草甸棕壤水稻田磷酸酶活性及对施肥措施的响应

1　引　　言土壤有机磷是一种重要的土壤磷素资源 .我国大部分土壤中有机磷占土壤全磷的 2 0 %～ 50 % ,但在森林和草原植被下的土壤可占到 50 %～ 80 % [9].土壤磷酸酶活性直接影响到有机磷库的利用 ,即磷酸酶活性是衡量土壤肥力 ,尤其是土壤有效磷水平的一个重要参考指标[15 ].土壤磷酸酶(Phosphatases)是催化含磷有机酯和酐水解的一类酶的总称 ,其活性高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性 .其中 ,磷酸单酯酶 (酸性、中性、碱性磷酸酶 )活性一直是土壤磷酸酶研究的重点[18].由于土壤中有机磷化合物的复杂性 ,除了磷酸单…     

古菌细胞膜脂在古菌群落组成及其对环境响应研究中的应用

古菌作为区别于细菌和真核生物的第3种生命形式广泛分布于各种生境,与碳、氮等元素的生物地球化学循环密切相关,在整个生态系统中具有重要作用.古菌细胞膜脂作为古菌重要的生物标志物,在其群落组成和对环境变化响应的研究中具有重要指示作用.本文介绍了古菌细胞膜脂的结构特征及不同古菌类群间细胞膜脂结构差异,用以表征古菌群落的组成特征.环境中细胞膜脂丰度可反映古菌生物量,并可与基于DNA的分子生物学手段在结果准确性、分析效率和经济成本方面互补和互证.在重点介绍应用古菌细胞膜脂分析古菌群落组成和丰度的难点和重要性的基础上,结合影响古菌群落变化的环境因子如温度和pH,进一步阐述古菌与所处生境的关系,分析古菌群落演化过程及其在地球化学和地质历史事件研究方面的应用前景.     

定量稳定性同位素探针技术及其在微生物生态学研究中的应用

定量稳定性同位素探针技术(qSIP)是将生态系统中微生物分类性状与代谢功能联系起来的有效工具,能够定量测定特定环境中单个微生物类群暴露于同位素示踪剂后微生物代谢活动或生长速率。qSIP技术采用定量PCR与高通量测序技术并结合稳定同位素探针技术(SIP),通过向环境样品添加标记底物进行培养,提取微生物生物标记物,利用超高速等密度梯度离心将被同位素标记的重链核酸与未被标记的轻链核酸进行分离,并对所有组分微生物类群进行绝对定量和测序分析,基于GC含量和未标记处理DNA密度曲线量化参与吸收转化的DNA同位素丰度。本文重点阐述qSIP的技术原理、数据分析流程及其在微生物生态学研究中的应用进展,并对该技术存在的问题进行了分析和展望。     

土壤中温泉古菌研究进展

古菌一直被冠以嗜极端环境的特征,直到最近十几年,由于分子生物学技术的发展,越来越多的证据表明,在许多非极端环境,包括海洋、湖泊和土壤中,分布着一类特殊的古菌-非嗜热泉古菌(non-thermophilic Crenarchaeota).该类古菌不仅分布广泛,而且数量巨大.通过16S rRNA基因序列分析发现,中温泉古菌可能参与到全球碳、氮等生物地球化学循环,预示着其在整个生态系统中起着重要的作用.从古菌分类着手,阐述了中温泉古菌在土壤中的分布和数量特征、影响因素,进而对其在氮和碳循环过程中的潜在作用进行了简要介绍,并提出了今后的研究重点.     

珠穆朗玛峰不同海拔梯度上土壤细菌和真菌群落变化特征

高寒生态系统是全球变化的敏感区域,揭示高海拔地区尤其是雪线以上土壤微生物群落的演变规律,对于理解全球气候变化对高寒生态系统的影响及其响应机制具有重要意义。以采自青藏高原珠穆朗玛峰北坡低海拔地区和永久雪线以上(海拔4000—6550m)的12份土壤和砂砾样品为研究对象,运用活菌计数法(CFU)和实时定量PCR(real-time PCR)技术对土壤样品的细菌和真菌进行了定量分析,并结合磷脂脂肪酸(PLFA)分析法、变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)和克隆测序方法研究了细菌和真菌群落随海拔梯度变化的演变特征,结果表明:土壤细菌和真菌丰度随海拔增加而降低,与海拔高度呈显著负相关;磷脂脂肪酸分析结果表明不论是细菌、真菌还是总的微生物PLFA含量均随海拔高度增加而下降,革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌的多样性也随海拔增加而降低,且代表革兰氏阳性细菌的PLFA组份在雪线(5350m)以上检测不到,而代表革兰氏阴性细菌和真菌的组份在所有海拔梯度上都有分布,表明革兰氏阳性细菌比阴性细菌和真菌对海拔及海拔相关因子变化更为敏感。DGGE图谱的UPGMA聚类分析的结果也发现在不同海拔高度样品中细菌群落组成发生明显变化,但真菌群落变化不明显。测序分析结果显示变形菌纲(Proteobacteria)是珠峰不同海拔高度土壤/砂砾样品中的优势菌群,芽单胞菌(Gemmatimonadetes)是高海拔样品中的优势菌群,而放线菌(Actinobacteria)主要分布在低海拔样品中;真菌以子囊菌门(Ascomycota)为主,而丝足虫类(Cercozoa)原生生物是高海拔冰雪覆盖样品所特有的真核生物。     

双氰胺在农业生态系统中的应用效果及其影响因素

农业生态系统中较低的氮肥利用率造成了一定的经济损失和环境污染.双氰胺(DCD)是一种高效并且专性抑制土壤硝化活性的化合物,可以通过抑制土壤氨氧化微生物的丰度和活性来显著减少土壤中硝态氮的淋失及温室气体N2O的排放,而对其他土壤微生物没有显著影响.影响DCD应用效果的主要因素包括土壤温度、pH值、质地、有机质含量及水分含量等.近些年随着分子生物学技术在农业生态系统中的应用,微生物介导的DCD硝化抑制机理取得了一系列重要研究成果.本文主要对DCD的酶学作用机理、应用效果及其影响因素等方面进行综述,并对今后的研究方向作一展望.     

不同土地利用方式土壤氨氧化微生物和反硝化微生物时空分布特征

研究不同土地利用方式下氮循环相关微生物在不同土壤剖面的分布,可为认识和理解土壤氮转化过程提供科学依据。土壤氨氧化微生物和反硝化微生物在调节氮肥利用率、硝态氮淋溶和氧化亚氮(N₂O)排放等方面有着重要作用。以北京郊区农田和林地两种土地利用方式为研究对象,分析土壤氨氧化潜势和亚硝酸盐氧化潜势在0—100 cm土壤剖面上的季节分布(春季和秋季),并通过实时荧光定量PCR方法表征土壤氨氧化和反硝化微生物的时空分布特征。结果表明,农田土壤氨氧化潜势、亚硝酸盐氧化潜势、氨氧化微生物和反硝化微生物丰度均显著高于林地土壤,且随土壤深度增加而显著降低。除氨氧化古菌amoA基因丰度在不同季节间无显著差异外,春季土壤氨氧化细菌(amoA基因)、反硝化微生物nirS、nirK和典型nosZ I基因的丰度均显著高于秋季。土壤有机质、总氮、NH~+₄-N、NO~-₃-N含量与氨氧化微生物和反硝化微生物的功能基因丰度显著相关。综上,不同土地利用方式下土壤氮循环相关微生物的丰度与土壤氮素的可利用性和转化过程紧密相关,研究结果对土壤氮素利用和养分管理提供...     

微生物介导的碳氮循环过程对全球气候变化的响应

土壤是地球表层最为重要的碳库也是温室气体的源或汇。自工业革命以来,对土壤温室气体的容量、收支平衡和通量等已有较多研究和估算,但对关键过程及其源/汇的研究却十分有限。微生物是土壤碳氮转化的主要驱动者, 在生态系统碳氮循环过程中扮演重要的角色,对全球气候变化有着响应的响应、适应及反馈,然而其个体数量,群落结构和多样性如何与气候扰动相互关联、进而怎样影响生态系统过程的问题仍有待进一步探索。从微生物介导的碳氮循环过程入手,重点讨论微生物对气候变化包括温室气体(CO₂,CH₄,N₂O)增加、全球变暖、大气氮沉降等的响应和反馈,并由此提出削减温室气体排放的可能途径和今后发展的方向。     

全球变化野外控制试验及其在土壤微生物生态学研究中的应用

全球变化是近几十年世界广泛关注的热点之一.土地利用变化和化石能源消耗已引起如温室气体增多、气温升高、降水格局改变等多种形式的变化.这些变化对整个生态系统过程,特别是陆地生态系统碳氮循环过程有着深远影响.自20世纪70年代以来,世界各地已开展大量野外控制试验用以模拟单因子和多因子气候变化的影响,这些研究对解释生态系统响应和适应全球变化的内在机制提供了重要的基础.本文梳理了全球变化控制试验的发展历程,介绍了不同因子模拟控制试验的研究概况及不足之处,重点阐述CO₂倍增、增温、降水和模拟氮沉降等全球变化控制试验在土壤微生物生态学研究中的应用,探析土壤微生物及其介导的生态学过程对全球变化的响应和反馈,并对未来野外控制试验需关注的问题和研究方向进行了展望,为认识气候变化对地下生态系统的影响提供参考.     

厌氧铵氧化过程中关键酶及相关分子标记在生态学研究中的应用进展

厌氧铵氧化是由微生物介导的氮素循环过程中的重要途径之一。近20年来,通过对厌氧铵氧化细菌生态学、基因组学和生理代谢特性的探索,人们对其微生物学机制已经有了较多的认识:厌氧铵氧化细菌通过亚硝酸盐还原酶将亚硝酸根离子还原为一氧化氮,进而与铵离子结合在联氨合成酶的作用下生成联氨,最后通过联氨氧化酶的催化产生终产物氮气。同时,对参与这些过程的关键酶及其功能基因的认识有助于选择新的分子标记,从而为研究厌氧铵氧化细菌的多样性和分子生态学特征提供新的工具,以弥补16S rRNA基因特异性相对较低且难以与生态功能关联等方面的不足。对目前已知的参与厌氧铵氧化过程的3种关键酶的研究历程和现状进行了评述,并总结了利用3种功能基因进行厌氧铵氧化细菌生态学研究的最新进展。