生物多样性指数和微生物均匀度指数均比非根际土壤的高;9种典型植物根际土壤微生物主要碳源利用类型是羧酸类和氨基酸类,非根际土壤微生物主要碳源利用类型是羧酸类、胺类、氨基酸类;微生物活性、微生物多样性指数和微生物均匀度指数两两之间均达到了极显著相关,与土壤化学性质各指标之间均未达到显著相关水平。     

Influence of plant developmental stage on microbial community structure and activity in the rhizosphere of three field crops

Seasonal shifts in rhizosphere microbial populations were investigated to follow the influence of plant developmental stage. A field study of indigenous microbial rhizosphere communities was undertaken on pea (Pisum satvium var. quincy), wheat (Triticum aestivum var. pena wawa) and sugar beet (Beta vulgaris var. amythyst). Rhizosphere community diversity and substrate utilization patterns were followed throughout a growing season, by culturing, rRNA gene density gradient gel electrophoresis and BIOLOG. Culturable bacterial and fungal rhizosphere community densities were stable in pea and wheat rhizospheres, with dynamic shifts observed in the sugar beet rhizosphere. Successional shifts in bacterial and fungal diversity as plants mature demonstrated that different plants select and define their own functional rhizosphere communities. Assessment of metabolic activity and resource utilization by bacterial community-level physiological profiling demonstrated greater similarities between different plant species rhizosphere communities at the same than at different developmental stages. Marked temporal shifts in diversity and relative activity were observed in rhizosphere bacterial communities with developmental stage for all plant species studied. Shifts in the diversity of fungal and bacterial communities were more pronounced in maturing pea and sugar beet plants. This detailed study demonstrates that plant species select for specialized microbial communities that change in response to plant growth and plant inputs.     

Effects of above-ground plant species composition and diversity on the diversity of soil-borne microorganisms

A coupling of above-ground plant diversity and below-ground microbial diversity has been implied in studies dedicated to assessing the role of macrophyte diversity on the stability, resilience, and functioning of ecosystems. Indeed, above-ground plant communities have long been assumed to drive below-ground microbial diversity, but to date very little is known as to how plant species composition and diversity influence the community composition of micro-organisms in the soil. We examined this relationship in fields subjected to different above-ground biodiversity treatments and in field experiments designed to examine the influence of plant species on soil-borne microbial communities. Culture-independent strategies were applied to examine the role of wild or native plant species composition on bacterial diversity and community structure in bulk soil and in the rhizosphere. In comparing the influence of Cynoglossum officinale (hound's tongue) and Cirsium vulgare (spear thistle) on soil-borne bacterial communities, detectable differences in microbial community structure were confined to the rhizosphere. The colonisation of the rhizosphere of both plants was highly reproducible, and maintained throughout the growing season. In a separate experiment, effects of plant diversity on bacterial community profiles were also only observed for the rhizosphere. Rhizosphere soil from experimental plots with lower macrophyte diversity showed lower diversity, and bacterial diversity was generally lower in the rhizosphere than in bulk soil. These results demonstrate that the level of coupling between above-ground macrophyte communities and below-ground microbial communities is related to the tightness of the interactions involved. Although plant species composition and community structure appear to have little discernible effect on microbial communities inhabiting bulk soil, clear and reproducible changes in microbial community structure and diversity are observed in the rhizosphere. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Bacterial diversity in the rhizosphere of Proteaceae species

The Cape Floral Kingdom is an area of unique plant biodiversity in South Africa with exceptional concentrations of rare and endemic species and experiencing drastic habitat loss. Here we present the first molecular study of the microbial diversity associated with the rhizosphere soil of endemic plants of the Proteaceae family (Leucospermum truncatulum and Leucadendron xanthoconus). Genomic DNA was extracted from L. truncatulum rhizosphere soil, L. xanthoconus rhizosphere and non-rhizosphere soil and used as a template for the polymerase chain reaction (PCR) amplification of the 16S ribosomal RNA gene (rDNA). Construction and sequencing of 16S rDNA libraries revealed a high level of biodiversity and led to the identification of several novel bacterial phylotypes. The bacterial community profiles were compared by 16S rDNA denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). Cluster analysis and biodiversity indices revealed that the rhizosphere soil samples were more similar to each other than to non-rhizosphere soil and the rhizosphere soil contained a bacterial diversity that was richer and more equitable compared with non-rhizosphere soil. A Chloroflexus and an Azospirillum genospecies were restricted to the L. xanthoconus rhizosphere soil and Stenotrophomonas genospecies was identified in all rhizosphere soil samples but was not present in the non-rhizosphere soil. Taxon-specific nested PCR and DGGE-identified differences between the Proteaceae plant rhizosphere soil with a Frankia genospecies restricted the L. truncatulum rhizosphere. Archaea-specific rDNA PCR, DGGE and DNA sequencing revealed that Crenarcheote genospecies were excluded from the plant rhizosphere soil and only present in non-rhizosphere soil.     

Differences in vegetation composition and plant species identity lead to only minor changes in soil-borne microbial communities in a former arable field

To examine the relationship between plant species composition and microbial community diversity and structure, we carried out a molecular analysis of microbial community structure and diversity in two field experiments. In the first experiment, we examined bacterial community structure in bulk and rhizosphere soils in fields exposed to different plant diversity treatments, via a 16S rRNA gene clone library approach. Clear differences were observed between bacterial communities of the bulk soil and the rhizosphere, with the latter containing lower bacterial diversity. The second experiment focused on the influence of 12 different native grassland plant species on bacterial community size and structure in the rhizosphere, as well as the structure of Acidobacteria and Verrucomicrobia community structures. In general, bacterial and phylum-specific quantitative PCR and PCR-denaturing gradient gel electrophoresis revealed only weak influences of plant species on rhizosphere communities. Thus, although plants did exert an influence on microbial species composition and diversity, these interactions were not specific and selective enough to lead to major impacts of vegetation composition and plant species on below-ground microbial communities.     

艾比湖湿地盐节木土壤固氮微生物群落结构和丰度的环境异质性特点

【背景】新疆艾比湖湿地国家自然保护区作为国内最典型的温带干旱区湿地荒漠生态系统,对于富集生物多样性、平衡生态环境等方面存在着非凡的意义。目前关于艾比湖湿地根际与非根际土壤固氮微生物群落结构和丰度的相关研究还未见报道。【目的】通过分析新疆艾比湖湿地盐节木根际和非根际土壤固氮菌nifH基因的群落结构和丰度的环境异质性特点,及探讨微生物群落对国内极端干旱区脆弱敏感的艾比湖湿地生态系统循环过程中的作用,为改善荒漠化的艾比湖湿地环境提供理论依据。【方法】采用构建克隆文库和q-PCR的方法,并利用冗余分析法(Redundant analysis,RDA)探究土壤理化性质与固氮微生物群落结构及丰度的相关性。【结果】艾比湖湿地盐节木非根际土壤中nifH的多样性高于根际土壤,盐节木根际土壤的nifH序列优势种属主要为固氮根瘤菌属(Azorhizobium)和脱硫弧菌属(Desulfovibrio);非根际土壤的nifH序列优势种属主要是固氮弧菌属(Azoarcus)、太阳杆菌属(Heliobacteriummodesticaldum)和脱硫弧菌属(Desulfovibrio)。盐节木根际土壤nifH数量为4.08×104copies/g,盐节木非根际土壤中nifH的数量为5.52×103copies/g,根际土壤nifH的丰度高于非根际土壤。相关性分析显示,根际土壤的优势类群和丰度与硝态氮(NO3--N)、速效氮、总钾、含水量等因子显著相关,非根际土壤的优势类群和丰度与硝态氮(NO3--N)、速效氮、总磷、总钾、总氮呈显著相关。【结论】在盐节木根际土壤中nifH的丰度高于非根际土壤,而多样性则低于非根际土壤,而且硝态氮(NO3--N)、速效氮、总磷可能会影响固氮微生物的群落结构和丰度,这些特点为湖泊湿地的退化恢复提供理论和数据基础。