大气CO2浓度升高对稻季土壤中麦秸降解及氮素分趋的影响

利用中国唯一的稻麦轮作FACE(free-air carbon dioxide enrichment,开放式空气CO2浓度增高)试验平台,研究大气CO2浓度升高对稻季土壤中小麦秸秆降解速率及其氮素分趋的影响.试验设置Ambient(目前空气对照)和FACE(Ambient+200 μmol·mol-1)两个CO2浓度以及低氮处理(LN,150 kg·hm-2)和高氮处理(HN,250 kg·hm-2)两个氮肥水平,在稻季之初按标记麦秸/土壤重量比0.3%添加15N标记小麦秸秆,根据水稻生长时期依次采样测定秸秆降解速率,并通过分析土壤全氮、植株全氮及其15N丰度来观察已降解秸秆的氮素分趋情况.结果发现,大气CO2浓度升高对高氮处理土壤中小麦秸秆降解速率没有显著影响,但显著促进了低氮处理土壤中小麦秸秆的降解(p < 0.05),使其提高到与高氮处理土壤相当水平;大气CO2浓度升高显著增加了已降解秸秆中氮素的流失,在高氮处理土壤中尤为严重,而对植物吸收已降解秸秆中的氮素没有显著影响.结果表明,大气CO2浓度升高在土壤氮素相对不足时会加速土壤中小麦秸秆的降解,而在土壤氮素相对充足时又会加大降解秸秆中氮素的流失.     

纳米Fe3O4对生菜生长及土壤细菌群落结构的影响

纳米Fe₃O₄的广泛应用增加了其暴露到农田环境的可能性,因此亟待研究纳米Fe₃O₄对农业生态环境的影响.本研究采用盆栽试验方式,研究不同浓度纳米Fe₃O₄颗粒(1、10、100 mg·kg^-1)对生菜生长及土壤细菌群落的影响,并与相应浓度的普通Fe₃O₄处理进行对比.通过测定植物光合速率常数、植株Fe含量来评价植物生长;采用高通量测序技术研究土壤细菌群落结构及组成.结果表明: 不同浓度纳米Fe₃O₄的影响不同.低浓度纳米Fe₃O₄能提高植物生物量,增强植物叶片光合速率,增加土壤中黄单胞菌目的相对丰度,降低蓝细菌、鞘脂杆菌纲的相对丰度,但对群落多样性指数影响不显著.高浓度纳米Fe₃O₄抑制作物生长,提高植株中Fe积累及土壤电导率,降低细菌群落系统发育多样性,降低黄单胞菌目、鞘脂杆菌纲相对丰度,增加蓝细菌相对丰度.此外,一些土壤功能微生物对纳米Fe₃O₄及普通Fe₃O₄处理的响应也存在差异,说明不同粒径及浓度的Fe₃O₄均会对土壤微生物群落产生影响,并可能影响地上部分植物性状.因此,在评估纳米颗粒的生物学效应时需较多关注土壤微生物.     

磁性纳米颗粒介导分离技术筛选土壤中多氯联苯降解菌及其降解特性

【背景】磁性纳米颗粒介导分离(magnetic nanoparticle-mediated isolation, MMI)技术是近年来发展起来的一种无须底物标记就能从复杂菌群中分离活性功能微生物的方法,目前尚无研究报道该技术应用于难降解污染物3,3′,4,4′-四氯联苯(3,3′,4,4′-tetrachlorobiphenyl, PCB77)。【目的】从土壤中筛选PCB77活性降解菌并研究其污染物降解特性。【方法】利用磁性纳米颗粒(magnetic nanoparticles, MNPs)富集原位活性PCB77降解菌群,通过高通量测序分析细菌群落变化,经平板筛选得到PCB77降解菌,并研究其对多氯联苯和多溴联苯醚的降解特性。【结果】基于MMI技术获取的富集培养液能够高效地转化PCB77,与对照组相比底物降解效率从6%提升至79.3%,同时该富集培养液中细菌物种多样性显著降低,群落组成发生明显变化。从对照组和MMI处理组中分别筛选到PCB77降解菌红球菌CT2和类芽孢杆菌MT2,发现红球菌为对照组中唯一的优势物种,而MMI处理组的优势物种由红球菌和类芽孢杆菌共同组成。菌株MT2对PCB...     

紫色非硫细菌固体石蜡双层平板培养法

紫色非硫细菌是一类不产氧光合细菌,具有重要的生态学意义和应用价值。建立固体石蜡双层平板法,与传统的培养法相比较,发现该方法可以更方便、更快捷地计数和分离紫色非硫细菌。结合分子生物学技术,将该方法应用于水稻土紫色非硫细菌的研究,发现以甲酸为碳源的固体石蜡双层平板法可以很好地对环境中可培养的紫色非硫细菌多样性进行研究。该方法的建立将更有助于紫色非硫细菌的研究。     

盐度对滨海土壤细菌多样性和群落构建过程的影响

滨海盐土是重要的农业土地后备资源。微生物是土壤中物质循环的关键动力,然而盐度对土壤微生物群落特征影响的研究还很缺乏。本研究采集滨海地区的土壤样品,研究非盐、轻盐和高盐3组不同盐度对土壤细菌数量、多样性和群落构建的影响。结果表明: 与非盐和轻盐土壤相比,高盐土壤的脱氢酶活性和细菌数量显著降低,而细菌α多样性没有变化,细菌群落结构发生分异。利用零模型反演群落构建过程,发现盐度是细菌群落构建过程的主控因子,盐度主导的高确定性过程控制了滨海盐土细菌的群落结构。说明在现有的盐度范围内,高盐土壤中同样含有丰富的微生物种质资源,具有盐土改良的生物学基础,然而由于高确定性的群落构建机制,外源物种很难定殖于滨海盐土。因此,在利用微生物技术改良滨海盐土时,应尽可能筛选耐盐的土著菌种,提高定殖效率。     

我国8个典型水稻土中产甲烷古菌群落组成的空间分异特征

【目的】产甲烷古菌主导稻田甲烷生成,是稻田生态系统的模式微生物类群之一,具有重要的生态学意义。然而,水稻土产甲烷古菌群落组成的空间分异却鲜有报告。【方法】本研究沿20.55°N至47.43°N梯度,采集了我国不同纬度上8个典型水稻土,利用PCR-DGGE指纹图谱和系统发育树分析揭示不同地点水稻土中产甲烷古菌群落的组成;结合多个环境因子,利用生物信息学,典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis,CCA)和维恩图(Venn diagram)明确产甲烷古菌的空间分异规律。【结果】研究发现p H值是驱动水稻土中产甲烷古菌群落组成分异的主要因子;此外,沿纬度梯度,8个地区的产甲烷古菌群落组成也呈现出规律性变化。【结论】本研究首次阐明了稻田中产甲烷古菌群落分布情况,并揭示其主要驱动因子。该认知不仅有助于我们更好地了解产甲烷古菌的生物地理学分布,还有助于从微生物学机制上阐明我国温度梯度带上有机质转化空间的差异。     

X射线对我国两种典型土壤中微生物活性及群落结构的影响

【目的】X射线断层扫描技术(X-ray micro-Computed Tomography,micro-CT)能够原位、无损伤的解析土壤物理结构,有望与土壤微生物研究结合,以有助于更好的了解土壤生态系统。由于土壤的高度异质性,X射线扫描和土壤微生物分析应为同一样品,但是关于X射线扫描后的土壤样品是否兼容土壤微生物分析却鲜有报道,即X射线扫描是否影响土壤微生物的活性及群落尚未明确。【方法】本研究采集我国华北地区潮土和亚热带红壤,利用平板计数、微量热技术和高通量测序技术研究了X射线扫描对可培养微生物数量、土壤微生物的代谢热和群落结构的影响。【结果】X射线辐射显著降低了2种土壤中活体细菌的数量,同时微生物的代谢活性也发生改变;在分子水平上,基于细菌16S r RNA基因的高通量数据显示2种土壤的细菌多样性指数发生了变化,而其群落结构均无改变。【结论】X射线断层扫描技术并不兼容土壤微生物功能的研究;但可兼容基于分子生物学的微生物群落结构分析。     

纳米Fe3O4对生菜生长及土壤细菌群落结构的影响

纳米Fe₃O₄的广泛应用增加了其暴露到农田环境的可能性,因此亟待研究纳米Fe₃O₄对农业生态环境的影响.本研究采用盆栽试验方式,研究不同浓度纳米Fe₃O₄颗粒(1、10、100 mg·kg^-1)对生菜生长及土壤细菌群落的影响,并与相应浓度的普通Fe₃O₄处理进行对比.通过测定植物光合速率常数、植株Fe含量来评价植物生长;采用高通量测序技术研究土壤细菌群落结构及组成.结果表明: 不同浓度纳米Fe₃O₄的影响不同.低浓度纳米Fe₃O₄能提高植物生物量,增强植物叶片光合速率,增加土壤中黄单胞菌目的相对丰度,降低蓝细菌、鞘脂杆菌纲的相对丰度,但对群落多样性指数影响不显著.高浓度纳米Fe₃O₄抑制作物生长,提高植株中Fe积累及土壤电导率,降低细菌群落系统发育多样性,降低黄单胞菌目、鞘脂杆菌纲相对丰度,增加蓝细菌相对丰度.此外,一些土壤功能微生物对纳米Fe₃O₄及普通Fe₃O₄处理的响应也存在差异,说明不同粒径及浓度的Fe₃O₄均会对土壤微生物群落产生影响,并可能影响地上部分植物性状.因此,在评估纳米颗粒的生物学效应时需较多关注土壤微生物.     

不同生境中沼泽红假单胞菌基因型多样性分析

沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris,R.palustris)是一种分布广泛的紫色非硫细菌,代谢方式的多样性赋予了它们重要的生态学意义和应用价值。从湖泊、池塘和河流的11个底泥样品中富集培养紫色非硫细菌,利用基于pufM基因的PCR-DGGE技术鉴定为R.palustris,再利用rep-PCR技术进行基因型指纹图谱分析。结果发现相近生境,即湖泊中的菌株基因型相似度较高,80%,而差异越大的生境中菌株基因型指纹图谱差异也越大。这种基因型差异性分析不仅可以帮助研究者更全面地了解不同环境中R.palustris基因型多样性,也为进一步揭示其生态学意义和进化过程提供基础。     

~(13)C-标记秸秆添加对DNA稳定性同位素探针试验结果的影响

【目的】稳定性同位素探针技术(stable isotope probing,SIP)是采用稳定性同位素示踪复杂环境中具有代谢活性微生物的有力工具。然而,在近期利用SIP技术的研究当中,我们发现~(13)C-标记物对试验本身有一定程度影响。例如研究土壤秸秆降解微生物,需将~(13)C-标记作物秸秆添加到土壤,利用微域培养实验和DNA-SIP技术解析主导降解微生物物种。但是~(13)C秸秆的添加以及不同土壤肥力水平是否会影响土壤微生物群落有待商榷。【方法】本研究采集江西鹰潭红壤试验站3种施肥处理(Control、NPK、OM)水稻土壤,分别添加自然丰度(12C)和~(13)C-标记的高丰度水稻秸秆,进行微域培养试验,研究两种秸秆添加下的响应物种以及不同丰度C对生物质气体的累积排放、细菌a-多样性以及群落结构的影响。【结果】研究发现,3种施肥土壤下,2种丰度秸秆处理间C累计排放无差异。但是,寡营养条件(Control)下,~(13)C-标记秸秆处理的细菌a-多样性高,12C秸秆处理群落异质性高,稳定性较差,无差异性物种;与~(12)C秸秆处理相比,富营养条件(NPK和OM)下,~(13)C-标记秸秆处理的细菌a-多样性和群落结构无差异,但存在差异物种,主要集中于变形菌门和稀有物种。【结论】本研究的结果表明~(13)C标记秸秆对微生物群落有一定影响,因此在后续的SIP试验中,高丰度秸秆虽可被用来作为标记底物,但需慎用。