蚯蚓基因组学的研究进展: 基于全基因组及线粒体基因组

蚯蚓被喻为土壤中的“生态系统工程师”, 具有高度的多样性且在全世界都有分布, 被用作土壤健康的指示生物。蚯蚓具有极强的环境适应能力, 在不断适应的过程中促进了自身基因组的进化。本文对近年来蚯蚓全基因组以及线粒体基因组的研究进展进行了综述。蚯蚓全基因组的测序、拼装和分析为研究蚯蚓生态学、污染物对蚯蚓致毒的分子机制、免疫防御的分子机制、蚯蚓再生的分子机制等奠定基础。而线粒体基因组多应用于蚯蚓分子系统发育方面的研究, 目前已有多种蚯蚓通过线粒体基因组测序完成了物种的鉴定。本文建议今后重点开展以下几方面的研究: (1)针对现有的4种蚯蚓全基因组测序结果, 进一步进行比较基因组学、进化基因组学和功能基因组学的研究。(2)完善不同种蚯蚓的基因文库和表达序列标签。(3)建立线粒体基因组、全基因组与蚯蚓物种多样性的关联分析。     

关于蚯蚓的一些实验

对蚯蚓的科学的、系统的研究是19世纪著名科学家达尔文开始的。他用金属的口笛在蚯蚓旁吹出尖锐的声音,在旁边弹琴,吹喇叭、看蚯蚓有无反应。通过多次试验,蚯蚓毫无反应。当放在钢琴上花盆中的蚯蚓刚钻出洞穴时,弹奏这架钢琴,蚯蚓则会缩回洞穴。同样,当蚯蚓刚钻出地面一点点时,在旁边的地面上敲击,蚯蚓也会蠕蠕地缩回洞穴。为什么会出现这种情况呢?他认为蚯蚓是一个聋子,所以才出现前者的情况。而后者情况的出现并不是蚯蚓听见了声音,而是由于蚯蚓感觉到了洞口土壤的震动而引起的反应。近代通过对蚯蚓组织学的研究也证明了蚯蚓没有感觉声音的效应器。但在它身体表皮层内具有许多感受触     

蚯蚓养殖动态

四川省动物学会自今年三月在重庆市组织召开蚯蚓学术讨论会后,对全国蚯蚓养殖事业起了很大的促进作用。就目前所知,已有江西省规划兴建2000M2的蚯蚓养殖场,省、地、县三级都投资养殖事业,并拟于三年内发展100万农户养殖蚯蚓,江苏省连云港和广东省广州市都已兴建了相当规模的蚯蚓养殖场,重庆第一师范学校蚯蚓研究室除了给省内外无偿支援良种蚯蚓200多万条外,并向农民廉价提供蚓种,给予有关技术指导和资料,以利于蚯蚓养殖的发展。最近(十月下旬)农业部畜牧总局在江西省举办了全国蚯蚓养殖讲习班,对于保证蚯蚓养殖的科学性,避免可能发生的曲折…     

蚯蚓在环境安全研究中的应用

蚯蚓在环境污染的生态毒理学诊断方面具有重要生态学意义,这是蚯蚓在环境安全研究中应用的基础。本文概述了蚯蚓生态毒理诊断的一些试验方法,包括急性毒性试验法、田间生态毒性试验法、污染环境的生物检测法和微观生物指标检测法。在这基础上,就蚯蚓的环境安全生态指示研究进展进行了剖析与展望。还从蚯蚓处理生活垃圾与农业有机废弃物以及污水的蚯蚓过滤处理等应用方面,论述了蚯蚓在污染环境解毒过程中的重要生态作用及今后的发展方向。     

蚯蚓抗菌的免疫生态学研究进展

蚯蚓生活于病原菌丛生的环境中,却极少患病,这与蚯蚓自身独特的抗菌与免疫系统相关.本文从蚯蚓的防御屏障、细胞免疫和体液免疫3个方面对蚯蚓的抗菌免疫系统进行了综述.其中,蚯蚓的防御屏障主要包括体壁、体表粘液和消化道;细胞免疫主要包括吞噬作用和包囊作用;体液免疫则是以非特异性免疫为主.蚯蚓体液中具有抗菌作用的物质主要包括凝集素、抗菌蛋白、抗原结合蛋白以及溶菌酶等.     

敌百虫、多菌灵对蚯蚓的自然土壤法毒性实验

在采用滤纸接触法研究的基础上,本试验采用自然土壤法研究了敌百虫、多菌灵对蚯蚓的毒性效应,结果显示,敌百虫对蚯蚓的LC50为4.332 g·L-1,多菌灵对蚯蚓的LC50为5.3645 g·L-1.自然土壤法中敌百虫对蚯蚓的毒性比多菌灵对蚯蚓的毒性大.     

不同蚯蚓采样方法对比研究

蚯蚓种类组成和丰度变化是反映农业管理措施对土壤质量影响的重要指标。为研究利用芥末悬液等方法进行蚯蚓样品采集的有效性和准确性,寻求合理有效的蚯蚓种群特征调查方法,在我国东北玉米连作黑土上分别运用手拣法、福尔马林溶液驱赶法、芥末+水悬液及芥末+乙酸悬液驱赶法,以及驱虫剂与手拣法相结合的方法进行蚯蚓样品采集,将上述7种方法测得的蚯蚓丰度、生物量及年龄组成信息进行了系统分析。结果表明,福尔马林溶液驱赶法不结合手拣法使用时测得的蚯蚓丰度及生物量远远低于其他方法,尤其幼年蚯蚓比例偏低,并不能反映真实的蚯蚓种群特征。使用芥末悬液做驱虫剂有效性明显提高,尤其芥末+乙酸悬液,测得的蚯蚓丰度比手拣法高22.3%。福尔马林溶液结合手拣法后有效性大大提高,测得的蚯蚓丰度和生物量分别是其单独使用时的19.1和9.3倍,但相对其他驱虫剂方法仍高估了成年蚯蚓的比例;芥末+水悬液和芥末+乙酸悬液方法结合手拣法后收集到蚯蚓的数量分别提高了67.8%和89.1%,平均个体重量分别是原来的1.8和1.3倍,说明芥末悬液不会杀死小个体的幼年蚯蚓,但少部分大个体蚯蚓及洞穴不与地表相接的蚯蚓可能并不能被其驱赶至地表,结合手拣法后可以弥补这个缺陷。芥末+乙酸悬液结合手拣法收集到的成年及幼年蚯蚓数量和生物量均显著高于其他方法(P<0.05),既能有效地驱赶小个体和幼年蚯蚓,又可以收集到洞穴不与地表相接的土栖型蚯蚓,因此可以作为真实有效地反映蚯蚓种群特征的采样方法之一。     

转Bt基因抗虫棉对蚯蚓行为、生长及代谢的影响研究

本研究以蚯蚓的趋避性行为、体重及瞬时生长速率、纤维素酶(EG、BG、CBH)为指标,以转Bt基因棉和常规非转基因棉苗期、花铃期和拔柴期的根部为实验材料,研究了转基因与非转基因棉花根对蚯蚓趋避性行为、生长速率和纤维素酶活性的影响。实验结果表明,蚯蚓对棉花根存在趋向性,棉花根可以增加蚯蚓的体重和瞬时生长速率,且可以提高蚯蚓纤维素酶的活性。转基因和非转基因棉花根对蚯蚓的影响无显著差异。     

蚯蚓的药用价值研究进展

蚯蚓是一种普遍存在于自然界中的软体动物,因其具有独特的医学和生物功效引起了科学家的广泛重视。为探究蚯蚓的药用价值,本文总结了近年来关于蚯蚓的研究进展,概括了蚯蚓在传统医药膳食文化和现代医药中的独特作用与疗效。在传统医药膳食文化中,大多数地区将蚯蚓作为补充蛋白质的食物或传统药材来医治病患;现代医学研究发现,蚯蚓中的部分成分具有抗氧化,护肝、抑菌和促进伤口以及神经系统修复的作用。随着研究的进一步深入,蚯蚓体内的有效药用成分也将被逐一发现与应用,为今后新药的研发提供理论基础。     

《蚯蚓的养殖与利用》简介

《蚯蚓的养殖与利用》,系根据四川省动物学会1982年在重庆召开的“蚯蚓的养殖与综合利用”学术讨论会征集和交流的论文选编而成。本书总结了近年来我国蚯蚓应用科研成果与生产技术经验。主要介绍了蚯蚓的生长、发育、繁殖、生态、区系、地方蚓种的选育与改良;蚯蚓的养殖工艺(包     

蚯蚓活动对红壤磷素有效性的影响及其活化机理研究

通过盆钵生物试验研究了秉氏环毛蚓(Pheretima pingi.)在红壤基质中对稻草、花生秸、油菜秸3种有机物料分解速率的影响,研究了蚯蚓活动对红壤全磷含量和有效磷含量、对土壤碳水化合物含量、土壤磷酸酶活性的影响。并着重探讨了人工接种蚯蚓提高红壤有效磷的效果及其活化机理。研究结果揭示：①蚯蚓活动促进了有机物料的分解,加速了磷素的生物归还作用;②方差分析示明,在培养期间所有处理的土壤有效磷含量均得到显著或极显著提高;其中有机物料接种蚯蚓的3种处理分别与其不接种蚯蚓的处理的土壤有效磷含量之间差异均达显著水平;③蚯蚓活动有改善红壤酸度状况的趋势,同试验前比较(原土的土壤pH(H2O)=4．34),在培养试验后期,3种物料接种蚯蚓的土壤pH(H2O)值分别提高了0．17单位(稻草接种蚯蚓处理)、0．35单位(油菜秸接种蚯蚓处理)和0．44单位(花生秸接种蚯蚓处理);方差分析显示,花生秸组两处理间和油菜秸组两处理间的土壤pH值的差异达到显著水平。在150d的培养期内,3种有机物料接种蚯蚓的处理与其不接种蚯蚓的处理比较时,土壤pH值的差异亦达到显著水平;④蚯蚓活动增加了土壤碳水化合物含量。方差分析结果显示：3种有机物料接种蚯蚓的处理与不接种蚯蚓处理的土壤碳水化合物含量之间的差异均达到显著水平;⑤蚯蚓活动增强了土壤微生物活性和土壤磷酸酶活性。蚯蚓的吞食、排粪等生理过程改变了土壤微生物种群类型及其数量;蚯蚓活动提高了土壤磷酸酶活性,增加了土壤中有机磷含量,从而提高了土壤有效磷含量。蚯蚓活动及其特殊的生理过程所产生的综合作用使土壤有效磷含量和磷素有效性明显提高。     

Effects of European Earthworm Invasion on Soil Characteristics in Northern Hardwood Forests of Minnesota, USA

European earthworms are colonizing worm-free hardwood forests across North America. Leading edges of earthworm invasion in forests of northern Minnesota provide a rare opportunity to document changes in soil characteristics as earthworm invasions are occurring. Across leading edges of earthworm invasion in four northern hardwood stands, increasing total earthworm biomass was associated with rapid disappearance of the O horizon. Concurrently, the thickness, bulk density and total soil organic matter content of the A horizon increased, and it’s percent organic matter and fine root density decreased. Different earthworm species assemblages influenced the magnitude and type of change in these soil parameters. Soil N and P availability were lower in plots with high earthworm biomass compared to plots with low worm biomass. Decreases in soil nitrogen availability associated with high earthworm biomass were reflected in decreased foliar nitrogen content for Carex pensylvanica, Acer saccharum and Asarum canadense but increased foliar N for Athyrium felix-femina. Overall, high earthworm biomass resulted in increased foliar carbon to nitrogen ratios. The effects of earthworm species assemblages on forest soil properties are related to their feeding and burrowing habits in addition to effects related to total biomass. The potential for large ecosystem consequences following exotic earthworm invasion has only recently been recognized by forest ecologists. In the face of rapid change and multiple pressures on native forest ecosystems, the impacts of earthworm invasion on forest soil structure and function must be considered.     

蚯蚓和铁处理对苹果根铁营养影响

试验于2007～2009年在河北省永年县曹庄村和中国农业大学曲周实验站进行。在苹果树根际用不同价态的2500、5000、10000、20000mg/kg的铁处理玉米秸秆后接种蚯蚓,研究蚯蚓和铁对苹果根系生长、蚯蚓对铁的富集转移及根质外体铁的影响。结果表明:蚯蚓对铁有很大的富集量,在20000mg/kg(试验所用最高浓度)二价铁和三价铁处理的秸秆中可以成活并把秸秆转化为蚯蚓粪,促进根系生长,提高根的质外体铁含量,蚯蚓对二价铁的适应性高于三价铁。蚯蚓可将有机物料中的铁转移到果树根系内,5000mg/kg铁处理增加蚯蚓体内Fe2+含量和根质外体铁含量效果最好,蚯蚓、蚯蚓粪和根中的全铁含量随铁处理浓度的增加而增加。铁显著促进果树根系生长,没有用铁处理过的秸秆接种蚯蚓诱导的新根量明显少于用铁处理的,两种不同价态的铁都是以5000mg/kg的新根量最多。蚯蚓显著促进根系生长,没有接种蚯蚓的处理新根量显著少于接种蚯蚓的处理。     

SOLUBLE EARTHWORM CUTICLE COLLAGEN: A POSSIBLE DIMER OF TROPOCOLLAGEN

When soluble earthworm cuticle collagen molecules are subjected to the shearing forces of a flow birefringence instrument, they are broken into particles approximately half the original size. The broken particles resemble vertebrate tropocollagen molecules in their hydrodynamic properties, in levorotatory powers, and in their appearance in the electron microscope. Most significantly, the broken earthworm particles form ordered aggregates similar to the segmented-long-spacing aggregations formed by vertebrate tropocollagen. These phenomena are explained by the suggestion that earthworm collagen molecules are dimers of tropocollagen-like particles. On this basis, an explanation is presented for the lack of striations in the gross collagen fibrils of earthworm cuticle.     

Earthworm community structure and diversity in experimental agricultural watersheds in Northeastern Ohio

Earthworms are known to have an important impact on soil fertility but much remains to be known about the factors that influence earthworm abundance and species diversity in agricultural soils and the impact of earthworm diversity on soil processes in those soils. We have studied factors that influence earthworm community structure and biodiversity in experimental agricultural watersheds at the North Appalachian Experimental Watershed near Coshocton, Ohio. We sampled earthworm communities in seven such watersheds from 1990 to 1992. Six earthworm species were present:Aporrectodea caliginosa, A. trapezoides, A. tuberculata, Lumbricus rubellus, Lumbricus terrestris and Octolasion tyrtaeum. The total earthworm biomass ranged from 2 to 32 g m^-2 and population levels ranged from 10 to 350 worms m^-2. Earthworm community structure and diversity differed among watersheds and was influenced by cropping patterns, geographic location and tillage. The greatest earthworm diversity and highest earthworm population levels occurred in a no-tillage watershed and a watershed that had previously been in ryegrass and long-term no-till. High earthworm populations were also observed in a chisel-plowed watershed. Watersheds that had been managed identically for 50 years had much different earthworm communities, indicating that factors other than management were important in determining species composition. The three watersheds with the lowest populations and diversity were adjacent to one another at one end of the station, indicating that at this site geographic location had the predominant influence on earthworm communities. A severe drought in 1991 greatly reduced earthworm populations and biomass. However, earthworm species differed in their response to drought withLumbricus rubellus appearing to be the most drought-sensitive andAporrectodea spp. the most drought-tolerant.     

湿垃圾来源的蚯蚓粪肥对连作障碍土壤质量和黄瓜产量的影响

随着城市化的发展,湿垃圾产量与日俱增,湿垃圾资源化利用迫在眉睫。利用蚯蚓处理湿垃圾制作蚯蚓粪肥用于农田土壤改良,是一项有效的湿垃圾资源化利用途径以及有利于缓解蔬菜连作障碍方面问题。该文以常规有机肥为参照,选取以湿垃圾及其厌氧沼渣为原料制作的蚯蚓粪肥为研究对象,研究连续3年施加蚯蚓粪肥对黄瓜(Cucumis sativus)土壤综合质量和作物产量的影响。结果表明,经过3年的改良后,施加60.0 t/hm²蚯蚓粪肥的黄瓜产量提高了5.60%,土壤有机质含量提高了50.0%,且蚯蚓粪肥的效果要高于常规有机肥;土壤全氮含量达到最高,高于背景值33.0%;土壤的养分含量(硝态氮、速效磷、速效钾)也得到了提高,其中速效钾含量升高了94.0%。经过3年的改良,土壤中的细菌数量在施加了有机肥后明显增加,其中以添加30.0t/hm²蚯蚓粪肥的细菌数量最多;土壤细菌/真菌的比值有所提高,土壤生物性状得到改善。土壤的呼吸强度随着有机肥的施入而升高,以施加60.0t/hm²蚯蚓粪肥的最大;土壤pH略有降低,盐度无明显变化。因此,湿垃圾来源的蚯蚓...     

不同培肥措施对低肥力土壤生态系统蚯蚓种群数量的影响

通过在华北低肥力农田生态系统进行的不同土壤培肥试验 ,研究了不同秸秆还田方式和施肥措施对土壤中蚯蚓种群的影响。研究结果表明 :一年中 5次调查到的蚯蚓属于同一个目——后孔寡毛目 ,3科、6属、7种 ;在 7种蚯蚓中 ,天锡杜拉蚓Drawida gisti是该地区较低肥力土壤中的蚯蚓优势种。蚯蚓种群数量的季节变化趋势为 8月 >9月 >4月 >5月 >11月。在低肥力土壤上 ,单独施用化肥与对照相比可以增加蚯蚓的数量 ,施用化肥对蚯蚓的影响程度依赖于有机物的投入情况 ,没有有机物投入或只有麦秸还田条件下 ,施用化肥会对土壤中蚯蚓的种群数量产生负面影响 ,随着时间的延长 ,这种影响表现得比较明显。在同时用玉米秸和麦秸还田的情况下 ,施用化肥对蚯蚓的种群数量影响较小。有机肥的施入可以增加蚯蚓的种群数量 ,随着时间的延长这种趋势愈为明显。在几种秸秆还田的投入方式中 ,蚯蚓种群数量的大小次序为双倍麦还 >玉米麦秸全还 >麦还。因此在施用化肥的时候应当同时进行有机物投入 ,以保持土壤中良好的生物状况 ,这也是土壤培肥的重要环节。     

华北高产农田生态系统中蚯蚓种群次生演替规律

通过对山东省桓台县不同土壤肥力的农田生态系统中蚯蚓种群的调查发现 ,该地区农田生态系统中有 7种蚯蚓 ,高肥力土壤中蚯蚓相对较丰富 ,种群密度可达 83.83条 / m2 ,梯形流蚓为优势种 ;低肥力土壤中蚯蚓种群密度 4 0 .18条 / m2 ,优势种是天锡杜拉蚓。梯形流蚓和湖北远盲蚓在高肥力土壤中的种群密度要明显高于低肥力土壤 ;而其他几种蚯蚓种群数量变化不大 ,随着土壤肥力的演变 ,低肥力土壤中天锡杜拉蚓的优势地位随着土壤肥力的提高逐渐被梯形流蚓所代替。合理的投入特别是农田有机物投入可以加速农田生态系统中生态演替 ;试验中不同处理间蚯蚓的种群生物量有以下趋势 :化肥投入 <化肥与麦秸还田 <化肥与玉米麦秸全还田 <化肥与玉米麦秸全还田以及有机肥的施用。无论在高肥力还是低肥力的土壤上都表现出相同的规律 ,但蚯蚓种群组成并没有明显差异     

Soil Penetration by Earthworms and Plant Roots—Mechanical Energetics of Bioturbation of Compacted Soils

We quantify mechanical processes common to soil penetration by earthworms and growing plant roots, including the energetic requirements for soil plastic displacement. The basic mechanical model considers cavity expansion into a plastic wet soil involving wedging by root tips or earthworms via cone-like penetration followed by cavity expansion due to pressurized earthworm hydroskeleton or root radial growth. The mechanical stresses and resulting soil strains determine the mechanical energy required for bioturbation under different soil hydro-mechanical conditions for a realistic range of root/earthworm geometries. Modeling results suggest that higher soil water content and reduced clay content reduce the strain energy required for soil penetration. The critical earthworm or root pressure increases with increased diameter of root or earthworm, however, results are insensitive to the cone apex (shape of the tip). The invested mechanical energy per unit length increase with increasing earthworm and plant root diameters, whereas mechanical energy per unit of displaced soil volume decreases with larger diameters. The study provides a quantitative framework for estimating energy requirements for soil penetration work done by earthworms and plant roots, and delineates intrinsic and external mechanical limits for bioturbation processes. Estimated energy requirements for earthworm biopore networks are linked to consumption of soil organic matter and suggest that earthworm populations are likely to consume a significant fraction of ecosystem net primary production to sustain their subterranean activities.