腾格里沙漠东南缘藓结皮微生物组基因多样性及功能

本研究对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区藓结皮土壤样品进行了宏基因组测序, 以揭示该地区藓结皮土壤中参与固碳、固氮等生态功能的微生物基因及其代谢通路。结果表明, 藓结皮土壤中细菌域微生物最多, 其次为古生菌域和真核生物域。在细菌域中, 放线菌门(Actinobacteria)数量最多, 其次是变形菌门(Proteobacteria)和蓝细菌门(Cyanobacteria)。基于eggNOG和KEGG数据库对构建的非冗余基因集进行功能预测, 藓结皮土壤中微生物基因多样性和代谢路径多样性高。藓结皮土壤中与固氮相关的代谢通路丰度低可能是藓结皮固氮量微弱的根本原因, 造成利用大气中氮气合成氨的生态功能减弱。而藓结皮已经形成的氮库主要通过硝酸盐还原途径将硝酸盐还原成铵盐, 可能用于藓结皮微生物组自身的氨基酸合成, 也可能为藓类植物的生长提供有效氮源。     

腾格里沙漠东南缘不同生物土壤结皮细菌多样性及其季节动态特征

微生物多样性对于生物土壤结皮在沙漠生态系统中改善局部环境以及提升生态功能具有重要作用。本研究对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区藻结皮、藓结皮及其下层的四季样品进行了16S rDNA高通量测序, 以期阐明细菌多样性及其在生物土壤结皮演替过程中的季节变化规律。结果表明4种类型样品的细菌丰富度在夏季显著低于其他3个季节。4种类型样品中主要的细菌类群为变形菌门、放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、蓝细菌门等, 其中变形菌门和放线菌门为优势类群, 夏季时变形菌门的相对多度显著高于春季、秋季、冬季, 且在结皮层中相对多度显著高于结皮下层。放线菌门的相对多度在春季、夏季显著高于秋季、冬季, 且结皮下层相对多度高于结皮层。生物土壤结皮演替过程中细菌多样性及其相对多度季节动态变化表明其对沙漠土壤局部环境的变化作出了响应, 这为深入理解生物土壤结皮在沙漠生态系统中的生态功能提供了微生物多样性数据。     

铜尾矿废弃地生物土壤结皮固氮微生物多样性

生物土壤结皮能够有效提高矿业废弃地有机质和氮的积累,促进植被的恢复.本研究基于固氮微生物的nifH基因多样性,以铜陵铜尾矿废弃地3种类型的生物土壤结皮(藻结皮、藓结皮和藻-藓混合结皮)为对象,利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术研究生物土壤结皮中固氮微生物的多样性以及废弃地植物群落发育对其产生的影响.结果表明： 尾矿库裸地表面的藻结皮的固氮微生物多样性最高,其次为维管植物群落下的藻-藓混合结皮,苔藓结皮的固氮蓝藻多样性最低;随着维管植物群落高度和盖度的增加,固氮微生物多样性降低,铜尾矿废弃地的pH、水分、有机质、养分含量(氮和磷)以及有效态和总重金属浓度对固氮微生物多样性的影响均不显著.测序和系统发育分析表明,废弃地结皮中固氮微生物以蓝藻为主,主要为不具有异形胞的丝状蓝藻.
     

不同生物土壤结皮微生物组跨膜转运蛋白基因多样性及差异

【背景】跨膜转运蛋白在微生物转运各种物质的过程中具有重要作用。【目的】通过比较原核微生物组磷酸转移酶(phosphotransferasesystem,PTS)系统和腺苷三磷酸结合盒(ATP-binding cassette,ABC)转运蛋白编码基因在两种不同生物土壤结皮中(藻结皮与藓结皮)的差异,以期揭示随着生物土壤结皮的发育演替,微生物组跨膜转运物质的生物学过程中的潜在变化趋势。【方法】对腾格里沙漠东南缘的藻结皮和藓结皮12个样品进行宏基因组测序,参照KEGG数据库PTS系统,与ABC转运蛋白代谢通路进行比较并筛选相关基因,分析其差异显著性。【结果】藻结皮和藓结皮PTS系统和ABC转运蛋白编码基因的多样性一致。在生物土壤结皮中共检测到16种PTS系统的转运蛋白的编码基因,具有显著性差异的有5种;检测到106种ABC转运蛋白的编码基因,具有显著性差异的有46种,并对这46种转运蛋白结合的底物以及变化趋势进行了详细的描述。【结论】生物土壤结皮发育演替过程中,微生物组从环境中摄取能够增加渗透势物质的潜力总体呈现降低趋势,转运氨基酸、细胞膜和细胞壁组分的潜力总体呈现增加趋势,对于矿物离子、...     

温带荒漠生物土壤结皮微生物群落结构与功能演替研究综述

生物土壤结皮(biological soil crusts,BSC)在荒漠植被的恢复及稳定性维持方面发挥了重要作用,被誉为“荒漠生态系统工程师”。BSC微生物群落是其发挥功能的主要成分,参与了BSC的形成、土壤性状的改善、土壤团聚体的稳定及植被的发育等过程。由于技术方法的限制,以往对BSC微生物群落发育如何调控荒漠植被稳定性的机理尚不清楚。近年来,随着土壤微生物组学技术的快速发展,BSC微生物群落组成及其功能的研究取得了较大进展,关于BSC微生物群落对荒漠生态系统贡献的认识日渐清晰。本文总结了温带荒漠BSC演替过程中微生物不同类群细菌、真菌、古菌群落的组成结构及参与碳氮循环的潜在功能变化,并对影响微生物群落结构和功能的土壤因素进行了剖析,阐释了BSC微生物群落与土壤功能性状相互作用及协同演替的模式,厘清了BSC促进荒漠土壤改善的机理,为温带荒漠植被恢复及荒漠生态系统对全球贡献的理解提供了依据。     

16S rRNA基因高通量测序方法检测奶牛场常用干草表面微生物群落结构及多样性

【目的】随着中国奶牛业的发展,干草需求量与日俱增。作为天然牧草,干草可以成为家畜传播病原体的载体。以干草表面附着物为研究对象,了解干草中细菌群落结构以及致病菌属特征。【方法】对来自6个不同奶牛场饲草舍的干草样本,应用Illumina Mi Seq高通量测序技术测定干草表面附着物细菌的16S r RNA基因V3-V4变异区序列,分析不同干草样本细菌群落组成。【结果】干草样本中的细菌在97%的相似水平下共得到OTU个数为15 416,涵盖了29门87纲144目219科323属的细菌。微生物多样性分析表明,干草样本具有很高的细菌多样性,不同样本多样性存在差异。对干草样本菌群中丰度较高的14种病原菌属进行分析,发现相较于人工种植牧草制备的干草,天然牧草制备的干草中病原菌属丰度较高。【结论】研究解析了干草样本中微生物的多样性、丰度及主要病原菌属的特征,对奶牛场疾病防控有一定指导意义。     

腾格里沙漠东南缘生物土壤结皮的固氮潜力

以腾格里沙漠东南缘广泛分布的3类典型生物土壤结皮(藻类结皮、地衣结皮和藓类结皮)为研究对象,在野外环境下连续一年(2010年6月至2011年5月)测定了不同类型结皮的固氮潜力、季节变化,及其对环境因子的响应特征.结果表明：整个试验期间,藻类、地衣和藓类结皮的固氮活性分别为14～133、20～101和4～28 mol·m^-2·h^-1,差异显著,这种差异主要是由结皮种类组成的差异所致.3类结皮固氮活性对环境因子的响应特征基本一致.3类结皮固氮活性与降水量关系不显著,但与试验前3天小于3 mm的降水量均呈显著的正相关关系,说明该地区3类结皮在3 mm降水条件下即可达到最大固氮速率.3类结皮固氮活性与试验期温度均呈显著的二次函数关系,随气温升高均呈先上升后下降的趋势,藻类和地衣结皮的固氮活性在超过30 ℃后即迅速下降,而藓类结皮的固氮活性在超过25 ℃后即开始下降,说明不同类型结皮具有不同的固氮适宜温度区间.3类结皮固氮活性的季节变化均表现为秋季>春季>夏季>冬季,夏季高温和冬季低温抑制了结皮固氮酶活性,而春末秋初适宜的水热条件促进了其固氮活性的提高,结皮固氮活性的季节变化主要受水热因子的共同调控.温带荒漠区生物土壤结皮在湿润条件下全年均具有固氮能力,环境因子对其氮固定的控制作用层次分明,水分是影响其固氮速率和持续时间的关键因子,在水分和碳源充足的条件下,温度则是制约其固氮能力的主要因子.     

腾格里沙漠东南缘不同类型生物土壤结皮对土壤有机碳矿化的影响

生物土壤结皮(BSCs)是荒漠生态系统的重要组成部分,是该区土壤碳循环及碳平衡的关键影响因素。研究了腾格里沙漠东南缘不同类型生物土壤结皮覆盖下土壤碳矿化过程及其对温度(10℃、25℃和35℃)和水分(土壤含水量10%和25%)变化响应特征,分析了土壤碳矿化过程与土壤理化性质的关系。结果表明:(1)结皮的形成和发育显著影响土壤有机碳矿化过程,藻类、地衣和藓类结皮覆盖的土壤碳矿化速率和CO₂-C累积释放量均显著高于去除结皮的土壤,不同类型BSCs覆盖土壤和去除结皮土壤之间均表现为藓类结皮土壤>地衣结皮土壤>藻类结皮。(2)含结皮层土壤的平均和最大矿化速率均随温度升高和水分增加而逐渐增大,有结皮覆盖的土壤和去除结皮的土壤对温度和水分变化的响应规律相同。(3)有结皮土壤和去除结皮土壤碳矿化速率的温度敏感性(Q₁₀)与结皮类型密切相关,均表现为藓类结皮>地衣结皮>藻类结皮。结果表明生物土壤结皮由以藻类为主向以藓类为主的演变进一步促进了土壤碳矿化过程,结皮对土壤碳循环的调控作用受水热等环境因子的共同影响。     

蒙古黄芪不同生育期黄酮类成分积累及其根际微生物多样性研究

该研究比较了内蒙古赤峰市翁牛特旗、锡林郭勒盟正蓝旗、包头市固阳县、山西省大同市浑源县和甘肃省定西市陇西县5个不同种源的蒙古黄芪不同生育期生长情况及黄酮类成分含量积累,并采用Illumina MiSeq高通量测序技术分析不同生育期根际土壤微生物多样性。结果显示:(1)随着生育期推进,固阳、浑源和赤峰种源的黄芪生长较快,根干重在9月份达到峰值,其他生物量指标种源间差异不大。(2)陇西和浑源种源的黄芪根中毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量较高,并在9月份达到峰值,而其他成分(芒柄花苷、毛蕊异黄酮和芒柄花素)呈波动变化。(3)蒙古黄芪不同生育期内根际土壤微生物群落差异较大,其中根际细菌变化最为明显,9月份多样性更高,而真菌群落差异相对较小,不同种源间根际微生物群落组成相似。研究表明,蒙古黄芪毛蕊异黄酮葡萄糖苷含量随生育期显著上升,故最佳采收期不宜过早,而微生物群落结构的差异可能是蒙古黄芪获得生长优势和有效成分积累的重要因素之一。     

腾格里沙漠人工固沙植被演替生物土壤结皮盖度对沙埋的响应

生物土壤结皮(简称结皮)的形成与发展是沙区固沙植被建设成功的重要标志之一,其盖度随固沙植被演替的变化趋势是表征该植被系统地表稳定性的一个直观性生态学指标。利用空间代时间的方法,以腾格里沙漠不同始植年代(1956、1973、1981和1987年)固沙植被区发育的4种优势结皮-真藓(Bryum argenteum Hedw.)结皮、土生对齿藓(Didymodon vinealis(Brid.)Zand.)结皮、齿肋赤藓(Syntrichia caninervis Mitt.)结皮和藻-地衣-藓类混生结皮(Mixed crust)为研究对象,在测定结皮盖度、高度以及粗糙度随沙埋厚度逐渐增加变化的基础上,计算了使结皮盖度(从99.99%)开始降低的初始沙埋厚度(D1)和盖度降低为0%的临界沙埋厚度(D2),研究了该区固沙植被演替过程中结皮盖度对沙埋厚度增加的响应特征及其相关机制。结果显示:(1)4种结皮的盖度随沙埋厚度的增加呈logistic曲线逐渐降低。(2)在同一年代固沙区不同种间比较,混生结皮的D1值最小,D2值最大;真藓结皮的D1和D2值均小于其他两种藓类结皮;土生对齿藓结皮和齿肋赤藓结皮因固沙年限的不同而不同,在1956年固沙区,土生对齿藓结皮齿肋赤藓结皮,而在1973年固沙区和1981年固沙区,齿肋赤藓结皮土生对齿藓结皮。(3)随固沙植被演替,4种结皮盖度随沙埋厚度增加的降低速率逐渐减小,D1和D2值逐渐增大。(4)结皮总盖度随沙埋厚度增加的降低速率逐渐减小,表明随固沙植被演替,结皮对沙埋的抵御能力逐渐增强,固沙区植被系统地表稳定性增加。(5)结皮的粗糙度和高度随固沙植被演替逐渐增加,并显著影响了4种结皮盖度随沙埋厚度增加的降低速率、D1及D2值。研究为全面评估沙埋对沙区结皮结构、功能的影响乃至固沙植被稳定性提供了参考。     

铜陵铜尾矿废弃地生物土壤结皮中的蓝藻多样性

生物土壤结皮是生态系统原生演替过程中的一个早期阶段,在铜陵铜尾矿废弃地自然生态恢复过程中生物土壤结皮在尾矿废弃地表面广泛分布.以生长在铜陵杨山冲和铜官山2处铜尾矿废弃地的生物土壤结皮为研究对象,运用常规培养方法和变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)对不同群落生物土壤结皮中的蓝藻多样性及优势类群进行研究.结果表明2种研究方法所获得的蓝藻种类组成具有明显差异.显微观察结果表明常规培养试验中主要蓝藻类群为微囊藻属(Microcystis)、色球藻属(Chroococcus)、颤藻属(Oscillatoria)、念珠藻属(Nostoc)和浮鞘丝藻属(Planktolyngbya),其中优势种类主要为铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、断裂颤藻(Oscillatoria fracta)和细浮鞘丝藻(Planktolyngbya subtilis);提取样品中微生物总DNA,对蓝藻16SrRNA进行PCR-DGGE分析,回收DGGE图谱中24个条带进行测序分析,结果显示,所有序列与GenBank数据库中的近缘蓝藻的相似性系数均在93％以上,其中优势蓝藻类群主要隶属于微鞘藻属(Microcoleus)和细鞘丝藻属(Leptolyngbya),裸地(YL)处和木贼群落下尾矿表面(YM)的生物土壤结皮中优势蓝藻类群主要为微鞘藻属,而黄色真藓-藻类混合结皮(YT)和白茅群落( YB,TG)下的生物土壤结皮中的优势类群主要隶属于细鞘丝藻属.     

石灰石滤柱出水回流曝气生物滤池系统的处理效能及微生物群落多样性

[背景]曝气生物滤池(Biological Aerated Filter,BAF)对有机物和氨氮的处理效果较好,但除磷效果不佳.[目的]提高BAF系统的除磷效能.[方法]在缺氧/好氧滤柱后设置了部分采用石灰石滤料的滤柱(未添加石灰石滤料的系统作为对照组),对比分析了使用石灰石滤柱出水回流BAF系统的处理效能,通过最大或...     

中央戈壁石下生物土壤结皮固氮细菌群落结构和多样性

[背景]戈壁荒漠石下生物土壤结皮(Biological Soil Crusts,BSCs)由石下生物定殖繁衍而成,广泛存在于石英石下方,在相关生态系统的物质循环中起重要作用;其细菌群落结构受空间和土壤环境因子影响而变化较大.固氮细菌是石下BSCs的形成和发育主要驱动力;中央戈壁面积较大,为温带的代表戈壁之一,但目前其石...     

生物土壤结皮的生态功能

荒漠化土壤或多或少地存在着结皮现象 ,导致结皮的产生有物理、化学和生物的因素 ,其中由不同种类的苔藓、地衣、藻类、真菌以及细菌等生物组成成分与其下层很薄的土壤共同形成的一个复合的生物土壤层 ,也就是所谓的生物土壤结皮在荒漠地区最具生态意义。组成生物土壤结皮的藻类、苔藓和地衣是常见的先锋拓殖植物 ,不仅能在严重干旱缺水、营养贫瘠、生境条件恶劣的环境中生长繁殖 ,并且能通过其生活代谢方式影响并改变环境 ,在防风固沙、防止土壤侵蚀、改变水分分布状况等方面更是扮演着重要角色。土壤的生态演替过程 ,往往是组成物种由低等…     

腾格里沙漠东南缘固沙植被区生物土壤结皮及下层土壤有机碳矿化特征

植被恢复与重建是沙区退化土地修复的有效途径,是生物土壤结皮(Biological Soil Crusts, BSCs)拓殖和发育的关键影响因素。采用室内恒温培养-碱液吸收法研究了腾格里沙漠东南缘不同恢复年限固沙植被区BSCs及其下层0—5 cm土壤的碳矿化特征,分析了其与水分及土壤理化性质的关系。结果表明:BSCs及其下层土壤有机碳的瞬时速率、最大和平均矿化速率以及累计释放量均随着恢复年限的延长而增大,同一植被区表现为BSCs大于下层0—5 cm土壤(P<0.001)。土壤含水量的增加显著促进了有机碳矿化过程(P<0.001),土壤水分含量从5%增加到20%时,BSCs有机碳的平均和最大矿化速率及累计释放量分别增加了1.48—2.08倍、1.60—2.00倍和1.48—2.08倍,下层土壤分别增大了1.36—2.08倍、1.21—2.00倍和1.36—2.08倍。土壤电导率、有机碳和黏粒含量是影响有机碳矿化的主要影响因素。结果表明沙区植被恢复与重建背景下BSCs的发生发展促进了土壤碳矿化过程,而BSCs参与的碳循环过程受其理化属性及水分等环境因子的共同影响。     

生物土壤结皮对全球气候变化的响应

生物土壤结皮在干旱、半干旱区和极地、亚极地区等脆弱生态区广泛存在,生物土壤结皮对脆弱生态系统的稳定、碳氮循环和生态平衡等具有重要的生态意义.概述了脆弱生态区生物结皮的碳氮循环与气候变化关系,综合分析了脆弱生态区生物结皮对气候变暖、降水变化和UV-B增加的响应.分析认为应该加强区域尺度下干旱与半旱区生物结皮对气候变化响应研究.     

国际生物土壤结皮研究发展态势文献计量分析

生物土壤结皮是荒漠生态系统组成和地表景观的重要特征。近年来,各国和各相关研究机构对生物土壤结皮的研究力度不断加大。利用Bibexcel和NetDraw等文献计量工具,对Web of Science数据库中国际生物土壤结皮研究相关文献进行了分析。在对主要国家和机构的发文进行统计分析后发现:美国、德国和西班牙等国的生物土壤结皮研究论文的综合影响力较高;胡安·卡洛斯国王大学和美国地质调查局等机构的论文影响力较大;中国生物土壤结皮研究论文在总量上优势明显,但高质量论文不多;国际生物土壤结皮研究的主要研究热点集中在腾格里沙漠等沙漠地区,氮循环研究和微生物群落研究是研究的重点。     

生物土壤结皮——荒漠化地区研究的热点问题

生物土壤结皮在荒漠化地区广为分布。从结皮的概念、结皮对生态系统和景观变化的影响（包括水文循环、土壤侵蚀、土壤养分循环、维管植物的萌发和生长、动物多样性、景观异质性以及生态系统和景观变化监测和评价等）以及生物土壤结皮对干扰的反应及其恢复机理等方面详细地论述了生物结皮在荒漠化发生发展及其防治中所起的重要作用,并提出了今后生物土壤结皮研究的方向和着眼点。     

生物土壤结皮的分布影响因子及其监测

生物土壤结皮在荒漠化地区广泛分布。本文详细论述了生物土壤结皮的分布规律及其影响因素,如海拔高度、土壤、维管植物群落水分条件和干扰,以及生物土壤结皮在生态系统和景观变化监测和评价中的作用等。同时对中国西北地区生物土壤结皮的生态学研究和开发应用提供了研究的重点和方向。     

基于MiSeq测序分析新疆泥火山土壤细菌群落多样性

【目的】以新疆乌苏泥火山土壤为研究对象,了解泥火山细菌群落结构及其时空动态变化。【方法】选择泥火山4种不同生境土壤在4、7、11月份采样,应用Illumina Mi Seq测序技术测定泥火山土壤细菌的16S r RNA基因V3–V4变异区序列,分析乌苏泥火山不同生境土壤细菌群落组成。【结果】泥火山土壤细菌在97%的相似水平下共得到OTU个数为29 005,在细菌门水平上共有38种细菌类群,Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes为优势菌群,在属水平上共有72种细菌类群,其中含量最高的是未分类细菌;多样性分析表明生境D的丰度指数和多样性指数最高,将泥火山细菌群落多样性与理化因子结合分析,发现其多样性随着土壤养分的增加而基本降低,说明物种多样性指数与理化因子之间呈负相关关系;OTU水平的分析表明生境A的群落组成在时空动态上没有显著差异,其样品群落组成较为相似,而生境C的物种组成差异较大。【结论】相比较于传统方法,Mi Seq测序能够更全面解析环境样品中微生物多样性,揭示了乌苏泥火山群蕴含着丰富的微生物资源,这将为深入研究泥火山生态系统奠定基础,为合理利用和开发泥火山微生物资源提供指导。