糙皮侧耳和鞘脂菌NS7对多环芳烃污染土壤的生物强化与协同作用

[背景] 真菌和细菌被认为在多环芳烃污染土壤生物修复过程中发挥协同作用,目前在真实土壤体系中开展真菌-细菌协同降解研究较少。[目的] 研究真菌和细菌对不同种类多环芳烃降解的差异及对蒽和苯并[a]蒽的生物强化与协同作用。[方法] 选用多环芳烃降解真菌和细菌各一株,在液体纯培养体系下分析它们对不同种类多环芳烃降解的差异,在土壤体系中采用放射性同位素示踪技术研究2种微生物对蒽和苯并[a]蒽的生物强化与协同作用。[结果] 供试细菌鞘脂菌NS7能够很好地降解低环种类多环芳烃,以蒽作为唯一碳源时可以将其完全降解,在复合污染条件下对菲、蒽、荧蒽、芘等降解效果突出（>90%）,对苯并[a]芘降解效果较差（9.76%）。相比而言,供试真菌糙皮侧耳菌对苯并[a]芘具有更好的降解效果（21.18%）,对低环多环芳烃降解效果明显不如降解菌NS7。在自然土壤中,蒽和苯并[a]蒽具有明显不同的矿化效率,分别为18.61%和4.28%,在蒽污染土壤中加入鞘脂菌NS7并未显著提高蒽的矿化率（P>0.05）,相比而言,苯并[a]蒽污染土壤中加入糙皮侧耳显著提高了污染物矿化效率（2.24倍）,表明真菌和细菌在土壤环境中的定殖存活能力可能影响了生物强化效果。采用灭菌土壤排除土著微生物的竞争排斥作用,研究了真菌菌丝对生物强化降解的影响,发现在蒽污染土壤中,真菌菌丝的迁移作用显著提高了细菌鞘脂菌NS7对污染物的矿化率,从1.75%提高到5.91%;而在苯并[a]蒽灭菌污染土壤中,接种糙皮侧耳却没有发现苯并[a]蒽矿化率提高的现象,表明自然土壤中真菌强化降解苯并[a]蒽的作用可能是源于真菌菌丝促进污染物和土著降解菌的接触,而非直接来自真菌本身。[结论] 细菌能够很好地降解低环种类多环芳烃,而真菌对高环种类多环芳烃降解效果较好。真菌可能通过菌丝促进土著微生物在土壤中的迁移,增大多环芳烃和土著降解菌的接触,从而促进了多环芳烃降解。研究加深了对多环芳烃污染土壤生物强化修复的认识,对发展基于真菌-细菌协同作用的生物强化与调控技术提供理论指导。     

土壤健康的生物学表征与调控

如何有效判定土壤健康状态是实现农业绿色发展的基本问题。在现有的土壤健康评价体系中,很少考虑土壤生物在维持土壤健康方面的作用。基于此,本文论述了土壤健康的内涵,从土壤生物健康的角度,总结了土壤健康的生物学表征指标,阐述了土壤微生物、土壤酶活性、土壤微食物网及蚯蚓对土壤健康的指示作用。基于上述生物指标,从作物和土壤管理等方面探讨了不同农田管理措施对土壤健康状况的调控途径,并对土壤生物健康的未来发展趋势进行了展望。本文旨在增强科学家和决策者对维护土壤生物健康的认识,充分发挥土壤生物在生态系统服务中的重要作用。     

内生真菌司氏角担子菌B6对尖孢镰刀菌西瓜专化型菌株的拮抗作用

近年来,尽管西瓜产业不断发展壮大,但轮作土壤种植西瓜易产生枯萎病害导致世界范围内的西瓜严重减产。通过对峙培养实验和抑菌实验探讨了重阳木内生真菌司氏角担子菌(Ceratobasidum stevensii)B6菌株对西瓜枯萎病病原菌尖孢镰刀菌西瓜专化型(Fusarium oxysporum f. sp.Niveum,FON)的拮抗作用,并初步分析了其作用机制。平板拮抗试验的结果表明,内生真菌B6生长过程中不是通过产生抑菌带来抑制FON菌丝,而是利用自身的生长优势将FON完全覆盖。显微观察B6与FON菌丝的接触部位,发现FON菌丝外侧附着B6顶端菌丝形成的胞样结构,表明FON菌丝生长仅受到B6菌丝的抑制。抑菌试验结果显示,B6产生的挥发性物质可以抑制FON的生长和产孢,并使其菌丝分枝明显减少;B6的发酵液对FON的生长和产孢没有抑制作用。因此,推测B6主要通过释放某些挥发性物质产生拮抗作用而抑制FON的生长。     

氨氧化古菌的生态学研究进展

上百年来细菌一直被认为是地球氨氧化过程的主要驱动者,2005年海洋中分离到迄今唯一的非极端环境泉古菌,发现其氧化氨态氮获得能源生长,是氨氧化古菌。氨氧化古菌和细菌对地球氨氧化过程的相对贡献率,是目前全球氮循环研究最重要的微生物生态学问题之一。已有的证据表明古菌在海洋氨氧化过程中发挥了重要作用,细菌则是土壤氨氧化过程的主要驱动者。本文重点探讨了原位自然环境下氨氧化古菌的生态学研究进展。     

花生根分泌物的鉴定及其化感作用

采用改进的根系分泌物循环收集系统收集花生根系分泌物,利用气相色谱/质谱联用仪(GC-MS)鉴定其结构,并研究了花生根系分泌物对花生青枯病原菌的化感作用.结果表明,花生根系分泌物中主要含有丙三醇、苯甲酸、3,5-二甲基苯甲醛、苯乙酮、硬脂酸、棕榈酸和乳酸等7种物质.7种根系分泌物中只有苯乙酮在浓度低于0.1g·L-1时,对花生青枯病原菌生长才有明显的促进作用.同时还发现,苯乙酮浓度超过0.1 gL-1后对花生青枯病原菌有显著的抑制作用.这一结论为利用苯乙酮调控花生青枯病害的发生提供了可靠的依据.     

间作药材与接种内生真菌对连作花生土壤微生物区系及产量的影响

利用盆栽试验研究了药用植物间作及接种内生菌拟茎点霉B3的菌丝对连作花生(Archis hypogaea)红壤微生物区系及花生产量的影响,以探索花生连作障碍的生物防治措施。结果表明,药材间作和接种B3能够显著减少土壤霉菌数量、增加土壤细菌数量和土壤蔗糖酶活性,增加花生超氧化物歧化酶(SOD酶)活性和花生产量。与花生单作相比,茅苍术(Atractylodes lancea)/京大戟(Euphorbia pekinensis)间作花生产量增加9%-22%,接种B3处理花生产量增加24%。茅苍术/京大戟和花生间作处理配合接种B3后,花生产量分别较未接种B3处理增加30%和4%。其中茅苍术花生间作配合接种B3处理的花生产量最高,比对照(P)花生产量高59%,比单独接种B3处理(PB3)的花生产量高28%;京大戟花生间作配合接种B3处理(PEB3)的花生产量比对照增加13%,但不及单独接种B3处理(PB3)。这表明茅苍术间作和接种B3具有协同提高花生产量的作用,而京大戟或许对B3的功能发挥有一定抑制作用。     

连作花生土壤中酚酸类物质的检测及其对花生的化感作用

研究了南方红壤区不同连作年限花生土壤中酚酸物质的种类、含量,及其对花生生长的影响。结果表明:连作花生土壤中对羟基苯甲酸、香草酸和香豆酸随着连作年限的增加而增加,连作10a后3种酚酸总量达11.09mg·kg-1干土,显著高于连作3a和6a的土壤;而土壤中香豆素和苯甲酸含量比较低,且变化没有规律。所有酚酸处理组对花生幼苗的株高和根长表现出抑制作用,对花生幼苗地下部的干鲜重均表现出"低促高抑"的特点。香草酸和香豆酸处理组对花生幼苗地上部的干鲜重表现出"低促高抑"的特点,其他处理组均表现出抑制作用。花生幼苗根系活力随着酚酸处理浓度的增加而降低,花生幼苗的超氧化物歧化酶活力(SOD)、过氧化物酶活力(POD)、丙二醛含量(MDA)则随着酚酸浓度的增加而增加。与只用茄腐镰刀菌孢子悬液浸泡花生种子的对照相比,加入酚酸后,花生种子的病原菌的感染率随着酚酸浓度的增加而增加,发芽率则随着酚酸浓度的增加而下降。以上结果说明,酚酸物质可以抑制花生幼苗的生长和提高花生的发病率,可能是因为酚酸物质破坏花生细胞膜的完整性而使病原菌入侵,影响花生生长,产生连作障碍。     

厌氧微生物降解多环芳烃研究进展

多环芳烃(PAHs)是一类普遍存在于环境介质中的难降解有机污染物,相对于好氧微生物降解PAHs的研究,厌氧微生物降解PAHs的研究则相对较少.本文从厌氧微生物降解PAHs的研究背景,厌氧降解微生物的特点和不同厌氧降解还原反应体系的角度综述了厌氧微生物降解PAHs的概况;结合厌氧微生物降解萘和菲转化途径的介绍,推断了其降解机制的内在原因;同时通过总结影响厌氧微生物降解PAHs的主要因素(包括:PAHs的生物可利用性、外源营养物质的添加、外源电子受体的添加、特定厌氧降解菌的筛选强化和部分环境因素等),指出了制约降解进程的潜在限制因子;并对厌氧微生物降解PAHs研究目前存在的问题和未来的发展方向作了简述与展望.     

水稻根系通气组织与根系泌氧及根际硝化作用的关系

通过根箱土培试验研究了不同产量籼稻品种中旱22(ZH,高产品种)及禾盛10号(HS,低产品种)苗期根系生长、通气组织发育、根系径向泌氧量(radial oxygen loss,ROL)以及根表和根际土壤硝化强度差异。结果表明,除水稻播种40 d时二者根数量和根干重无显著差异外,ZH根直径、根数量和根干重均显著高于HS,二者差异尤其表现在根系生物量差异。两个水稻品种在距根尖20 mm处均可见辐射状通气组织,ZH皮层薄壁细胞已经完全崩溃形成连接中柱和外皮层的纵向气腔,而HS皮层薄壁细胞未发生完全离解,但仍能观察到明显的连接中柱和外皮层的纵向气腔的形成。同时ZH外皮层厚壁细胞体积较小,排列紧密,细胞壁增厚程度大;而HS外皮层厚壁细胞体积相对较大,排列疏松,细胞壁增厚程度相对较小。表明高产品种通气组织发育比低产品种更加完善,表现为ZH根孔隙度(porosity of root,POR)显著高于HS,且高产品种对水稻根系ROL的屏蔽作用较低产品种更强,为根系提供更充足的氧气供应,促进根系生长。除了水稻播种后40 d时ZH和HS单根ROL无显著差异外(P<0.05),ZH单株、单位重量以及单根ROL均显著高于HS(P<0.01)。两个水稻品种硝化强度均表现为根际土壤显著高于根表土壤 (P<0.01),前者大约是后者的3-6倍。两个品种根表土壤硝化强度无显著差异,而ZH根际土壤硝化强度均显著高于HS。相关性分析结果表明水稻根际土壤硝化强度和整株水稻ROL呈极显著正相关关系(r=0.803,P<0.01),和水稻POR也呈现极显著正相关关系(r=0.808,P<0.01),同时和根系直径、数量和干重均呈极显著正相关关系(P<0.01)。而根表土壤硝化强度和以上指标均无相关关系。由于硝化作用是好氧过程,因此高产品种由于根系发达,通气组织发育好,相应ROL也较大,造成根际土壤氧气含量高,从而可能导致根际土壤硝化强度显著高于低产品种。     

施加角担子菌B6对连作西瓜土壤微环境和西瓜生长的影响

在盆栽条件下,研究了施加角担子菌B6的菌丝对连作西瓜的土壤微生物区系以及产量的影响,以探索西瓜连作障碍的生物防治措施。施加B6的活菌丝(C)显著减少土壤中真菌的数量、增加细菌/放线菌的比例,在西瓜成熟期,与对照(A)和施加灭活的B6菌丝(B)相比,土壤中尖孢镰刀菌(FO)的数量分别减少了29.9%和63.3%。相比对照(A),在成熟期,C处理中土壤脲酶、蔗糖酶和多酚氧化酶的活力分别提高了19.0%、159.0%和31.3%;西瓜超氧化物岐化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性分别增加32.7%和4.6%,西瓜根系活力(TTC法)增强46.2%,丙二醛(MDA)含量减少51.4%。与对照(A)和施加灭活B6菌(B)相比,施加B6菌(C)后,西瓜单果重分别增加44.8%和40.9%,总产量分别增加103.8%和64.9%,可溶性糖含量分别增加35.1%和10.0%。施加B6的活菌丝能够通过改善土壤微环境,提高西瓜植株的抵抗力,进而增加产量。