恩诺沙星残留对土壤中固氮细菌固氮基因(nifH)多样性的影响

为了了解恩诺沙星在环境中残留对土壤微生物的影响,通过PCR扩增、基因克隆、RFLP分析法对恩诺沙星影响下的土壤微生物固氮酶nifH基因的分子多样性进行了分析。结果表明,恩诺沙星作用于土壤后第35天,Ⅰ-Ⅵ组的OTUs与克隆子的百分比分别为:34.31%、32.18%、26.04%、20.83%、19.09%、20.00%;第70天,Ⅰ-Ⅵ组的OTUs与克隆子的百分比分别为:23.85%、20.75%、18.26%、16.67%、14.58%、11.67%。对照组多样性指数均高于添加药物组,第35天,对照组的M argalef指数与添加药物各组差异均显著(P0.05),第70天,仅与10μg/g和50μg/g两组差异显著;第35天,除了0.01μg/g组,对照组的Shannon-Wiener指数与其他添加药物组差异均显著,第70天,仅与10μg/g和50μg/g两组差异显著。由此可见,随着药物作用的时间延长,药物含量0.01-1μg/g组土壤固氮微生物的多样性与对照组之间的差异变小。     

氮肥对小麦田土壤nirS型反硝化细菌多样性的影响

摘要：【目的】研究施用无机氮肥对小麦田土壤nirS型反硝化细菌多样性的影响。【方法】通过构建反硝化细菌亚硝酸盐还原酶nirS基因克隆文库,采用限制性片段长度多态性（Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP）技术分析了施氮肥处理和不施氮肥处理土壤中nirS型反硝化细菌的多样性。【结果】两种处理各自分别得到了27个可操作分类单元（Operational Taxa Units, OTUs）,其中有9个OTUs在两个处理中相同。虽然两种处理中 nirS反硝化细菌的香农-威纳指数,Simpon指数,丰富度指数,均匀度指数相近,但是土壤的OTU类型发生了很大变化。通过对施氮肥处理nirS文库中11个代表性nirS克隆子的序列分析,有10个克隆子与数据库中的nirS序列的相似度在73％～95％之间,有1个序列在数据库中找不到相似序列。【结论】施氮肥在短期内显著改变了土壤中nirS型反硝化细菌群落结构的构成。     

恩诺沙星对土壤微生物群落功能多样性的影响

为了评价恩诺沙星(enrofloxacin)对土壤微生物群落的影响,借助BIOLOG检测法比较了不同浓度恩诺沙星影响下的土壤微生物的群落特征。结果表明,各添加药物组与空白对照组的土壤微生物群落代谢多样性差异显著(P<0.05),空白对照组土壤微生物在BIOLOG微平板上的平均每孔颜色变化率(AWCD)和微生物代谢多样性指数(丰富度和多样性)显著高于添加药物组;药物显著影响微生物群落对BIOLOG微平板中碳源的利用能力,较低浓度的恩诺沙星(0.01μg/g)就显著影响了土壤微生物群落对α-Ketobutyric Acid、L-Phenylalanine、1-Erythritol、D-Xylose等碳源的利用代谢能力(P<0.05),且土壤微生物群落利用各类碳源的能力随药物浓度加大而降低。由此可见,恩诺沙星在土壤中残留时对土壤微生物的影响不容忽视。     

采伐剩余物管理对杉木人工林土壤nosZ型反硝化细菌群落多样性的影响

反硝化细菌是土壤氧化亚氮(N₂O)排放的关键因子。以杉木人工林为研究对象,设置4种采伐剩余物处理方式(RF:对照;RB:火烧;MT:粉碎;NR:移除),采用高通量测序技术,以nosZ为标记基因,测定了自2018年9月—2020年9月,2年期间土壤nosZ型反硝化细菌群落的组成和丰度。研究结果显示,4种采伐剩余物处理中的土壤nosZ型反硝化细菌90%以上来自变形菌门,优势菌属包括固氮螺菌属、中慢生根瘤菌属、动胶菌属、伯克霍尔德菌属、嗜酸菌属、慢生根瘤菌属、假单胞菌属、固氮弧菌属以及无色杆菌属;样本间差异物种的显著性分析表明,在处理完成半年时,火烧相较于对照于β-变形菌纲水平显著增加了nosZ基因丰度;在处理完成一年时,火烧分别于红螺菌目、红螺菌科、固氮螺菌属水平显著高于粉碎;粉碎相较于移除在处理完成一年时,于γ-变形菌纲和产碱菌科水平显著增加了nosZ基因丰度;在处理完成两年时,粉碎处理的nosZ基因丰度在变形菌门水平显著高于对照和火烧。α多样性数据显示,处理完成一年时,粉碎处理相较于对照和移除显著增加了Shannon和Simpson指数;处理完成两年时,粉碎和火烧...     

恩诺沙星残留对土壤微生物功能的影响

研究了恩诺沙星残留对土壤呼吸作用、纤维分解作用、氨化作用、硝化作用的影响 ,结果表明 ,相对较低浓度恩诺沙星残留(0 .0 1μg/ g土 ,0 .1μg/ g土 )刺激土壤呼吸作用 ,相对较高浓度恩诺沙星残留 (1μg/ g土 )对土壤呼吸作用产生抑制 ,药物作用活性维持期为 6 d;恩诺沙星残留对土壤纤维分解作用影响较不明显 ;较低浓度恩诺沙星残留 (0 .0 1μg/ g土 ,0 .1μg/ g土 )对土壤氨化作用有刺激作用 ,而较高浓度恩诺沙星残留 (1μg/ g土 ,10μg/ g土 )则会对其起抑制作用 ,药物作用活性期为 9d;不同浓度恩诺沙星对土壤硝化作用影响极其显著 ,当恩诺沙星浓度达到 1μg/ ml时 ,在 3～ 9d内 ,对土壤硝化作用有一定抑制作用。当恩诺沙星浓度达到 10μg/ ml时 ,强烈抑制了土壤硝化作用 ,直到本试验结束时 ,其抑制作用未见减弱。结果表明恩诺沙星残留影响了土壤微生物这些功能 ,因而可能影响到土壤特性和土壤中一些生态过程     

农药污染对水稻田土壤反硝化细菌种群数量及其活性的影响

在实验室条件下,研究了农药污染对水稻田土壤反硝化细菌(Denitrfying bacteria,DNB)种群数量及其反硝化活性的影响。结果表明,紫色稻田土壤、黄松稻田土壤和红壤稻田土的DNB种群数量范围分别为59．04×10⁴～157．59×10⁴、42．89×10⁴～108．97×10⁴和32．14×10⁴～75．30×10⁴cfu·g^-1,稻田土DNB种群数量和土壤NO3^-的消耗量之间具有正相关性。在1kg干土中加入1mg丁草胺或呋喃丹,能刺激DNB的生长及其反硝化活性,在1kg干土中加入5mg多菌灵、10mg丁草胺或呋喃丹,对DNB的生长及其反硝化活性有明显的抑制作用,丁草胺和呋喃丹施后7d,多菌灵施后14d,对水稻田土壤的DNB种群数量和反硝化活性抑制作用达到最大,然后逐渐减轻,最后呈现一定的促进作用。     

九龙江河口区nirS型反硝化细菌多样性及系统发育学分析

【目的】结合16S rRNA基因克隆文库和nirS基因克隆文库的分析,揭示九龙江河口区nirS型反硝化细菌多样性。【方法】选取九龙江河口区一富营养化采样点,分别采集水样及沉积物样品,进行理化因子的测定并提取细菌总DNA。以水样DNA构建16S rRNA基因克隆文库,以沉积物DNA构建nirS基因克隆文库,分析微生物群落结构的多样性并构建系统发育树。【结果】从16S rRNA基因克隆文库中获得86条有效序列,按97%的序列相似性划分为53个OTU,分别属于Proteobacteria门、Planctomycetes门、Bacteroidetes门、Actinobacteria门、Firmicutes门和Chloroflexi门。其中属于Proteobacteria门OTU的克隆子占克隆数的62.9%,是最优势的类群,分属于Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria和Deltaproteobacteria纲等。从nirS基因克隆文库中获得190条有效序列,翻译为氨基酸序列后,按82%的序列相似性划分为60个OTU,并定位到属的水平。其中Proteobacteria门是最优势的类群,占文库克隆子总数的71.6%,包括Alphaproteobacteria纲(5.8%)、Betaproteobacteria纲(49.0%)和Gammaproteobacteria纲(16.9%)。nirS基因克隆文库中丰度最高的OTU与GenBank中的一株可培养反硝化菌Thauera sp. R-26906具有100%的序列相似性。【结论】九龙江河口区的微生物以及亚硝酸盐还原酶基因(nirS)具有丰富的多样性。大部分NirS序列在GenBank中的最相似序列来源于河口、海湾等相似的环境。     

硝化细菌中亚硝酸盐氧化还原酶的研究进展

亚硝酸盐氧化还原酶(nitrite oxidoreductase,NXR)是硝化细菌将亚硝酸盐氧化为硝酸盐的关键酶,广泛存在于亚硝酸盐氧化菌中.由于它是可溶性的膜内酶,其催化机理与膜内电子传递密切联系,给它的研究带来了一定的困难.本文综述了多年来国内外研究者从不同方面对NXR研究的成果,详细论述了NXR的组成结构、工作机理以及不同因子对其活性的影响,总结了近几年应用于研究NXR的新方法,并展望了对NXR研究的发展方向及其意义.     

大气CO2浓度增高对麦田土壤硝化和反硝化细菌的影响

硝化和反硝化细菌是土壤中与氮转化有关的微生物菌群 ,大气CO2 浓度升高可能对它们的数量产生影响。位于中国无锡的稻 麦轮作农田生态系统FACE平台 2 0 0 1年 6月开始运行。本试验在 2 0 0 3年小麦生长季研究了土壤 (0～ 5cm和 5～ 10cm土层 )中硝化和反硝化细菌在大气CO2 浓度升高条件下的变化。试验采用最大可能法 (MPN)计这两种微生物菌群的数量。结果表明 ,0～ 5cm土层硝化菌数拔节期和成熟期FACE低于对照 ,而孕穗期FACE高于对照 ,5～ 10cm土层硝化菌数越冬期与成熟期FACE低于对照 ,大气CO2 浓度升高使得麦田土壤硝化细菌数目减少。 0～ 5cm土层各个生长期反硝化菌数FACE与对照均没有明显差异 ,5～ 10cm土层反硝化菌数拔节期FACE低于对照 ,大气CO2 浓度升高对麦田土壤反硝化菌的影响不大。     

溴甲烷熏蒸对土壤反硝化作用及nosZ型反硝化微生物群落结构的影响

【目的】探究溴甲烷熏蒸对土壤反硝化作用的影响及机制。【方法】本研究采用nos Z-PCR-RFLP(Restriction fragment length polymorphism)方法、nos Z-MPN-PCR(Most-Probable-Number-PCR)计数法和土壤硝酸根的消灭率方法研究溴甲烷熏蒸对土壤nos Z型反硝化细菌群落结构、数量及反硝化活性的影响。【结果】实验结果说明溴甲烷熏蒸剂熏蒸土壤100 d土壤的反硝化作用与对照无显著差异(P>0.05)。溴甲烷熏蒸土壤和对照土样nos Z型反硝化细菌群落的Margalef指数,Shannon-Wiener和Evenness指数无显著差异(P>0.05)。溴甲烷熏蒸土壤和对照土壤中存在Uncultured bacterium partial rhodopsendomonas、pseudomonas fluorescens、Herbacspirillum、Mesorhizobium和Bradyrhizobium,并且此6种微生物均是试验土样和对照土样的优势种群;对照土壤中检测到Azospirillum、Rhizobium melibei和Nitrosospira multiformis,在溴甲烷熏蒸土壤中未检测到;而溴甲烷熏蒸土壤中检测到Uncultured Azospirillum,Mesorhizobium在对照土壤中未检测到。通过nos Z-MPN-PCR计数法得出反硝化细菌数量比对照低1.4倍。【结论】说明溴甲烷熏蒸100d土壤的nos Z型反硝化微生物群落组成和反硝化细菌数量发生变化,而土壤的反硝化作用与对照无显著差异。     

Diversity of nitrous oxide reductase (nosZ) genes in continental shelf sediments

Diversity of the nitrous oxide reductase (nosZ) gene was examined in sediments obtained from the Atlantic Ocean and Pacific Ocean continental shelves. Approximately 1,100 bp of the nosZ gene were amplified via PCR, using nosZ gene-specific primers. Thirty-seven unique copies of the nosZ gene from these marine environments were characterized, increasing the nosZ sequence database fourfold. The average DNA similarity for comparisons between all 49 variants of the nosZ gene was 64% +/- 10%. Alignment of the derived amino acid sequences confirmed the conservation of important structural motifs. A highly conserved region is proposed as the copper binding, catalytic site (CuZ) of the mature protein. Phylogenetic analysis demonstrated three major clusters of nosZ genes, with little overlap between environmental and culture-based groups. Finally, the two non-culture-based gene clusters generally corresponded to sampling location, implying that denitrifier communities may be restricted geographically.     

Importance of denitrifiers lacking the genes encoding the nitrous oxide reductase for N2O emissions from soil

Analyses of the complete genomes of sequenced denitrifying bacteria revealed that approximately 1/3 have a truncated denitrification pathway, lacking the nosZ gene encoding the nitrous oxide reductase. We investigated whether the number of denitrifiers lacking the genetic ability to synthesize the nitrous oxide reductase in soils is important for the proportion of N₂O emitted by denitrification. Serial dilutions of the denitrifying strain Agrobacterium tumefaciens C58 lacking the nosZ gene were inoculated into three different soils to modify the proportion of denitrifiers having the nitrous oxide reductase genes. The potential denitrification and N₂O emissions increased when the size of inoculated C58 population in the soils was in the same range as the indigenous nosZ community. However, in two of the three soils, the increase in potential denitrification in inoculated microcosms compared with the noninoculated microcosms was higher than the increase in N₂O emissions. This suggests that the indigenous denitrifier community was capable of acting as a sink for the N₂O produced by A. tumefaciens. The relative amount of N₂O emitted also increased in two soils with the number of inoculated C58 cells, establishing a direct causal link between the denitrifier community composition and potential N₂O emissions by manipulating the proportion of denitrifiers having the nosZ gene. However, the number of denitrifiers which do not possess a nitrous oxide reductase might not be as important for N₂O emissions in soils having a high N₂O uptake capacity compared with those with lower. In conclusion, we provide a proof of principle that the inability of some denitrifiers to synthesize the nitrous oxide reductase can influence the nature of the denitrification end products, indicating that the extent of the reduction of N₂O to N₂ by the denitrifying community can have a genetic basis.     

青藏高原禾草混播对土壤微生物多样性的影响

土壤微生物多样性的形成、维持和变化机理是生态学研究的核心内容, 已有大量研究表明土壤微生物群落构建不仅受到土壤环境的深刻影响, 也与植物群落物种多样性密切相关。由于自然群落中土壤环境和植物多样性协同影响土壤微生物, 难以区分和厘清植物多样性和土壤环境对土壤微生物多样性构建的各自影响。该研究基于在青藏高原高寒草地构建的人工草地群落, 比较分析了3种优势禾本科牧草单播和混播及施肥处理13年后, 土壤细菌和真菌物种多样性及其与植物群落和土壤理化因子的关系。主要结果: 1)与各单播处理相比, 3种牧草两两混播一致显著降低了土壤细菌群落的丰富度和多样性, 其中变形菌门和放线菌门相对丰度显著增加, 而酸杆菌门、拟杆菌门和浮霉菌门相对丰度显著减小; 牧草混播对土壤真菌多样性没有显著影响。2)牧草混播显著降低了土壤pH和土壤全氮含量, 增加了土壤全磷含量; 施肥显著降低土壤pH, 增加了土壤速效磷含量; 但这些土壤理化因子的变化不足以解释土壤细菌和真菌多样性在处理间的差异。3)施肥显著提高了植物群落地上生物量, 降低了植物物种丰富度, 土壤细菌多样性随植物物种丰富度增加而减小, 而与植物生物量变化无关。该研究在野外条件下, 通过长期控制实验揭示了高寒草地禾草混播并不增加土壤微生物多样性, 为高寒地区牧草混播人工草地实践提供了科学依据。     

退化人工林不同恢复类型对土壤微生物群落功能多样性的影响

为了评价华南退化人工林生态系统的不同恢复类型,本研究以土壤微生物群落功能多样性为对象,探讨恢复林土壤微生物功能多样性的差异及影响因子.在研究区内选取代表性的近自然经营杉木林(CF)和毛竹林(MB),以天然次生林(NF)为对照,采集表层土壤样品.运用Biolog-Eco微平板技术,对3种林分的土壤微生物群落功能多样性进行研究.结果表明: 不同恢复林分的植物多样性差异显著,NF植物多样性指数显著高于MB和CF,而MB的植物多样性指数显著高于CF;不同林分类型的土壤pH和容重差异显著,其他土壤理化性质差异不显著;不同林分类型土壤微生物的平均颜色变化率(AWCD)为NF＞MB＞CF,不同林分对6种类型碳源底物的利用也有相似规律;NF的土壤微生物群落Shannon多样性指数、Shannon丰富度指数、Simpson优势度指数和McIntosh指数最高,MB次之,CF最低;主成分分析表明,从31种碳源类型提取的主成分1和主成分2分别能解释变量方差的60.0%和12.4%,在主成分分异中起主要贡献作用的是羧酸类、碳水化合物类和氨基酸类碳源;相关性分析表明,植物物种丰富度和多样性指数、土壤容重与土壤微生物群落多样性指数之间存在显著相关关系,对土壤微生物群落功能多样性具有重要影响.NF土壤微生物的碳源利用效率高于人工林,而MB土壤微生物碳源利用效率高于CF.从植被多样性及土壤微生物群落功能多样性来看,近自然经营的MB人工林更有利于退化人工林生态系统功能的恢复与提升.     

Nitrous oxide reductase (nosZ) gene-specific PCR primers for detection of denitrifiers and three nosZ genes from marine sediments

Two PCR primer sets for the nitrous oxide reductase gene (nosZ) were developed. The initial primers were based on three sequences in GenBank and used to amplify nosZ from continental shelf sediments and from two denitrifiers in culture, Thiosphaera pantotropha and Pseudomonas denitrificans. Three unique marine sediment nosZ genes were identified and sequenced. The marine nosZ genes were most closely related to the nosZ genes of Paracoccus denitrificans or to Rhizobium meliloti. Alignment of all nosZ sequences currently available (n=10) facilitated redesign of the PCR primers. Three new primer sets which amplify 1100 bp, 900 bp and 250 bp regions of the nosZ gene were designed and tested. The new primers robustly amplified nosZ fragments from samples in which the initial nosZ primers were only marginally successful.     

Vertical distribution of nitrite reductase genes (nir S) in continental margin sediments of the Gulf of Mexico

Marine sediments account for up to 66% of the loss of nitrogen load to coastal areas. Sedimentary denitrification is the main sink for fixed nitrogen in the global nitrogen budget, and thus it is important to understand the structure and composition of denitrifying communities. To understand the structure and composition of denitrifying communities, the diversity of nitrite reductase (nirS) genes from sediments along the Gulf of Mexico was examined using a PCR-based cloning approach. Sediments were collected at three different depths (0-0.5, 4-5 and 19-21 cm). Geochemical analysis revealed decreasing nitrate and oxygen concentrations with increasing sediment depth. This trend coincided with the decrease in diversity of denitrifying bacteria. LIBSHUFF analysis indicated that the clone library in the shallowest sediment (depth, 0-0.5 cm) was significantly different from that in the deepest sediment (depth, 19-21 cm), and that the deeper sediments (depths of 4-5 and 19-21 cm) were significantly similar. Community structural shifts were evident between the shallowest (oxic zone) and deepest (anoxic zone) sediments. Community changes within the deepest sediments were more subtle, with the presence of different nirS clone sequences gradually becoming dominant or, alternatively, decreasing with depth. The changes in community structure at this depth are possibly driven by nutrient availability, with lower quality sources of carbon and energy leading to the disappearance of nirS sequences common in the top layer. The majority of recovered nirS sequences were phylogenetically divergent relative to known denitrifying bacteria in the database.     

植物、土壤及土壤管理对土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,对土壤微生物群落结构多样性的研究是近年来土壤生态学研究的热点。本文综述了有关植物、土壤类型以及土壤管理措施对土壤微生物群落结构影响的最新研究结果,指出植物的作用因植物群落结构多样性、植物种类、同种植物不同的基因型,甚至同一植物不同根的区域而异;而土壤的作用与土壤质地和有机质含量等因素有关;植物和土壤类型在对土壤微生物群落结构影响上的作用存在互作关系。不同的土壤管理措施对土壤微生物群落结构影响较大,长期连作、大量的外援化学物质的应用降低了土壤微生物的多样性;而施用有机肥、免耕可以增加土壤微生物群落结构多样性,有利于维持土壤生态系统的功能。