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.
     

沙地不同发育阶段的人工生物结皮对重金属的富集作用

生物结皮广泛存在于沙地生态系统,具有重要的生态功能.通过对位于库布齐沙漠腹地达拉特旗火力发电厂附近沙地中不同年代人工生物结皮及物理结皮中重金属含量的测定,旨在分析不同类型生物结皮及物理结皮在不同的发育阶段对重金属富集的影响和重金属污染的指示程度.通过分析和比较,得出以下结论:不同年代生物结皮和物理结皮各种重金属含量均表现为随着发育时间的增加而增加的趋势,生物结皮重金属含量多数类型表现为:Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞Cu＞As＞Co＞Cd＞Hg的顺序关系,少数类型表现为:Cr＞Zn＞Ni＞Pb＞Cu＞As＞Co＞Cd＞Hg的顺序关系.通过单因素方差分析(ANOVA),不同年代藓结皮中各种元素差异显著性(P＜0.05)明显低于藻结皮和物理结皮.相同年代生物结皮和物理结皮重金属含量都表现为同样地规律:藓结皮＞藻结皮＞物理结皮,表明相同背景条件下,藓结皮对各种重金属的富集能力明显比藻结皮和物理结皮的富集能力强.通过单因素方差分析(ANOVA),Hg和Ni元素含量在所有相同年代样地的生物结皮和物理结皮均无差异,Cr、Zn、Cu、Co元素含量均存在差异(P＜0.05),但差异有的表现在藓结皮和藻结皮之间,而有的表现为藻结皮和物理结皮之间,而Pb、As、Cd元素含量则表现为有的年代有差异,有的年代无差异.通过污染因子CF值分析,藓结皮对污染的指示作用要明显比藻结皮和物理结皮敏感.同时生物结皮对于重金属的富集具有一定的选择性,像Hg、Ni、Zn、Cu、Pb、Co等元素生物结皮相对富集较少,而像Cr、Cd、As等元素相对富集较多.     

贺兰山东麓荒漠藻结皮微生物群落结构及其演替研究

以宁夏贺兰山东麓荒漠藻结皮为研究对象,对处于不同发育阶段的藻结皮中微生物群落结构及其演替进行了研究。结皮样品高通量测序结果分别得到521个16S rDNA序列操作分类单元(OTU)和64个18S rDNA序列OTU,表明藻结皮中原核微生物多样性远高于真核微生物;贺兰山东麓藻结皮中原核微生物分布于26个纲,Cyanobacteria在各个发育阶段中都是优势微生物类群,Actinobacteria、Chloroplast、Alphaproteobacteria和Bacilli在藻结皮发育的各个阶段相对丰度也较高;从属水平上分析,Bacillus、Leptolyngbya、Microcoleus、Microvirga、Chroococcidiopsis、Rubellimicrobium、Phormidium、Mastigocladopsis、Skermanella、Nostoc、Scytonema共11个属在各个发育阶段的藻结皮中都存在,只是出现了丰度的差异。Bacillus在藻结皮形成期、发育初期和发育中期相对丰度较大,成熟期丰度显著下降,而成熟期Microvirga丰度较前3个时期显著增...     

腾格里沙漠不同生物土壤结皮微生物多样性分析

主要采用MiSeq技术对腾格里沙漠不同生物土壤结皮中微生物16S rRNA基因V4-V5区进行测序, 分析其细菌群落结构的组成、丰度以及多样性, 通过非度量多维尺度法和Venn图解释微生物群落结构对生物土壤结皮演化过程的响应。结果表明不同生物土壤结皮在门水平上主要以Proteobacteria、Actinobacteria和Cyanobacteria为优势类群; 结皮下流沙层在门水平上主要以Actinobacteria、Proteobacteria、Chloroflexi和Acidobacteria为优势类群。在OTUs组成上, 样品之间存在共同的微生物类群, 也存在差异的微生物类群。结皮下流沙层的微生物群落结构组成相似, 与结皮中微生物群落结构的组成差异较大, 且藻结皮和藓结皮中微生物类群差异明显, 说明微生物类群对生物土壤结皮的演化过程做出了环境响应。在从流沙向藻结皮到藓结皮的演化过程中, 放线菌(Actinobacteria)、蓝细菌(Cyanobacteria)和变形菌(Proteobacteria)对结皮形成、演化的生物地球化学循环过程发挥着重要的影响。结皮中不同微生物类群丰度的差异表明其对沙漠土壤环境变化的响应以及生态功能的不同。     

古尔班通古特沙漠生物结皮不同发育阶段中藻类的变化

通过在古尔班通古特沙漠南缘相同的地貌部位,选择裸沙、藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮4种不同演替阶段中的生物结皮,研究了藻类的种类组成、优势种和生物量的变化.结果表明:(1)在结皮的不同演替阶段,藻类种类组成不同,其常见物种有一定的差异,如裸沙中藻类常见种是脆杆藻2(Fragilaria sp.2)、威利颤藻(Oscillatoria willei)和奥克席藻(Phormidium okenii),藻结皮的常见种是小聚球藻(Synechococcus parvus)、颗粒常丝藻 (Tychonema granulatum)、韧氏席藻(Phormidium retzli);同时在不同发育阶段亦存在一些特有种.(2)在裸沙发育到成熟生物结皮的过程中,藻类的优势物种也发生相应的变化.裸沙、藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮的优势种分别是脆杆藻1(Fragilaria sp.1)、具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)、具鞘微鞘藻、眼点伪枝藻(Scytonema ocellatum)或集球藻(Palmellococcus miniatus).(3)藻类生物量在生物结皮不同演替阶段差异极显著(P<0.01),在裸沙中藻类生物量最低,随着生物结皮的逐渐发育,藻类生物量明显升高,地衣结皮最高,约是裸沙的8.3倍,当发育至苔藓结皮时,藻类生物量又有所下降.(4)在裸沙中基本为松散的沙粒,随着生物结皮的演替,丝状种类占明显的优势,尤其是具鞘微鞘藻,另外真菌菌丝和苔藓假根分别在地衣结皮和苔藓结皮中起着重要作用.     

毛乌素沙地南缘沙丘生物结皮中微生物分布特征

为探明半干旱沙区生物结皮中微生物分布特征,对毛乌素沙地南缘沙丘生物结皮中微生物数量进行了测定。结果表明:微生物总数从丘顶到丘间地呈递增趋势,除丘顶与迎风坡、迎风坡与背风坡结皮层微生物总数差异不显著外,其他各地貌部位结皮层微生物数量之间差异显著。同一地貌部位结皮层、0～5和5～10cm土层微生物垂直分布有变化,其变化规律为:除迎风坡放线菌数量呈先增加后递减、迎风坡微生物总数、细菌、真菌和丘顶真菌数量随剖面的加深呈递减外,其他各地貌部位微生物数量均呈先降低,后增加的趋势。微生物类群的组成表现为细菌最多,放线菌次之,真菌最少。在丘间地细菌所占微生物总数的比例与丘顶相比有所增加,而放线菌和真菌的比例有所减少。结皮下0～5和5～10cm土层微生物分布与土壤含水量的变化同步,说明土壤水分可能是影响微生物垂直分布的重要因子。     

具鞘微鞘藻在荒漠藻结皮形成过程中的作用

具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)是荒漠藻结皮主要的优势物种,在藻结皮的形成和发育过程中发挥着非常重要的作用。为了探讨具鞘微鞘藻在荒漠藻结皮形成过程中的作用,通过实验室内模拟藻结皮不同发育阶段,研究了具鞘微鞘藻在结皮形成过程中对藻类生物量、结皮厚度及其抗压强度的影响;同时利用光学显微镜和扫描电镜对藻结皮微结构观察,分析了不同发育阶段沙粒和具鞘微鞘藻之间的胶结方式和作用机理。结果表明:(1)藻结皮形成的最初阶段,结皮状态主要由细菌及小型蓝绿藻分泌胞外多糖的黏结作用和结皮表面有机质层的保护作用维持,但该阶段的藻结皮比较脆弱,抗压强度仅为(12.21±1.58)Pa;当具鞘微鞘藻大量出现后,逐步占据了明显的优势地位,沙粒间的黏结作用被更高强度的具鞘微鞘藻机械束缚力所取代,成为该阶段藻类结皮硬度提高的重要贡献者;(2)随着具鞘微鞘藻接种比例的逐渐增加,藻结皮中的藻类生物量、结皮厚度及抗压强度均呈现出升高的趋势(P0.01),当接种比例增加为80%时达到最高值;然而,当具鞘微鞘藻接种比例为100%时,各项指标却又有所下降。重点探讨藻结皮不同发育阶段沙粒间的胶结形式及微形态变化,深入揭示具鞘微鞘藻在藻结皮形成和发育过程中的作用机理,为旱生藻类广泛应用于荒漠植被恢复与重建过程提供重要的试验数据和理论依据。     

水分对具鞘微鞘藻构建人工藻结皮的作用

为探讨水分在利用室内培养具鞘微鞘藻构建人工藻结皮中的作用,本文研究了不同施水量和施水时间下人工藻结皮中的藻类生物量、结皮厚度、抗压强度和微结构变化.结果表明:利用具鞘微鞘藻在裸沙上接种,无水处理藻类生物量极低,无藻结皮形成.随着施水量的增加,藻结皮开始出现直至形成稳定的藻结皮,藻类生物量、结皮厚度和抗压强度显著增加,藻丝和胞外多糖逐渐增多,与沙粒缠绕成复杂的网状结构.施水15 d,形成稳定的藻结皮,藻类生物量、结皮厚度和抗压强度最高.具鞘微鞘藻形成藻结皮的最适施水量是3～4L·m-2·d-1,施水时间为15 d.土壤可利用水分可促进具鞘微鞘藻的代谢活动和胞外多糖合成,从而增加藻类生物量,提高其耐旱能力,早期的水分获得是其成功形成藻结皮的关键因素.研究结果将为利用荒漠藻类进行人工生物结皮恢复提供重要的理论依据.     

民勤绿洲边缘沙丘生物土壤结皮发育对浅层土壤质地、养分含量及微生物数量的影响

为探明干旱沙区沙丘生物土壤结皮形成及发育对浅层土壤质地、养分含量及微生物数量的影响,以民勤绿洲边缘结皮前期阶段(NCS)、物理-藻类结皮阶段(PACS)、藻类-地衣结皮阶段(ALCS)以及地衣-藓类结皮阶段(LMCS)的0—1 cm层土壤为研究对象,研究了土壤颗粒组成、土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量以及土壤微生物数量动态变化。结果表明:1)生物土壤结皮在NCS向ALCS的发育过程中,其有效地提高了0—1 cm层土壤细沙粒(0—200μm)含量,同时降低了粗砂粒(200—2000μm)含量;在ALCS向LMCS演替过程中,土壤粒度组成无明显变化。2)土壤结皮形成与发育对0—1 cm层土壤有机质、全氮、速效磷以及速效钾含量均有显著影响(P0.05),4种养分含量均随生物结皮演替逐渐增大。3)在土壤结皮形成与演替过程中,0—1 cm层土壤细菌、放线菌以及真菌数量均呈现出先增大后减小趋势(峰值均出现在PACS),土壤总藻生物量一直处于持续增大趋势;在5—12月期间,土壤微生物数量或生物量变化均呈现出先增大后减小趋势。4)土壤结皮在NCS向PACS演替过程中,土壤颗粒组成的改变是土壤微生物量及养分变化的主要驱动因子;PACS向LMCS演替过程,土壤藻类、地衣、藓类是提高土壤养分含量的主要因子。表明民勤绿洲边缘沙丘生物土壤结皮形成与发育能有效地改善浅层土壤质量,提高土壤肥力,同时对土壤生态系统改善及生态环境保护具有重要作用。     

风力胁迫对具鞘微鞘藻结皮光合活性的影响

抵抗风力胁迫是荒漠藻类适应干旱区环境的重要生物学机制,也是藻结皮能够拓殖流沙的必要条件之一,但有关藻类对风力胁迫的响应机理国内外尚无研究报道。以具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus Gom.)人工结皮为实验对象,研究了不同强度风力吹蚀对结皮含水量、藻类活力、生物量、及其光合活性的影响。结果表明:不论低于当地起沙风(3m/s)还是高于起沙风(5m/s和7m/s)的风力吹蚀,结皮中藻类生物量均明显下降,而且结皮生物量的变化与风速大小和吹蚀时间呈线性关系(y=14.78+0.035a-1.48b,a风速,b时间,r2=0.79)。进一步分析发现,风力吹蚀后结皮中藻类活力并没有降低但主要光合色素和天线色素的含量普遍降低,叶绿素荧光(Fv/Fm)、表观电子传递速率(ETR)和净光合速率(Pn)明显下降,并且风速越大,降幅越大。这些结果说明风力胁迫对藻结皮生长和光合活性的影响主要是通过影响光合色素代谢合成和电子传递速率引起的,对其生命力没有明显影响。