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。     

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。     

新疆地震断裂带次生植物根际土壤微生物碳源利用

利用BIOLOG技术研究了新疆富蕴地震断裂带6种次生植物对根际土壤微生物碳源利用的影响.结果表明:多数植物根际土壤养分显著高于对照.6种根际土壤的平均颜色变化率差异显著,且均高于对照.次生植物不影响根际土壤微生物碳源利用的丰富度,但改变了其优势度和均匀度.不同处理根际土壤微生物碳源利用存在差异,主要体现在对糖类、氨基酸类、羧酸类的利用上.断裂带上次生植物的出现使土壤微生物利用碳源的类型由酚类向糖类、羧酸类转变.土壤速效钾含量与土壤微生物对聚合物(r=-0.84)、胺类(r=-0.83)的利用呈负相关.新疆地震断裂带的次生植物能显著增强土壤微生物的碳源利用能力,改变碳源利用类型.密刺蔷薇和蓍在提高土壤微生物碳源利用能力和改善土壤养分方面效果最佳.     

小麦蚕豆间作对蚕豆根际微生物群落功能多样性的影响及其与蚕豆枯萎病发生的关系

通过田间小区试验,研究了小麦与蚕豆间作对蚕豆枯萎病发生和根际微生物代谢功能多样性的影响。结果表明,小麦与蚕豆间作使蚕豆枯萎病的发病率和病情指数分别比单作显著降低20%和30.4%。与单作处理相比,间作显著增加了蚕豆和小麦根际微生物对31种碳源的平均利用率（AWCD）,其中间作蚕豆的AWCD值最高,比单作增加82.7%,单作蚕豆最低。间作蚕豆和间作小麦根际微生物的Shannon多样性指数与丰富度指数均显著高于单作,间作使蚕豆和小麦的丰富度指数分别增加29.2%和30.3%。根际微生物对六类碳源的利用强度百分比以糖类、羧酸类和氨基酸最高,分别为41.96%,19.80%和18.13%。主成分分析表明,小麦与蚕豆间作改变了根际微生物的群落组成;相关分析表明,糖类、羧酸类和氨基酸类碳源是区分单间作处理差异的主要碳源,其中氨基酸类碳源是最敏感的碳源。小麦与蚕豆间作增加了根际微生物活性,提高了Shannon多样性指数和丰富度指数,改变了微生物群落功能多样性,是抑制蚕豆枯萎病的有效措施。该研究为阐明根际微生物功能多样性变化在间作体系病害控制中的作用与机制奠定了理论基础。     

大豆连作对土体和根际微生物群落功能的影响

试验采用Biolog方法在大田试验条件下研究了不同连作年限大豆在结荚期和收获期根际和土体微生物群落功能多样性的变化.试验结果表明,在结荚期和收获期根际微生物群落功能多样性、均匀度指数和AWCD均显著高于土体.在结荚期迎茬和连作8a的土体微生物多样性、AWCD均高于正茬和连作4a土体;在收获期正茬和迎茬处理的土体微生物多样性、AWCD高于连作4a和8a.结荚期迎茬、连作4a和8a处理的根际微生物群落AWCD均显著高于收获期,说明在大豆植株生长旺盛的结荚期微生物群落的根际效应比收获期更明显.在这两个生长期降解氨基酸,糖类和羧酸类碳源的微生物可能是连作影响的主要土体微生物类群.     

秦岭典型林分夏秋两季根际与非根际土壤微生物群落结构

本试验主要以秦岭山脉锐齿栎(Quercus aliena var.acutidentata)、油松(Pinus tabuliformis)、华山松(Pinus armandii)、云杉(Picea asperata)4种典型林分为对象,利用BIOLOG微孔板法研究4种林分夏、秋两季根际与非根际土壤微生物群落代谢多样性。研究表明:(1)夏、秋季土壤根际与非根际的平均颜色变化率(AWCD)值截然不同,除秋季云杉外,其余处理均表现为非根际根际,且AWCD明显受到季节的影响。(2)夏秋两季4种林分根际与非根际土壤微生物功能多样性之间差异显著,其中锐齿栎林夏秋两季均表现为根际小于非根际,而其它3种针叶林则是夏季根际小于非根际,秋季根际大于非根际;锐齿栎林根际与非根际均为秋季低于夏季,其他3种针叶林则是非根际土秋季低于夏季,而根际土秋季高于夏季。(3)主成分分析显示各土壤微生物功能多样性具有显著差异,且4种林分夏秋两季根际与非根际主成分综合得分也有所不同,4种林分非根际土综合得分锐齿栎最高,其次是华山松和云杉,油松最低;根际土夏秋规律不同,夏季华山松和油松较高,云杉最低,秋季油松和云杉较高,锐齿栎最低,且综合得分与多样性指数达到显著或极显著的正相关。(4)冗余分析表明土壤理化性质的综合作用对土壤微生物群落功能多样性有显著影响。     

小叶锦鸡儿根际微生物群落功能多样性对环境变化的响应

利用Biolog技术对内蒙古草原灌丛优势种小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)根际土壤微生物群落功能多样性特征及其对大气CO2浓度、土壤氮水平和土壤水分3个环境因子变化的响应进行了研究。结果表明:(1)小叶锦鸡儿根际土壤微生物利用碳源总量在整个培养过程中呈逐渐增加的趋势。其利用比例较高的碳源类型为聚合物、糖类和氨基酸。(2)主成分分析表明,8个处理组的微生物群落功能多样性差异显著,其中与主成分1显著相关的碳源有14种,分别属于聚合物、糖类、氨基酸和羧酸。(3)加倍CO2浓度极显著提高平均颜色变化率(AWCD)以及丰富度指数和Shannon均匀度。(4)氮素添加使AWCD、丰富度指数和Shannon均匀度均极显著降低,其抑制效应在加倍CO2浓度时有所缓解。(5)加水处理对上述指标均有一定的促进作用,但是差异未达显著水平。(6)加倍CO2浓度和氮素添加联合处理下,小叶锦鸡儿根际微生物活性高于对照处理,说明加倍CO2浓度对微生物活性的促进效应强于添加氮素的抑制效应。(7)CO2和氮素对上述指标有交互作用。综上所述,小叶锦鸡儿根际土壤微生物群落的功能在很大程度上受到外界环境因子的影响,对环境变化较敏感的碳源类型为聚合物、糖类、氨基酸和羧酸,与利用比例较高的碳源类型基本一致。     

基于Biolog-ECO方法的两种不同草原中5种不同植物根际土壤微生物群落特征

【背景】土壤微生物是草原生态系统的重要组成部分,在调节植物生长、促进土壤结构的形成及维持草原生态系统功能和稳定性等方面有着不可替代的作用。【目的】探究内蒙古自治区四子王旗两种不同草原中5种不同植物根际土壤微生物群落代谢功能的多样性。【方法】利用Biolog-ECO微平板法分析四子王旗荒漠草原中阿德格和格根塔拉2个样地中短花针茅、冷蒿、细叶葱、阿尔泰狗娃花和银灰旋花5种植物根际土壤微生物群落多样性特征。【结果】两种不同草原中5种不同植物根际土壤中可培养微生物数量存在显著性差异(P0.05),阿德格草原中短花针茅根际土壤中可培养微生物总数显著高于其他植物根际,格根塔拉草原中阿尔泰狗娃花根际土壤中可培养微生物总数显著高于其他植物;两样地不同植物根际土壤微生物的平均颜色变化率(average well color development,AWCD)均表现为格根塔拉样地高于阿德格样地,而且呈"S"型变化。培养96 h后格根塔拉草原5种植物的Shannon指数与Simpson指数高于阿德格草原,同时银灰旋花根际土壤微生物多样性指数在两个草原中差异极显著;两个草原不同植物根际土壤微生物对碳源的利用主要是氨基酸类和碳水化合物碳源,对于L-天门冬酰胺、r-羟基丁酸、L-丝氨酸和D-半乳糖醛酸等碳源的功能微生物显著富集,根际土壤微生物的AWCD和多样性指数与细菌、放线菌以及土壤微生物总数呈极显著正相关性(P0.01),均匀度指数与细菌、放线菌以及土壤微生物总数量呈显著负相关性(P0.05)。【结论】不同植物根际土壤微生物对碳源的利用能力和偏好出现差异,而且根际土壤微生物数量越高,微生物碳代谢能力、微生物群落多样性越丰富。     

转基因棉花种植对根际土壤微生物群落功能多样性的影响

应用Biolog方法对两种转基因棉花及其亲本非转基因棉花根际土壤微生物的单一碳源利用水平进行了比较分析,探讨转基因棉花种植对其根际土壤微生物群落功能多样性的影响.结果表明：与非转基因亲本相比,在苗期、蕾期、吐絮期、衰老期转基因棉花种植对根际土壤微生物群落碳源利用能力、Shannon功能多样性指数和均匀度指数的影响均不显著,而在花铃期根际土壤微生物群落碳源利用能力和Shannon功能多样性指数显著降低.主成分分析表明,花铃期转基因棉花与非转基因棉花根际土壤微生物碳源利用在两主成分轴上的分异较大,碳源利用模式差异显著.     

施氮水平对蚕豆枯萎病和根际微生物代谢功能多样性的影响

研究不同氮肥用量对蚕豆根际微生物功能多样性的影响及其与蚕豆枯萎病发生的关系.通过田间小区试验,采用Biolog微平板分析法研究了4个施氮水平N₀(0 kg·hm-2)、N₁(56.25 kg·hm^-2)、N₂(112.5 kg·hm^-2)和N₃(168.75 kg·hm^-2)对蚕豆枯萎病危害和根际微生物代谢功能多样性的影响.结果表明： 施氮(N₁、N₂、N₃)处理显著降低了蚕豆枯萎病的病情指数和根际镰刀菌的数量,显著增加了蚕豆根际的细菌、放线菌数量、细菌/真菌和放线菌/真菌.其中N₂处理蚕豆枯萎病病情指数和镰刀菌数量最低,而细菌、放线菌数量、细菌/真菌和放线菌/真菌最高.与N₀处理相比,N₁、N₂、N₃处理均提高了根际微生物群落碳源利用率(AWCD),但对6类碳源的利用存在一定的差异.不同施氮水平下根际微生物群落对糖类、羧酸类和氨基酸类碳源利用程度较高.主成分分析表明,施氮明显改变了蚕豆根际微生物群落结构,糖类、羧酸类和氨基酸类碳源是区分施氮导致土壤微生物群落变化的敏感碳源.施氮抑制了根际微生物对部分糖类和羧酸类碳源的利用,而提高了对氨基酸和酚酸类碳源的利用,这可能是施氮减轻蚕豆枯萎病危害的重要原因之一.适量施氮能增加根际细菌、放线菌数量,改变微生物代谢功能,降低病原菌数量,是抑制蚕豆枯萎病发生的有效措施.     

Soil Microbial Biomass,Basal Respiration and Enzyme Activity of Main Forest Types in the Qinling Mountains

Different forest types exert essential impacts on soil physical-chemical characteristics by dominant tree species producing diverse litters and root exudates, thereby further regulating size and activity of soil microbial communities. However, the study accuracy is usually restricted by differences in climate, soil type and forest age. Our objective is to precisely quantify soil microbial biomass, basal respiration and enzyme activity of five natural secondary forest (NSF) types with the same stand age and soil type in a small climate region and to evaluate relationship between soil microbial and physical-chemical characters. We determined soil physical-chemical indices and used the chloroform fumigation-extraction method, alkali absorption method and titration or colorimetry to obtain the microbial data. Our results showed that soil physical-chemical characters remarkably differed among the NSFs. Microbial biomass carbon (Cmic) was the highest in wilson spruce soils, while microbial biomass nitrogen (Nmic) was the highest in sharptooth oak soils. Moreover, the highest basal respiration was found in the spruce soils, but mixed, Chinese pine and spruce stands exhibited a higher soil qCO₂. The spruce soils had the highest Cmic/Nmic ratio, the greatest Nmic/TN and Cmic/Corg ratios were found in the oak soils. Additionally, the spruce soils had the maximum invertase activity and the minimum urease and catalase activities, but the maximum urease and catalase activities were found in the mixed stand. The Pearson correlation and principle component analyses revealed that the soils of spruce and oak stands obviously discriminated from other NSFs, whereas the others were similar. This suggested that the forest types affected soil microbial properties significantly due to differences in soil physical-chemical features.     

Presence and oxidation of amino acids in rhizosphere and non-rhizosphere soil

Manometric studies were carried out on the respiratory activity of different rhizosphere and non-rhizosphere soils to follow quantitatively the over-all microbial activity in the rhizosphere soil as affected by the species and growth phase of plant. Oxygen consumption was distinctly greater in rhizosphere soils as compared to that in non-rhizosphere soils. The difference between oxygen consumption by rhizosphere and non-rhizosphere soils changed with the course of plant growth and it was not the same in different plants. This difference in oxygen consumption might be a measure of the amount of available oxidizable substrate in the rhizosphere. A rhizosphere sample had greater diversity as well as higher concentration of free amino acids than a non-rhizosphere sample of the same soil. Bacterial counts pointed to preferential stimulation in the rhizosphere of bacteria requiring individual amino acids. amino acids, such as glycine, alanine, asparsic acid of tyrosine were oxidized more rapidly in rhizosphere than in non-rhizosphere soil, but the extsent of oxidation for each of the amino acids studied did not differ. The amount of oxygen consumed during oxidation of alanine, aspartic acid or tyrosine was about one-half of the total amount necessary for complete oxidation. With glycine a higher extent of oxidation (60%) was observed. These extents of oxidation of glycine and aspartic acid did not change on investigation at two different phases of plant growth.     

西宁南山4种灌木根际和非根际土壤微生物、酶活性和养分特征

西宁南山区植被退化情况严重,人工造林植被恢复被看作是最有效的恢复手段,其中选择合适造林树种尤为关键。选择人工种植的唐古特白刺Nitraria tangutorum、柠条Caragana korshinskii、西北小蘗Berberis vernae和短叶锦鸡儿Caragana brevifolia共4种灌木树种造林试验区为研究对象,通过测定根际和非根际土壤微生物数量、酶活性及养分含量,综合比较种植4种灌木树种根际和非根际土壤肥力差异,科学评价其对土壤的改善效果。研究表明:(1)土壤微生物数量和酶活性总体呈现出根际高于非根际的规律,仅放线菌数量和脲酶活性出现了根际低于非根际现象。(2)土壤养分方面,4种灌木根际土壤和非根际土壤p H值、全N、全P、全K含量差异不显著,有机质、有效P、速效K含量均呈现出根际非根际,而碱解N则是根际非根际。(3)土壤酶活性与土壤微生物数量相关性不显著,土壤有机质含量与土壤细菌、真菌数量呈极显著正相关,有效P含量与土壤细菌、真菌和放线菌数量呈极显著正相关,速效K含量与过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性呈显著正相关,全N、碱解N含量均与脲酶活性呈显著正相关。(4)从土壤肥力综合水平来看,根际非根际,其中根际土壤中西北小蘗柠条短叶锦鸡儿唐古特白刺,研究结果表明西北小蘗和柠条能大幅提高土壤肥力,改良土壤效果较好。     

磷高效转基因大豆对根际微生物群落的影响

旨在了解转拟南芥紫色酸性磷酸酶基因的磷高效转基因大豆AP15-1的种植对土壤微生物生态的影响。于春秋两季在网室种植转基因大豆AP15-1及其受体YC03-3,在大豆幼苗期、盛花期和成熟期,分别采集根际土和非根际土。平板菌落计数的实验结果显示:AP15-1和YC03-3根际土与非根际土中可培养细菌、真菌和放线菌的数量在不同的季节和不同的生长期是会发生一定的变化,但没有明显的规律;两者根际土间及根际与非根际土间,细菌、真菌和放线菌数量没有明显的差异。BIOLOG生态板实验对碳源代谢特征分析结果显示:同季AP15-1和YC03-3根际土中微生物总体代谢活性要强于非根际土,但AP15-1和YC03-3根际土间及根际与非根际土间,微生物碳代谢活性差异均不显著;并且AP15-1与YC03-3根际土微生物对四大类碳源的代谢也没有明显的偏好。对春秋季成熟期的BIOLOG数据进行生态学丰富度与多样性指数计算分析,也未发现AP15-1和YC03-3根际土及非根际土间存在显著性差异。主成份和聚类分析结果显示:相同季节和相同生长期,AP15-1和YC03-3根际间的差异小于根际与非根际间的差异;季节和大豆生长时期对根际微生物群落造成的影响要大于AP15-1与YC03-3个体差异所产生的影响。研究结果表明转酸性磷酸酶基因的磷高效转基因大豆种植对根际土壤可培养微生物的数量和群落结构没有产生显著的影响。     

黄土高原典型植物根际对土壤微生物生物量碳、氮、磷和基础呼吸的影响

选择黄土高原7种典型植物的根际与非根际土壤为研究对象,对土壤的养分含量、微生物生物量碳、氮、磷和基础呼吸的影响进行了初步研究。结果表明,7种不同植物根际土壤与非根际土壤的养分含量、微生物生物量和基础呼吸均存在显著差异;除冷蒿的土壤微生物生物量磷以外,其他各种植物的根际土壤的养分含量、微生物生物量和基础呼吸均比非根际土壤的高;土壤有机碳、全氮与土壤微生物生物量碳、氮及基础呼吸之间均具有极显著或显著相关关系,表明了土壤微生物生物量碳、氮可以作为判断土壤肥力状况的生物学指标,同时也可为提高土壤肥力水平和土壤培肥效果提供依据。     

持续干旱对樱桃根际土壤细菌数量及结构多样性影响

以1年生吉塞拉实生容器苗为试材,采用绿色荧光蛋白基因标记技术,研究了干旱胁迫(连续干旱0、7、14、21、28 d和35 d)对樱桃根际促生细菌YT3的标记菌YT3-gfp数量的影响,同时结合平板计数法和末端限制性片段长度多态性分析(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)技术,研究了干旱对樱桃土壤中的微生物数量及细菌群落结构多样性影响。结果表明:樱桃根际土壤中的YT3-gfp数量是非根际土壤中的8.75—28.77倍,随着持续干旱强度的增加,YT3-gfp的数量先增加后减小。干旱对根际土壤中YT3-gfp数量的影响大于对非根际土壤的影响,分别在持续干旱至第21天和28天时,YT3-gfp的数量达到最大值。随着持续干旱强度的增加,根际土壤中细菌和放线菌数量先增加后减小,而真菌的数量一直减少。此外,持续干旱至第21天或28天时,樱桃根际土壤具有最高的丰富度指数、多样性指数和最低的优势度指数。基于T-RFLP的主成分分析结果显示持续干旱14—35 d时,其细菌群落结构成为一个相对独立的群,群落结构趋于多样性;而持续干旱7 d和42 d构成另外两个相对独立的群,群落结构趋于简单。以上分析可知,干旱对土壤微生物影响显著,一定强度的干旱可提高细菌和放线菌数量,提高细菌群落结构多样性,适当干旱对维持根际土壤细菌群落结构多样性是有益的。     

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。     

高寒草甸根际土壤化学计量特征对草地退化的响应

为深入理解高寒草甸退化过程中根际和非根际土壤中碳(C)、氮(N)和磷(P)的化学计量特征和土壤养分的变化规律,并获得退化草地土壤养分和微生物养分限制的信息,本研究以祁连山东缘4个不同退化程度高寒草甸为对象,通过采集优势植物根际土(0~2 mm)和非根际土(0~10 cm)的土壤样品,分析了土壤C、N、P浓度和比例,土壤中可提取的C、N、P(Ext-C、Ext-N、Ext-P)的浓度和比例,参与C、N、P循环的胞外酶(β-1,4-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶、亮氨酸基肽酶、酸性磷酸酶)的活性和比例,以及土壤微生物生物量碳、氮、磷(MBC、MBN、MBP)的含量及比例.结果表明: 高寒草甸退化过程中优势植物根际养分含量高于非根际养分.随着高寒草甸退化程度的加剧,其土壤的C∶N∶P发生重大改变,表现出C∶N的严重失调,表明草地退化程度越高受到N的限制越严重.不同退化程度的高寒草甸中,经过对数转化的根际C-、N-和P-胞外酶的比例均偏离了在全球生态系统分析中获得的1∶1∶1比例,表明高寒草甸退化主要受到强烈的N限制,P次之.高寒草甸地区土壤全量养分含量较高,土壤中的速效养分较低,成为阻碍牧草生长的限制因子.