脂肪酸生物标记法研究零排放猪舍基质垫层微生物群落多样性

用微生物群落脂肪酸生物标记总量,分析零排放猪舍基质垫层微生物群落的数量变化,日本洛东微生物菌种处理组和零排放I号菌种处理组各层微生物脂肪酸生物标记含量变化趋势相近。基质垫层微生物群落脂肪酸生物标记检测出37个生物标记,构成微生物群落的指纹图谱,含量最高的前4个生物标记为：细菌16：00含量为431260,细菌18：1ω9c含量为413075,厌氧细菌18：1ω7c含量为101368,耗氧细菌i15：0含量为90328.不同的生物标记多样性指数在基质垫层不同层次分布不同,可作为衡量特定微生物生物标记功能的一个指标。通过基质垫层微生物脂肪酸生物标记特征指数B的分析,提出了微生物群落分布的特征指标,生物标记特征指数B越高,表明微生物群落中的细菌和真菌含量越高,有利于基质垫层分解粪便排泄物,可作为基质垫层微生物群落变化优劣的特征性指标;通过基质垫层耗氧细菌和厌氧细菌脂肪酸生物标记含量比值,构建发酵指数F,作为基质垫层发酵特性的指标,发酵指数F越高,表明耗氧细菌起的作用越大,反之,耗氧细菌起的作用越小,生物标记的发酵指数可以作为研究粪便排泄物的微生物分解过程的指数。     

Altered microbial community structure and organic matter composition under elevated CO2 and N fertilization in the duke forest

The dynamics and fate of terrestrial organic matter (OM) under elevated atmospheric CO₂ and nitrogen (N) fertilization are important aspects of long‐term carbon sequestration. Despite numerous studies, questions still remain as to whether the chemical composition of OM may alter with these environmental changes. In this study, we employed molecular‐level methods to investigate the composition and degradation of various OM components in the forest floor (O horizon) and mineral soil (0–15 cm) from the Duke forest free air CO₂ enrichment (FACE) experiment. We measured microbial responses to elevated CO₂ and N fertilization in the mineral soil using phospholipid fatty acid (PLFA) profiles. Increased fresh carbon inputs into the forest floor under elevated CO₂ were observed at the molecular‐level by two degradation parameters of plant‐derived steroids and cutin‐derived compounds. The ratios of fungal to bacterial PLFAs and Gram‐negative to Gram‐positive bacterial PLFAs decreased in the mineral soil with N fertilization, indicating an altered soil microbial community composition. Moreover, the acid to aldehyde ratios of lignin‐derived phenols increased with N fertilization, suggesting enhanced lignin degradation in the mineral soil. ¹H nuclear magnetic resonance (NMR) spectra of soil humic substances revealed an enrichment of leaf‐derived alkyl structures with both elevated CO₂ and N fertilization. We suggest that microbial decomposition of SOM constituents such as lignin and hydrolysable lipids was promoted under both elevated CO₂ and N fertilization, which led to the enrichment of plant‐derived recalcitrant structures (such as alkyl carbon) in the soil.     

冻融循环对金川泥炭沼泽土壤微生物量及群落结构的影响

冻融作用显著改变土壤微生物活性及碳氮循环过程。以长白山金川泥炭沼泽0-15 cm和15-30 cm土壤为研究对象，进行室内冻融交替模拟实验。实验设置两个冻融幅度（-10-10℃和-5-5℃）。经过0/1/3/5/7/15次冻融循环后，分别采用氯仿熏蒸法和磷脂脂肪酸法测定泥炭沼泽土壤微生物量及磷脂脂肪酸含量，并与未进行冻融处理的FTC （0）对比。实验结果表明：冻融作用对土壤微生物量碳、氮及微生物磷脂脂肪酸含量有显著影响（P<0.001）。15次冻融交替作用后，土壤微生物碳（MBC）含量均显著增加，土壤微生物量氮（MBN）含量显著降低。两种冻融模式下，各类型微生物磷脂脂肪酸含量均显著降低。冻融作用显著改变了泥炭沼泽土壤微生物群落结构。冻融作用降低了土壤真菌/细菌比值（-5-5℃，0-15 cm土壤除外），增加了革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌比值。-5-5℃冻融作用下，各土壤微生物磷脂脂肪酸含量变幅大于-10-10℃，土壤MBC的变化则与其相反，在-10-10℃变化幅度更大。两种冻融幅度下MBC与大部分微生物群落在15-30 cm土壤的变幅更大，这说明冻融作用对不同深度土壤微生物量和微生物群落结构的影响存在差异。冻融次数对土壤微生物量和各类型磷脂脂肪酸含量有显著影响（P<0.01）。相关性分析结果表明多种微生物磷脂脂肪酸含量与MBN含量呈正相关关系（P<0.01），与DOC含量呈负相关关系（P<0.05）。综上，冻结作用促进了微生物的死亡，为融化期微生物生存提供更多碳源与营养物质，改变了土壤微生物群落结构。冻融期间各类型微生物磷脂脂肪酸含量降低，可能会降低泥炭沼泽土壤碳汇能力。     

中亚热带地区米槠天然林土壤微生物群落结构的多样性

为了解土壤微生物群落的结构,采用磷脂脂肪酸方法对武夷山和建瓯的米槠(Castanopsis carlesii)天然林土壤微生物群落的结构多样性进行了研究。结果表明,两地米槠天然林的土壤微生物群落组成十分丰富,多样性指数、丰富度指数和均匀度指数分别为2.92~3.01、25.84~28.23 和0.88~0.90。0~10 cm土层的磷脂脂肪酸总量、细菌特征脂肪酸、真菌特征脂肪酸、放线菌特征脂肪酸、革兰氏阳性菌和阴性菌特征脂肪酸含量均高于10~20 cm土层的,且建瓯万木林自然保护区的高于武夷山国家级自然保护区。10~20 cm土层的革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌高于0~10 cm土层的;细菌特征脂肪酸含量显著高于真菌,表明细菌在土壤微生物群落结构中处于优势地位。主成分分析表明,土壤微生物群落结构的差异主要是由采样地点的不同引起。     

磷脂脂肪酸技术及其在土壤微生物研究中的应用

以复杂群落形式存在的土壤微生物是C等养分的生物地球化学循环的主要参与者,而存在于活体微生物细胞膜的磷脂脂肪酸(PLFAs)分布广泛、含量相对恒定、周转迅速、对环境因素的变化敏感、分析方法较简单,因此该技术已广泛应用于土壤微生物学研究。阐述了PLFAs概念、命名、种类、意义、提取方法及操作过程中应注意的问题,介绍了MIDI、GC-MS和HPLC-ESI-MS等鉴定手段。概述PLFAs技术应用途径和目的,及其在土壤微生物量、结构、代谢状态、不同农业措施对土壤微生物影响以及土壤生物修复等研究领域的应用。同时,讨论了PLFAs技术的不足。例如,对原位土壤微生物群落特定菌种指征有时不够明确;估算真菌生物量时不够准确;不能用于分析古菌;不同提取法结果区别较大且易受土壤腐殖酸等有机质干扰;供试土样必须-80℃或冻干保存。因此,利用PLFAs技术研究土壤微生物时,应辅以其他生物标识物及相应分析手段,才能更准确地反映土壤微生物群落组成、代谢途径与机理。     

油田区多环芳烃污染盐碱土壤活性微生物群落结构解析

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是土壤中广泛存在的、美国环保总署(USEPA)优先控制的一类有毒(致癌、致突变)的持久性污染物,主要来源于人类活动。土壤微生物多样性是表征土壤质量变化的敏感指标之一。磷脂脂肪酸(PLFAs)分析方法是基于活性微生物细胞膜的PLFAs组分的生化检测技术,克服了传统培养方法只能分离出少量微生物(1%)的缺点。采用PLFAs方法,解析了土壤活性微生物对PAHs污染胁迫的反应。结果表明,土壤微生物分布情况可分为4种类型:Ⅰ型,微生物PLFAs种类最多,占该区土壤微生物PLFAs种类总数的57.7%,PAHs对变量的解释量最小;Ⅱ型,微生物PLFAs占PLFAs总数的30.8%,PAHs对变量的解释量较小;Ⅲ型,微生物PLFAs种类占总数的7.68%,PAHs对变量的解释量较大;Ⅳ型,微生物PLFAs的种类仅占总数的3.85%,PAHs对变量的解释量最大。相关性分析表明:土壤微生物PLFAs的种类、生物量和生态多样性指数与土壤中萘(Nap)、芴(Flu)、蒽(Ant)、苯并[K]荧蒽(Bkf)、苯并[a]芘(Bap)、茚并[1,2,3-cd]芘(Ind)的相对含量呈负相关关系;与苊(Ace)、菲(Phe)、荧蒽(Fla)、芘(Pyr)、苯并[a]蒽(Baa)的相对含量呈正相关关系;与PAHs的种类和浓度呈负相关关系。结果将为开展PAHs污染土壤的生态风险评价和微生物生物修复技术研究提供理论依据。     

Effects of plant interspecific interaction and warming on soil microbial community in root zone soil of two dominant tree species in the subalpine coniferous forest in southwestern China

温度与植物种类是生态系统土壤微生物群落组成与结构的重要影响因子。气候变暖背景下, 不同树种及树种互作对土壤微生物群落产生的影响仍不清楚。该文以西南亚高山针叶林主要建群种粗枝云杉(Picea asperata)和岷江冷杉(Abies faxoniana)为研究对象, 采用红外加热器模拟增温, 通过不同种植方式(云杉、冷杉单种和二者混种, 以及裸地对照), 研究不同物种及增温对土壤微生物磷脂脂肪酸(PLFAs)含量与群落结构的影响。结果表明: (1)无论增温与否, 与裸地相比, 云杉与冷杉单种均显著增加了土壤微生物群落主要类群及总PLFAs含量, 而混种仅在非增温条件下增加了微生物群落PLFAs含量; 另一方面, 增温显著促进了裸地真菌(F)和云杉根区革兰氏阴性菌(GN)的生长, 但对冷杉与冷杉-云杉混种小区微生物群落具有显著的抑制作用。(2)主成分分析(PCA)表明, 非增温条件下, 植物种植对土壤微生物群落组成的影响更为明显。非增温情况下云杉、冷杉单种和混种均对微生物群落结构有显著影响, 显著降低了土壤革兰氏阳性菌/阴性菌(GP/GN), 增加了土壤真菌细菌比(F/B)(64.29%-35.71%), 而增温时, 仅冷杉单种对GP/GN和F/B有显著影响。(3) PLFAs含量与土壤碳含量显著正相关, 微生物群落结构(F/B)则与土壤pH及无机氮含量有显著相关关系。以上结果说明, 在非增温情况下, 无论单种还是混种均有利于土壤微生物生长, 但在增温情况下混种对微生物群落PLFAs含量无显著影响, 两个物种对微生物群落结构的影响在增温条件下也有减弱的趋势。     

南亚热带3种人工林土壤微生物生物量和微生物群落结构特征

以我国南亚热带格木、红椎和马尾松人工林为对象,采用氯仿熏蒸浸提法和磷脂脂肪酸法(PLFA)分析了林地土壤微生物生物量和微生物群落结构组成.结果表明: 林分和季节因素均显著影响土壤微生物生物量、总PLFAs量、细菌PLFAs量和真菌PLFAs量,且干季林分下的土壤微生物生物量、总PLFAs量、单个PLFA量均大于雨季.红椎人工林土壤微生物生物量碳(MBC)和总PLFAs量最高,而格木人工林土壤微生物生物量氮(MBN)最高.土壤pH值对土壤丛枝菌根真菌(16:1ω5c)的影响达到极显著正相关水平.土壤总PLFAs量、革兰氏阳性菌(G⁺)以及腐生真菌(18:2ω6,9c)、革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G⁺/G^-)与土壤有机碳、全氮和全磷显著相关,表明土壤有机碳、全氮、全磷含量是影响该地区土壤微生物数量和种类的重要因素.外生菌根真菌(18:1ω9c)和丛枝菌根真菌与土壤碳氮比值呈极显著相关.     

无致病力青枯雷尔氏菌对烟草根系土壤微生物脂肪酸生态学特性的影响

为了探讨无致病力青枯雷尔氏菌对烟草根系土壤微生物群落结构的影响,测定了接种无致病力青枯雷尔氏菌RS-1403和清水对照的烟草根系土壤的磷脂脂肪酸(Phospholipid Fatty Acids,PLFAs),比较分析两种处理下的烟草根系土壤微生物PLFAs组成、含量、微生物群落结构及多样性的差异,以期从微生物群落水平解析RS-1403菌株胁迫对烟草青枯病的免疫抗病机制。结果表明,与对照相比,RS-1403菌株胁迫下烟草根系土壤微生物PLFAs的组成及含量发生了变化,分为5种变化类型,分别为下降型、无变化型、增加50%以下类型、增加50%—100%类型,增加100%以上类型,其中指示放线菌的10Me16∶0含量降低,为下降型,增加100%以上类型的PLFAs均指示革兰氏阴性菌。进一步分析表明,接种RS-1403菌株能改变烟草根系土壤微生物群落结构,促进细菌和真菌的生长,抑制放线菌的生长。接种RS-1403菌株能提高烟草根系土壤的群落优势度Simpson指数、群落丰富度Shannon指数和均匀度Pielou指数,增加土壤的微生物群落多样性。对RS-1403菌株胁迫下烟草根系土壤微生物亚群落分化的比较分析,显示RS-1403菌株处理组与对照组亚群落分化不同,当兰氏距离为2.56时,可将处理组和对照组均分为4个亚群落,但它们的各亚群落组成及特征不同。聚类分析表明,基本上可将取样期内的RS-1403菌株胁迫处理和清水对照的烟草根系土壤分别聚在两个不同的类群中,说明RS-1403菌株能明显改变烟草根系土壤微生物群落结构。     

Asynchronous responses of soil microbial community and understory plant community to simulated nitrogen deposition in a subtropical forest

Atmospheric nitrogen (N) deposition greatly affects ecosystem processes and properties. However, few studies have simultaneously examined the responses of both the above- and belowground communities to N deposition. Here, we investigated the effects of 8 years of simulated N deposition on soil microbial communities and plant diversity in a subtropical forest. The quantities of experimental N added (g of N m⁻² year⁻¹) and treatment codes were 0 (N0, control), 6 (N1), 12 (N2), and 24 (N3). Phospholipid fatty acids (PLFAs) analysis was used to characterize the soil microbial community while plant diversity and coverage were determined in the permanent field plots. Microbial abundance was reduced by the N3 treatment, and plant species richness and coverage were reduced by both N2 and N3 treatments. Declines in plant species richness were associated with decreased abundance of arbuscular mycorrhizal fungi, increased bacterial stress index, and reduced soil pH. The plasticity of soil microbial community would be more related to the different responses among treatments when compared with plant community. These results indicate that long-term N deposition has greater effects on the understory plant community than on the soil microbial community and different conservation strategies should be considered.