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。     

植物修复石油烃污染土壤的机制

根据石油烃污染土壤植物修复的应用和研究现状,对近年来国内外植物修复机制进行阐述与探讨。植物首先通过根系直接吸收石油烃,并利用自身的新陈代谢或植物内生菌的协作将其去除。石油烃一旦被根系吸收,植物就会通过木质化作用将其储存在组织中,或通过植物挥发或植物降解将其转化成一些低毒的中间代谢产物或CO_2和H2O;而植物内生菌与植物降解、植物修复以及植物保护密切相关。其次,根际分泌物和根际微生物在石油烃污染土壤根际修复方面起到重要作用。根际是受根系活动影响的一个微生态区,因而可以认为根际修复是去除土壤中石油烃的主要方式。植物根系可以向根际释放一些分泌物和酶类。其中,酶可以直接作用于石油烃,对石油烃的降解起到关键的作用;而根际分泌物可以向根际微生物提供碳源、能源或共代谢物,使根际微生物数量和活性明显高于非根际,生物降解作用增强。今后可以从根际分泌物作用的微生态过程、功能基因的寻找和构建、厌氧氧化的过程和机制、植物内生菌的作用和应用,以及利用组学手段研究植物修复机制5个方面开展工作,以期望为未来植物修复工作提供重要的科学支持。     

小黑麦对石油污染盐碱土壤细菌群落与石油烃降解的影响

为了研究小黑麦对石油污染盐碱土壤中的细菌群落与石油烃降解率的影响,采用高通量测序技术,设置0 g/kg,1 g/kg和5 g/kg三个石油浓度,以未种植小黑麦的土壤作为对照,对6组不同处理的盐碱土壤样品的细菌群落结构及其多样性进行测定,并分析土壤中的石油烃降解率。结果表明:在土壤石油浓度为1 g/kg和5 g/kg时,小黑麦根际土壤中的石油烃降解率相较对照组分别提高了36.67%和33.20%。从6个土壤样品中分别获得21398—27899条测序序列。在石油污染土壤中,小黑麦根际土壤的细菌群落多样性和丰度均大于对照组的土壤。同时,在"门","纲","属"的分类水平上,小黑麦根际土壤细菌群落中的一些根际细菌的相对丰度增加了,主要包括变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、烷烃降解菌科-未命名菌属(Alcanivoracaceae_norank)、黄单胞菌属(Xanthomonas)、亚硝化单胞菌-不可培养菌属(Nitrosomonadaceae_unculture)等。有一些相对丰度增加的根际细菌是以石油及石油分解物为碳源的微生物。本研究证明种植小黑麦改变了石油污染盐碱土壤根际土壤细菌群落结构组成和多样性,促进了降解石油微生物群落的构建,显著提高了盐碱土壤石油污染的降解效果。研究结果为石油污染盐碱土壤的植物修复奠定了理论基础。     

麦棉套作棉花根际非根际土壤微生物和土壤养分

在麦棉套作栽培模式下,设置不隔根、纱网隔根和塑膜隔根3种麦棉套种方式,研究麦棉套作对棉花根际和非根际土壤微生物数量、活性和土壤养分（全氮、有效磷和速效钾）含量的影响,结果表明：麦棉套作有利于棉花根际与非根际土壤细菌的增殖,盛蕾期不隔根处理棉花根际土壤与非根际土壤细菌数量分别是塑膜隔根处理的2.57和2.81倍.但麦棉套作不利于土壤真菌和放线菌的增殖.细菌在土壤微生物区系中占99.9%.所以,麦棉套作显著提高了棉花土壤微生物数量,同时也增强了微生物活性.麦棉共处期纱网隔根处理棉花土壤全氮、有效磷、速效钾含量显著高于不隔根处理和塑膜隔根处理,证明麦棉套作系统中小麦根系分泌物与脱落物的存在对棉花土壤养分含量的增加有明显的促进作用,即存在种间营养补偿效应.而共处期不隔根处理套作棉土壤养分含量总体上显著低于隔根处理的现象则反映出小麦根系对棉花土壤养分的竞争作用大于其对棉花土壤养分的促进作用.小麦收获后,小麦根系对棉花养分的竞争作用解除,不隔根处理棉花土壤养分含量显著高于塑膜隔根和纱网隔根处理.     

转基因棉花根际土壤DNA的提取方法研究

采用直接裂解方式,通过玻璃珠、溶菌酶和SDS共同作用直接从转基因棉花SGK321和中棉所41的根际土壤中提取微生物DNA。结果表明,该方法能从两种转基因棉花根际土壤中提取到20kb大小的完整的DNA片段。所得DNA完全适用于PCR扩增和酶切的要求。     

不同荒漠植物根际土壤微生物群落结构特征

于2015年7月在甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区采集膜果麻黄(Ephedra przewalskii)、红砂(Reaumuria songarica)、合头草(Sympegma regelii)、泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)5种典型荒漠植物根际土壤样品,利用磷脂脂肪酸(PLFA)法结合Sherlock微生物鉴定系统分析了土壤微生物群落结构。结果表明,5种荒漠植物根际土壤微生物磷脂脂肪酸种类和组成差异显著,其中表征革兰氏阳性菌的18:0 iso、16:0 iso和17:1 isoω9c分别为红砂、珍珠猪毛菜特有表征放线菌的18:1ω7c 10-methyl仅在珍珠猪毛菜根际存在。总PLFAs、真菌、放线菌和真菌/细菌在珍珠猪毛菜中显著最高,革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌在膜果麻黄和珍珠猪毛菜根际显著高于其他植物,AM真菌在合头草根际有最高值。结构方程模型分析表明,与植物相比,土壤因子对微生物群落结构影响更为显著,其中易提取球囊霉素对放线菌有显著影响,土壤碱解氮是革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的主要影响因子。同时,土壤微生物群落结构可用于检测不同荒漠植物根际微环境土壤退化状况。     

土壤微生物群落磷脂脂肪酸PLFA生物标记多样性

磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记法是一种可定性和定量分析土壤中微生物群落多样性的方法.研究以烟田土壤为例,应用生态学评价方法,即丰富度 (S)、均匀度(J)、Simpson优势度(D)、Shannon-Wiener(H1)、Brillouin(H2)和McIntosh(H3)多样性指数等测度方法,分析土壤中微生物群落PLFAs生物标记的多样性.研究结果表明,供试土壤微生物群落中,先后出现了43种PLFAs,将其聚类分析,可以将所获得的PLFAs分成五大类:第Ⅰ类为高含量、高频次和多样性,PLFA为18:1ω9c的真菌生物标记;第Ⅱ类为高含量、高频次和多样性,PLFA为16:0的假单胞菌生物标记;第Ⅲ类为高含量、高频次,多样性中等,PLFA为16:1ω5c的甲烷氧化菌生物标记;第Ⅳ类为中等含量,频次较高,多样性中等,含有表征好氧菌的i15:0、a15:0、i16:0和a17:0的PLFA,还有表征厌氧菌的18:1ω7c以及硫酸盐还原菌的16:0 10Me;第Ⅴ类为低含量,低频次和多样性,其特征生物标记有表征好氧菌的I 15:0 3OH、15:1 I G、a16:0、i16:1 G、i16:1 H、17:0、i17:0、15:0 2OH、15:0 3OH、17:0和17:0 2OH的PLFAs,存在有表征真菌的18:3ω6c (6,9,12)、放线菌的17:0 10Me和18:0 10Me以及表征原生动物的20:4ω6,9,12,15c.说明供试土壤中能够起主导作用的功能菌依次是真菌、假单胞菌、甲烷氧化菌和部分的好氧菌、厌氧菌及硫酸盐还原菌,将为合理调节土壤微生态系统提供指导,是一种可行的评价土壤微生物群落多样性的新方法.     

入侵植物薇甘菊的根际土壤微生物特征

盆栽试验比较入侵植物薇甘菊(Mikania micrantha)和本土植物爬山虎(Parthenocissus tricuspidata)生长过程中的根际土壤微生物结构(磷脂脂肪酸方法)、酶活性及理化性质的特征, 以期揭示薇甘菊入侵过程中的土壤微生物学机制。结果显示: 与本地种爬山虎相比, 薇甘菊根际土壤pH 值降低, 有机质、总氮、铵氮和有效磷含量减少, 但硝态氮含量增加。薇甘菊根际土壤的细菌、真菌、放线菌脂肪酸含量高于爬山虎, 脱氢酶、脲酶、蛋白酶和磷酸酶活性显著增强。相关分析表明土壤微生物磷脂脂肪酸含量及酶活性与土壤有机质、氮、磷营养盐呈显著相关。     

真菌对石油污染土壤的降解研究

利用微生物对石油污染土壤进行生物降解，具有操作简单，费用低廉，场地适用性强等特点。挑选了2种菌株，进行了室内油降解实验，在摇床实验油降解率：微生物真菌（Faserium．LK）（土著）和真菌（Phanerochaete．Chrysosprium），在20d分别为41.2％和28．1％，真菌（Fusarium．LK）高于真菌（Phane－rochate．Chrysosprium）的降解率，而在培养箱石油污染土壤中，真菌（Fusarium．LK）（土著）和真菌（Phane－rochaete.Chrysosprium），在50d分别为61.8％和66．1％，（Fusarium.LK）低于（Phanerochaete.Chrysosri-um）。     

不同年限茶树根际土壤微生物群落PLFA生物标记多样性分析

以1年生、6年生与20年生茶树根际土壤为研究对象,利用磷脂脂肪酸(PLFAs)生物标记法,对不同年限茶树根际土壤微生物多样性进行了研究.结果表明:6年生茶树根际土壤的PLFA总量最大,其细菌、放线菌与原生动物的PLFA含量高于其他土壤样品;20年生茶树根际土壤的真菌PLFA含量高于其他土壤样品,细菌PLFA含量与1年生茶树根际土壤相近(P＞0.05),放线菌与原生动物PLFA含量均低于其他土壤样品(P＜0.01);在20年生茶树土壤中,一些参与土壤物质循环的微生物类群的丰度在下降,一些代谢能力低的类群丰度增加;土壤酶活性分析结果表明,与6年生茶树土壤相比,20年生茶树土壤的脲酶、酸性磷酸单酯酶与过氧化物酶活性较低,蔗糖酶与多酚氧化酶活性较高;通过相关性分析发现,不同年限茶树土壤细菌、放线菌、真菌、原生动物各总PLFA与酶活性、土壤肥力因子之间密切相关;随着茶树种植年限的增加,茶树根际土壤的微生物群落结构发生了较大的变化,体现在微生物群落的多样性降低,适应于贫瘠条件与低代谢能力的种群增多,反映出根际土壤质量与一些关键酶活性出现较大幅度下降.     

磷脂脂肪酸方法在土壤微生物分析中的应用*

磷脂脂肪酸(PLYA)是活体微生物细胞膜的重要组分,不同类群的微生物能通过不同的生化途径合成不同的PLFA,部分PLFA可以作为分析微生物量和微生物群落结构等变化的生物标记。在土壤微生物分析中,越来越多地采用了PLFA方法。主要对PLFA方法在土壤微生物分析中的应用做一综述。     

古菌细胞膜脂在生物地质学中的应用

古菌是区别于真核生物和原核生物的第3种生命形式, 对于揭示全球元素循环、指示地质环境等意义重大, 是目前生物地球化学研究的热点之一, 本文综述了近几十年来, 古菌细胞膜脂应用于生物地质学等方面的研究进展, 并对古菌该研究领域尚待加强的方面进行了评述和展望。     

Soil microbial biomass and community composition along an anthropogenic disturbance gradient within a long-leaf pine habitat

Some of the finest surviving natural habitat in the United States is on military reservations where land has been protected from development. However, responsibilities of military training often require disturbance of that habitat. Herein, we show how the soil microbial community of a long-leaf pine ecosystem at Fort Benning, Georgia responds to military traffic disturbances. Using the soil microbial biomass and community composition as ecological indicators, reproducible changes showed increasing traffic disturbance decreases soil viable biomass, biomarkers for microeukaryotes and Gram-negative bacteria, while increasing the proportions of aerobic Gram-positive bacterial and Actinomycete biomarkers. Soil samples were obtained from four levels of military traffic (reference, light, moderate, and heavy) with an additional set of samples taken from previously damaged areas that were remediated via planting of trees and ground cover. Utilizing 17 phospholipid fatty acid (PLFA) variables that differed significantly with land usage, a linear discriminant analysis with cross-validation classified the four groups. Wilks’ lambda for the model was 0.032 (P<0.001). Overall, the correct classifications of profiles was 66% (compared to the chance that 25% would be correctly classified). Using this model, 10 observations taken from the remediated transects were classified. One observation was classified as a reference, three as light trafficked, and six as moderately trafficked. Non-linear artificial neural network (ANN) discriminant analysis was performed using the biomass estimates and all of the 61 PLFA variables. The resulting optimal ANN included five hidden nodes and resulted in an r² of 0.97. The prediction rate of profiles for this model was again 66%, and the 10 observations taken from the remediated transects were classified with four as reference (not impacted), two as moderate, and four as heavily trafficked. Although the ANN included more comprehensive data, it classified eight of the 10 remediated transects at the usage extremes (reference or heavy traffic). Inspection of the novelty indexes from the prediction outputs showed that the input vectors from the remediated transects were very different from the data used to train the ANN. This difference suggests as a soil is remediated it does not escalate through states of succession in the same way as it descends following disturbance. We propose to explore this hysteresis between disturbance and recovery process as a predictor of the resilience of the microbial community to repeated disturbance/recovery cycles.     

鄱阳湖湿地土壤微生物群落结构沿地下水位梯度分异特征

为了揭示地下水位梯度对湿地土壤微生物群落的影响,在鄱阳湖典型碟形湖泊白沙湖洲滩湿地设置了200m×300m大样地,沿地下水位梯度划分4个样带(从湖岸到湖心依次为GT-A,GT-B,GT-C,GT-D),采集了不同梯度带的土壤样品,利用磷脂脂肪酸法分析其土壤微生物群落结构分异特征。结果表明,随着地下水位抬升,土壤pH和沙粒含量升高,而有机碳、容重、粘粒和粉粒含量降低。与地下水位最低的梯度(GT-A)相比,地下水位在地表上下波动(GT-D)时,土壤微生物量碳氮及其分配比例分别增加了2.82、4.30、5.77和7.15倍;土壤微生物总量、细菌生物量、放线菌生物量、革兰氏阳性细菌及革兰氏阴性细菌生物量分别增长了106.8%、117.2%、74.9%,107.9%和207.2%。洲滩地下水位梯度的升高增加了土壤微生物群落的环境压力,进而降低了其群落结构的多样性。土壤微生物群落结构组成与土壤pH、含水量、沙粒含量以及碳氮比呈显著相关关系,而土壤微生物商则主要受pH和土壤质地的影响。以上结果表明地下水位梯度所引起的土壤微环境变化对微生物量、土壤有机碳周转和群落结构均产生了深刻影响。     

增温对长白山苔原土壤微生物群落结构的影响

研究土壤微生物群落结构对温度升高的响应,对预测气候变化条件下土壤微生物以及土壤养分循环具有重要意义。采用开顶箱(OTC,Open-top chamber)增温方法对长白山苔原土壤进行连续两个生长季(6—9月)增温处理,结果表明:增温使土壤磷脂脂肪酸(PLFA,Phospholipid fatty acid)总量降低了16.1%,革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌比值(G+/G-)升高21.2%。增温与对照条件下的G+、G-、细菌、真菌的PLFAs相对含量和真菌/细菌比值在统计上无显著差异,除真菌与G-外,其它指标均存在明显的季节波动。增温与对照条件下,细菌、G+、G+/G-和PLFA总量在土壤温度较高的7、8月份较温度较低的9月份高,真菌/细菌比值则在9月份温度较低时达到最大值。主成分分析表明,整个生长季代表真菌和G-的脂肪酸相对变化较明显。冗余分析(RDA,Redundancy analysis)表明,G+/G-比值与土壤温度呈正相关关系,土壤含水量与PLFA总量呈负相关关系,表明增温直接或间接导致G+/G-比值和PLFA总量变化,改变了土壤微生物的群落结构。     

Effects of short-Term experimental warming on soil microbes in a typical alpine steppe北大核心CSCD

Aims Soil microbe plays key role in mediating terrestrial carbon cycles. It has been suggested that climate warming may affect the microbial community, which may accelerate carbon release and induce a positive feedback to soil climate warming. However, there is still controversy on how microbial community responds to experimental warming, especially in cold and drought environment. Methods We conducted an open top chambers (OTCs) experiment to explore the effects of warming on soil microbial community in an alpine steppe on Qinghai-Xizang Plateau. During the maximum of the growing seasons (August) of 2015 and 2016, we monitored the biomass and structure of soil microbial community in warming and control plots using phospholipid fatty acids (PLFA) as biomarkers. Important findings Short-Term warming treatment significantly increased the soil temperature by 1.6 and 1.6 C and decreased soil moisture by 3.4% and 2.4% (volume fraction) respectively, but did not alter either soil properties or normalized difference vegetation index (NDVI) during the growing season (from May to October) in 2015 and 2016. During the maximum of growing seasons (August) of 2015 and 2016, the magnitude of microbial biomass carbon (MBC) were 749.0 and 844.3 mg·kg-1, microbial biomass nitrogen (MBN) were 43.1 and 102.1 mg·kg-1, and the microbial biomass C:N ranged between 17.9 and 8.4. Moreover, all three showed no significant differences between warming and control treatments. The abundance of bacteria was the most in microbial community, while arbuscular mycorrhizal fungi was the least, and warming treatment did not alter the abundance of different microbial group and the microbial community structure. Nonetheless, our result revealed that warming-induced changes in MBC had significant positive correlation with changes in soil temperature and soil moisture. These patterns indicate that, microbial community in this alpine steppe may not respond substantially to future climate warming due to the limitation of soil drought. Therefore, estimation of microbial community response to climate change calls for consideration on the combined effect of warming and drought. © 2018 Editorial Office of Chinese Journal of Plant Ecology. All rights reserved.