野葛根际固氮微生物群落分布特征及其影响因素

【目的】研究野葛根际固氮微生物群落的空间分布特征,同时结合地理气候因子、土壤理化性质探讨影响野葛根际固氮微生物群落的空间分布特征的主要因素。【方法】在野葛广泛分布的广西、江西和湖南采集17份野葛根际土壤,测定土壤常规理化性质,进行基于MiSeq测序平台的nifH基因高通量测序,采用多元统计分析方法探索固氮微生物群落结构与环境因子之间的关系。【结果】不同采样区域固氮微生物α多样性无显著差异;同一采样区内各样点的固氮微生物群落结构与组成较相似,而不同采样区之间固氮微生物群落结构与组成差异较大,这表明固氮微生物群落存在明显的区域性分布特征。野葛根际土壤中固氮微生物主要归属于变形菌门(Proteobacteria)(相对丰度>60%),在目水平上,已注释出的固氮微生物主要归属于根瘤菌目(Rhizobiales)和伯克氏菌目(Burkholderiales)。根瘤菌目相对丰度在江西采样区最高,伯克氏菌目相对丰度在湖南采样区最高。pH、交换性钙、全钾、海拔和年平均气温对土壤固氮微生物群落结构的影响较大。优势种群伯克氏菌目与pH、交换性钙和全钾正相关,与C/N负相关;优势种群根瘤菌目与pH、交...     

好氧条件下复合生物膜-活性污泥反应器中的反硝化菌群结构

以nirK和nirS基因为标记,利用PCR-DGGE技术研究了好氧条件下复合生物膜-活性污泥反应器中的反硝化群落结构。结果表明,样品中大部分nirK-反硝化菌都属于α-变形菌纲中的根瘤菌目Rhizobiales,而nirS-反硝化菌则与β-变形菌纲(包括红环菌目Rhodo-cyclales和伯克氏菌目Burkholderiales)及γ-变形菌纲(假单胞菌目Pseudomonadales)细菌相似。在nirK-及nirS-群落中均发现了未与已知菌群聚类的特殊序列。细菌的生长方式(生物膜或活性污泥)对反硝化群落结构有显著影响。这些结果将为生物膜-活性污泥复合工艺中的反硝化过程提供基础数据。     

新疆阿克苏地区盐碱地细菌类群多样性及优势菌群分析

【目的】研究新疆阿克苏地区盐碱土样中细菌类群多样性和优势种群,及其与环境因子的相关性。【方法】采用基于16S rDNA的变性梯度凝胶电泳(Denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)、克隆测序和典型相关性分析(CCA)的方法。【结果】优势菌群序列分析表明有29个序列属于未培养的微生物,其他43个序列分属细菌的9个目:粘球菌目(Myxococcales)、假单胞菌目(Pseudomonadales)、根瘤菌目(Rhizobiales)、芽孢杆菌目(Bacillales)、伯克氏菌目(Burkholderiales)、放线菌目(Actinomycetales)、海洋螺菌目(Oceanospirillales)、黄杆菌目(Flavobacteriales)、交替单胞菌目(Alteromonadales),21个属。【结论】新疆阿克苏地区土壤中的微生物丰富度非常高,存在大量的细菌类群,优势菌群不尽相同,盐碱土样中微生物群落结构与环境因子是密切相关的。     

施肥制度对水稻土壤nosZ型反硝化细菌群落的影响

由含氧化亚氮还原酶(NOS)的反硝化细菌驱动的氧化亚氮(N2O)还原成氮气(N2)的过程是N2O排放的重要调控途径。为探明施肥对稻田土壤nosZ型反硝化细菌群落的影响,采用荧光定量PCR和高通量测序等方法,研究了湖南省宁乡县长达30年的定位试验条件下4种施肥制度[不施肥(CK)、化肥(CF)、70%化肥+30%有机肥(CFM1)和40%化肥+60%有机肥(CFM2)]对水稻土壤nosZ型反硝化细菌数量和群落结构的影响。结果表明:不同施肥处理nosZ基因丰度为2.14×10~8～6.09×10~8copies·g~(-1)干土,施肥处理nosZ基因拷贝数比对照低47.3%～64.8%(P0.05),但不同有机肥配施比例处理间nosZ基因拷贝数差异不显著;变形菌门是优势门水平类群,占总序列的60.2%～77.5%; Bacteria_unclassified、Proteobacteria_unclassified、Betaproteobacteria_unclassified和根瘤菌目为优势目水平类群,占总序列的93.6%～95.9%。施肥显著降低了Proteobacteria_unclassified的相对丰度(P0.01),但显著提高了根瘤菌目、environmental_samples和红环菌目的相对丰度(P0.05);施肥显著改变nosZ型反硝化细菌的群落结构,但有机肥配施比例对其影响较弱;除碳氮比外,其他土壤理化性质均显著影响nosZ型反硝化细菌的数量和群落结构,其中,硝态氮和土壤p H是驱动nosZ型反硝化细菌群落变化的主要因子;施肥显著影响nosZ型反硝化细菌数量和群落结构,有机肥配施比例对nosZ型反硝化细菌群落的影响较弱,研究结果为进一步阐述施肥制度对土壤反硝化微生物的影响提供依据。     

牛场肥水灌溉对土壤nirK、nirS型反硝化微生物群落结构的影响

以徐水县梁家营长期定位施肥试验田为研究对象,利用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析和克隆文库构建,研究了5种施肥处理(清水灌溉CK、无机肥灌溉CF、牛场肥水不同浓度、不同次数灌溉T4、T5和T11)下土壤中nirK、nirS型反硝化细菌群落多样性及其群落结构的演变。结果表明,不同施肥处理下nirK、nirS型反硝化细菌群落多样性无显著差异,但群落结构却有明显变化:nirK型反硝化细菌群落结构既受施肥种类又受施肥量影响,优势种群尤其对施肥种类和施肥量响应显著;nirS型反硝化细菌则主要受施肥种类影响,施肥量影响微弱。牛场肥水处理和无机肥处理分别促进和抑制不同的nirS型反硝化细菌,群落主成分受无机肥促进、牛场肥水抑制。系统发育分析结果表明,土壤中nirK型反硝化细菌主要与假单胞菌属(Pseudomonas)、产碱杆菌属(Alcaligenes)和根瘤菌属(Rhizobium)的反硝化细菌具有较近的亲缘关系;nirS型反硝化细菌主要与劳尔氏菌(Ralstonia)和红长命菌属(Rubrivivax)有较近的亲缘关系。试验土壤中反硝化微生物多与目前已报道的好氧反硝化细菌亲缘关系较近,这可能与微生物分析取自表层土有关。     

施肥对设施菜地nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的影响

采用末端限制性片段多态性分析(T-RFLP)和实时荧光定量PCR(real-time PCR)方法,研究了甘肃武威设施菜地不同施肥条件下0~20 cm、20~40 cm土层中土壤nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的变化.结果表明:施肥对土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构具有明显影响,且对70、156、190 bp片段所代表设施菜地土壤优势种群影响最显著.施肥对0~20cm土层nirK型反硝化细菌丰度有明显影响,其最大值出现在全有机肥(M)处理、为每克干土2.16×107个拷贝数,分别是对照(CK)和全化肥(NPK)处理的2.04和2.02倍.设施菜地土壤0~20 cm与20~40 cm土层nirK型反硝化细菌的优势种群及其基因丰度均存在显著差异,且设施菜地土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度与大田差异明显.土壤pH值、有机质及硝酸盐含量均影响nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度.系统发育分析结果表明,土壤中除存在与厌氧反硝化细菌亲缘相近的nirK型反硝化微生物外,还存在与好氧反硝化菌亲缘关系相近的nirK型反硝化微生物,如根瘤菌属、苍白杆菌属、土壤杆菌属等.     

施肥对设施菜地nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的影响

采用末端限制性片段多态性分析(T-RFLP)和实时荧光定量PCR(real-time PCR)方法,研究了甘肃武威设施菜地不同施肥条件下0～20 cm、20～40 cm土层中土壤nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的变化.结果表明： 施肥对土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构具有明显影响,且对70、156、190 bp片段所代表设施菜地土壤优势种群影响最显著.施肥对0～20 cm土层nirK型反硝化细菌丰度有明显影响,其最大值出现在全有机肥(M)处理、为每克干土2.16×10⁷个拷贝数,分别是对照(CK)和全化肥(NPK)处理的2.04和2.02倍.设施菜地土壤0～20 cm与20～40 cm土层nirK型反硝化细菌的优势种群及其基因丰度均存在显著差异,且设施菜地土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度与大田差异明显.土壤pH值、有机质及硝酸盐含量均影响nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度.系统发育分析结果表明,土壤中除存在与厌氧反硝化细菌亲缘相近的nirK型反硝化微生物外,还存在与好氧反硝化菌亲缘关系相近的nirK型反硝化微生物,如根瘤菌属、苍白杆菌属、土壤杆菌属等.
     

滇池可培养好氧反硝化细菌多样性及其脱氮特性

【目的】氮污染已成为当今水体污染的一个重要因素,为了解滇池可培养好氧反硝化细菌的多样性,获得高效好氧反硝化细菌资源,为污染水体或浅层地下水的生物修复提供材料。【方法】采用富集培养方法从滇池沉积物和水体样品中分离好氧反硝化细菌,对好氧反硝化细菌的16S r RNA基因序列进行系统发育分析,并筛选其中的高效好氧反硝化细菌。【结果】分离出260株好氧反硝化菌,经16S rRNA基因序列分析,260株菌分属于2门13科14属的59个种。假单胞菌属(Pseudomonas)为优势细菌属,其次是不动杆菌属(Acinetobacter)、气单胞菌属(Aeromonas)和代尔夫特菌属(Delftia)。筛选到12株高效好氧反硝化细菌菌株,其中8株属于假单胞菌(Pseudomonas spp.),4株为不动杆菌(Acinetobacter spp.)。定量分析发现菌株N15-6-1的反硝化效果较好。对菌株N15-6-1的脱氮条件优化结果显示,在以蔗糖为碳源,温度为30–35℃、C/N=12、静止培养时,反硝化能力较强,其在48 h内硝态氮的去除率达到98.81%,总氮的去除率达96.27%。【结论】滇池存在着较丰富的可培养好氧反硝化细菌,好氧反硝化细菌的分离丰富了好氧反硝化菌的种类,其中的高效脱氮菌株为污染水体或浅层地下水的生物修复提供了初步的候选菌株。     

盐碱胁迫对小麦幼苗生长和根际细菌群落结构的影响

【背景】植物可通过改变根际微生物群落结构来减轻胁迫,但盐碱胁迫下小麦生长和根际细菌群落结构变化尚待明晰。【目的】明确盐碱胁迫下小麦幼苗生长及根际细菌群落结构变化。【方法】以添加NaCl和Na2CO3调节Hoagland营养液Na+浓度和pH来模拟盐碱胁迫,通过MiSeq高通量测序分析细菌群落结构。【结果】与无胁迫对照相比,单纯盐胁迫使小麦幼苗地上和地下部干重、叶绿素和根际土壤速效氮含量分别显著降低了25.0%、57.1%、21.2%和42.9%(P<0.05);小麦幼苗生长指标和根际土壤速效氮、速效磷、有机质含量及酶活性(除过氧化氢酶)随碱度升高而降低;所有处理的小麦幼苗根际优势菌门(丰度7.1%-71.5%)均为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes),优势属(丰度0.5%-5.1%)有肠杆菌属(Enterobacter)、嗜多甲基菌属(Methyloversatilis)、固氮菌属(Azotobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)和异根瘤菌属(Allorhizobium)。盐碱胁迫未显著...     

基于高通量测序的辐射污染区细菌群落特征分析

【目的】为了更加全面地揭示辐射污染区细菌种群多样性,了解辐射污染对辐射区土壤中细菌群落结构的影响。【方法】运用高通量测序方法,分别进行了土样细菌16S r RNA基因的V3可变区测序,进而对无辐射污染对照和不同辐射污染程度的土样中细菌群落组成和多样性进行分析。【结果】研究共获得110 348条有效序列,17 604个OTUs,共涉及细菌域的19个门和6个潜在菌门和其它未分类菌群的726个属。多样性分析表明,辐射污染会引起土壤样品中微生物群落的分布显著差异化,显著提高细菌群落种群多样性和微生物丰度。微生物群落组成分析发现,在辐射污染胁迫下,辐射污染区样品中变形杆菌门分布比例显著下降;随着辐射污染程度的提高,放线菌门所占比例逐步提高,未分类菌门、厚壁菌门和酸杆菌门也有明显的提高。同时,研究发现辐射污染区中存在着大量未分类菌属。【结论】研究揭示了辐射污染区极为丰富的细菌多样性,大量微生物新物种资源有待发掘。     

硫化物抑制潮土反硝化过程中氧化亚氮还原的菌群机制

【背景】土壤中的反硝化作用形成气态产物N₂O和N₂,会导致氮素的气态损失,并造成温室效应。硫化物对土壤的N₂O还原具有抑制作用,但其对菌群和功能基因的影响机制还不清楚。【目的】研究有无外加碳源情况下,硫化物对反硝化作用中间产物(NO、N₂O)的积累、反硝化功能基因(narG、nirS、nirK和nosZ)表达量以及菌群结构的影响。【方法】分别设置不同量葡萄糖(0和1000mg-C/kg干重土壤)和硫化钠(0和150mg-S/kg干重土壤)添加的交叉处理,进行室内微宇宙培养实验,利用自动化培养与实时气体检测系统检测培养过程中NO、N₂O和N₂的积累量,通过反转录定量PCR测定反硝化功能基因表达量,利用MiSeq技术平台基于16S rRNA基因序列的高通量测序分析样品的菌群结构。【结果】硫化钠的添加显著抑制N₂O还原,但是其对于N₂O积累量没有显著影响,却显著降低了NO的积累量。硫化钠的添加短时间内在转录水平上显著抑...     

Characterization of the denitrifying bacterial community in a full-scale rockwool biofilter for compost waste-gas treatment

The potential denitrification activity and the composition of the denitrifying bacterial community in a full-scale rockwool biofilter used for treating livestock manure composting emissions were analyzed. Packing material sampled from the rockwool biofilter was anoxically batch-incubated with 15N-labeled nitrate in the presence of different electron donors (compost extract, ammonium, hydrogen sulfide, propionate, and acetate), and responses were compared with those of activated sludge from a livestock wastewater treatment facility. Overnight batch-incubation showed that potential denitrification activity for the rockwool samples was higher with added compost extract than with other potential electron donors. The number of 16S rRNA and nosZ genes in the rockwool samples were in the range of 1.64–3.27 × 109 and 0.28–2.27 × 108 copies/g dry, respectively. Denaturing gradient gel electrophoresis analysis targeting nirK, nirS, and nosZ genes indicated that the distribution of nir genes was spread in a vertical direction and the distribution of nosZ genes was spread horizontally within the biofilter. The corresponding denitrifying enzymes were mainly related to those from Phyllobacteriaceae, Bradyrhizobiaceae, and Alcaligenaceae bacteria and to environmental clones retrieved from agricultural soil, activated sludge, freshwater environments, and guts of earthworms or other invertebrates. A nosZ gene fragment having 99% nucleotide sequence identity with that of Oligotropha carboxidovorans was also detected. Some nirK fragments were related to NirK from micro-aerobic environments. Thus, denitrification in this full-scale rockwool biofilter might be achieved by a consortium of denitrifying bacteria adapted to the intensely aerated ecosystem and utilizing mainly organic matter supplied by the livestock manure composting waste-gas stream.     

过量施肥对设施菜田土壤菌群结构及N2O产生的影响

【背景】N_2O是一种很强的温室气体,其温室效应强度大约是CO_2的265倍。土壤氮肥施加量是影响N_2O排放的重要因素,而厌氧条件下微生物反硝化则是N_2O产生的重要途径。【目的】研究过量施肥条件下蔬菜大棚土壤菌群结构变化及其对N_2O气体排放的影响。【方法】利用自动化培养与实时气体检测系统(Robot)监测土壤厌氧培养过程中N_2O和N_2排放通量,比较过量施肥和减氮施肥模式下土壤N_2O排放模式的差异。通过Illumina二代测序平台对这2种不同施肥处理的土壤微生物群落进行高通量测序,研究不同施肥量对土壤菌群组成的影响。【结果】过量施肥土壤中硝酸盐的含量大约是减氮施肥土壤的2倍,通过添加硝酸盐使2种土壤的硝酸盐含量均为60 mg/kg或为200 mg/kg时,过量施肥土壤在厌氧培养前期N_2O气体的产生量及产生速度都明显高于减氮施肥土壤。另外,过量施肥导致土壤菌群结构发生显著改变,并且降低了土壤微生物的多样性。相对于减氮施肥,过量施肥方式富集了Rhodanobacter属的微生物。PICRUSt预测结果显示,传统施肥没有显著改变反硝化功能基因相对丰度。【结论】长期过量氮肥施用显著增加了土壤N_2O的排放,可能原因是施肥改变了包括氮转化相关微生物在内的土壤菌群组成,从而影响了土壤N_2O气体的形成与还原过程。     

浮床空心菜对氮循环细菌数量与分布和氮素净化效果的影响

通过在塑料水箱中水培空心菜(Ipomoea aquatica),研究浮床空心菜对氮循环细菌数量、分布和氮素净化效果的影响。研究结果表明,浮床空心菜氮循环细菌总数、氨化菌、亚硝化菌、硝化菌数量极显著高于空白对照(P<0.01),浮床空心菜反硝化菌数量与空白对照差异不显著(P>0.05);氨化菌在根内、根面、水体中的分布差异不大,亚硝化菌主要分布在根内和根面,硝化菌主要分布在根面,反硝化菌主要分布在水体中;试验结束时,浮床空心菜系统和空白对照对氨氮的去除率分别为91.8%和88.5%,对总氮的去除率分别为48.2%和62.1%。通过浮床空心菜各种氮循环细菌数量、分布与氮素浓度的相关性分析,发现浮床空心菜系统中氮素的去除是植物吸收,根系表面的氨化作用,以及水体中硝化、反硝化共同作用的结果,而空白对照系统中氮素的主要去除途径是微生物的硝化/反硝化作用以及氨挥发。     

基于好氧反硝化及反硝化聚磷菌强化的低温低碳氮比生活污水生物处理中试研究

【背景】低碳氮比生活污水很难达标处理,多级A/O工艺、生物强化技术及生物膜技术的有机结合可有效解决这一问题。【目的】开发出一种泥膜共生多级A/O工艺并进行中试研究,驯化出高效脱氮除磷菌剂并对系统进行生物强化。【方法】通过测定中试设备出水及污水处理厂出水化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)、氨氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)、总氮(Total nitrogen,TN)、总磷(Total phosphorus,TP)对比分析两种工艺的污染物去除效能,利用高通量测序技术对比生物强化技术对系统微生物群落结构的影响。【结果】中试设备对COD、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的去除效果均优于污水处理厂的处理工艺;驯化的低温好氧反硝化菌TN去除率最大值可达84.21%,驯化的低温反硝化聚磷菌群对磷的去除率最高可达85.75%;利用驯化菌群对中试设备进行生物强化后较好地改善了系统NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、TP的去除效果;经生物强化后,具有好氧反硝化和反硝化聚磷功能的Pseudomonas菌群明显增多。【结论】泥膜共生多级A/O工艺对于低碳氮比生活污水的处理具有很好的效果,利用生物强化技术可有效提高低温条件下系统污染物去除效能。     

葡萄籽对猪粪秸秆高温堆肥中微生物群落与碳氮含量的影响

以猪粪与秸秆(鲜质量10.5∶1)为基础,在自制的强制通风静态堆肥反应箱中进行堆肥化试验,研究添加8%葡萄籽对猪粪秸秆高温堆肥中微生物群落演替和碳氮转化的影响.在堆肥化的30 d里,分7次采集不同时期的堆肥样品,测定堆肥中微生物区系、微生物生理群的数量及堆肥碳氮含量.结果表明：添加葡萄籽使堆肥中细菌数量略高、放线菌数量显著增加、真菌数量明显降低,细菌/放线菌下降;氨化细菌和反硝化细菌数量降低;而硝化细菌、固氮菌和纤维素分解菌数量增多;铵态氮和有机碳含量下降,而硝态氮含量明显提高.堆肥中硝态氮含量与放线菌数量呈极显著正相关关系.添加葡萄籽使堆体升温快且高温期稳定,堆肥含水率波动较小,从而使堆肥高温期放线菌和亚硝化细菌的波动较小,数量较高,有利于堆肥中硝态氮含量的增加.     

鸡粪堆肥发酵过程微生物数量与温度及酶变化的相关性研究

为研究鸡粪堆肥发酵不同阶段微生物菌数和堆体温度及多种酶活之间的关系,从而进一步了解堆肥发酵中微生物的作用,通过测定鸡粪堆肥发酵过程中微生物菌数和堆体温度及部分酶活性的变化趋势,并利用SPSS软件进行Pearson相关性和显著性分析,结果表明,细菌、真菌数量与堆体温度呈正相关关系（P<0.05）,放线菌菌数与堆体温度无显著相关性;纤维素酶和总菌数呈正相关关系（P<0.05）;过氧化氢酶与细菌菌数呈强正相关关系（P<0.01）;脲酶和蛋白酶与菌数无显著相关性。     

若尔盖高原湿地泥炭沼泽土亚硝酸盐还原酶（nirK）反硝化细菌群落结构分析

若尔盖泥炭湿地是世界少有的低纬度永久冻土湿地,具有高海拔、高紫外辐射、高有机质的特点。该区域N2O的排放量对全球气候变暖有重要影响。对若尔盖高原湿地泥炭沼泽土中的亚硝酸盐还原酶(nir K)反硝化细菌群落结构多样性进行分析,以期揭示该区域N2O释放的微生物调控机制。基于若尔盖高原湿地泥炭沼泽土的理化性质和反硝化活性(PDA),结合限制性酶切片段长度多态性(Restriction fragment length polymorphism,RFLP)技术、克隆文库及分子测序对该生态系统中的nir K反硝化细菌群落结构及多样性进行分析。反硝化活性测定结果显示:阿西地区麦溪地区分区地区,反硝化活性与土壤有机碳、总氮和丰富度呈显著正相关(P0.05)。Shannon-wiener多样性指数以阿西最高、分区最低。3个样品中共测序15条nir K基因代表序列,系统发育表明若尔盖高原湿地优势nir K反硝化菌群为变形门菌群。其中,阿西地区主要为α-变形菌门,麦溪地区主要为β-变形菌门,分区地区无法确定优势种群。冗余分析(Redundancy analysis,RDA)显示:有效钾和有效磷是影响nir K反硝化细菌群落结构的关键环境因子。本论文显示,若尔盖高原湿地存在着明显的反硝化作用,调控这些反硝化作用的nir K反硝化细菌多样性较高,且与土壤有效钾和有效磷密切相关。     

粉粒氨氮和水分影响浮霉菌门群落的空间分化

【背景】来自浮霉菌门(Planctomycetes)的厌氧氨氧化菌是高氨污染系统安全脱氮的生态友好型微生物,但关于特定生态梯度下Planctomycetes群落结构功能的空间分化以及驱动分化的主要环境因子等问题尚未引起关注。【目的】阐明Planctomycetes群落结构空间分化及影响其分化的主要环境因子。【方法】运用16S rRNA基因高通量测序手段检测温带半干旱区河流系统砂质及粉质沉积物、粉砂质及粉质土壤Planctomycetes群落结构的空间分布变化,统计学方法分析粉粒等理化因子对Planctomycetes群落结构功能分化的影响。【结果】OM190_ub_oo. o1种群主要分布在寡营养的砂质沉积物中,仅由砂粒正向驱动;OM190_ooo. o2和SM1A02. ub5种群主要分布在中营养的粉砂质土壤中,由水分和pH等正向驱动;AKYG587.ub3、Pla4_lineage_oo...