长期施肥对土壤微生物量及土壤酶活性的影响

 该文以北京国家褐潮土土壤肥力与肥料效益长期监测基地的长期肥料定位试验为平台,研究了长期不同施肥制度对土壤的生物学特性及其土壤酶的影响。主要研究结果：长期撂荒土壤(15年)的有机质和全氮(TN)的含量、微生物量碳(SMB-C)和氮(SMB-N)、土壤的蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性以及SMB-C/SOC(土壤有机碳)和SMB-N/TN比值都高于种植作物的农田土壤;而其代谢商和容重值低于农田土壤。长期施肥的农田(NPK、NPKM 、NPKS和NPKF),其土壤养分含量、微生物量碳和氮以及土壤蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性均高于不施肥的农田(CK);而小麦(Triticum aestivum)-玉米(Zea mays)→小麦-大豆(Glycine max)复种轮作(NPKF)的农田又高于长期复种连作(NPK)的农田;在施肥处理中(NPK、NPKM、NPKS和NPKF),长期化肥与有机肥配合施用的处理(NPKM )的土壤上述指标高于其它施肥处理(NPK、NPKS和NPKF),但其土壤的代谢商、pH值和容重值较低。     

不同植被覆盖对黑土微生物功能多样性的影响

为探讨黑土开垦前后土壤微生物代谢功能多样性差异,在海伦农业生态试验站长期定位试验区,采用Biolog方法研究了不同季节草地、农田和裸地等3个利用时间相同(21年)的生态系统土壤微生物功能多样性的动态变化.结果表明:在春季和夏季,土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)和Shannon多样性指数均表现为草地最高,农田次之,裸地最低;在草地和农田生态系统中,土壤微生物代谢活性和功能多样性随季节变化趋势均为夏季升高,秋季降低;在裸地生态系统中,土壤微生物代谢活性和功能多样性随季节变化呈逐渐升高趋势;在草地、农田和裸地生态系统中,土壤微生物群落利用率较高的3类碳源是糖类、氨基酸类和羧酸类.     

不经培养的农田土壤微生物种群构成及系统分类的初步研究

采用一系列的现代分子生物学技术,避开传统的分离培养过程,探讨自然界中微生物种群的基因多样性。经过直接从土壤中抽提总DNA,并对总DNA中16S rDNA V3可变区序列作PCR扩增、变性梯度凝胶电泳等,对农田土壤微生物种类分布进行初步的研究,发现不同的农田土壤间的菌种差异相当显著,同时对部分农田微生物的系统分类作了初步尝试,为农田土壤微生态和高效菌肥的研究提供了新的实验依据。     

酿酒酵母蔗糖关键代谢途径suc2基因的敲除及其蔗糖代谢特性的变化分析

蔗糖基生物质是热带和亚热带地区重要的生物质材料,因而在微生物发酵和微生物代谢原料中具有重要的地位。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)具有以蔗糖为原料进行代谢的能力,在酿酒酵母的基因组中蔗糖水解酶基因共有6个结构基因。本研究以酿酒酵母INVSC1为出发菌株,首先利用基因敲除技术构建suc2基因缺失菌株,然后将suc2基因回补,从而研究suc2基因对酿酒酵母蔗糖关键代谢途径及蔗糖代谢特性的影响。以蔗糖为碳源的发酵培养基中,在静置条件下发酵,suc2基因缺失菌株失去了利用蔗糖代谢的能力,回补菌株则恢复了对蔗糖的代谢;而且回补菌株对蔗糖的利用率及乙醇产量均比出发菌株有所提高。suc2基因是酿酒酵母蔗糖代谢的关键基因,对蔗糖的代谢具有决定性作用,可以作为蔗糖代谢途径改造的一个关键点。     

桂西南岩溶山地不同土地利用方式土壤微生物量及其活性特征

以广西平果县石漠化典型岩溶山地为研究区域,选择海拔接近的稀疏次生林地、灌丛、荒草地、裸地和农田等5种主要土地利用方式为研究对象,研究土壤微生物生物量及其活性的变异特征。结果表明:在不同土地利用方式下,随着植被的恢复,土壤养分含量不断提高,大小顺序表现为次生林>灌丛>农田>荒草地>裸地。土壤微生物量和呼吸强度变化显著(P<0.05),其中微生物量总体呈上升趋势,次生林和灌丛增幅较大,荒草地和裸地增幅较小;土壤基础呼吸强度除荒草地之外均显著增加,和土壤养分含量的变化趋势相一致。代谢熵(qCO2)变化规律不同,大小关系表现为:灌丛>农田>次生林>荒草地>裸地。不同土地利用方式下,由于相应地上、地下资源输入等环境因素的改变导致了土壤微生物量的差异性。为实现桂西南石漠化地区岩溶山地土壤生态系统的健康发展,从土壤生物学角度出发,积极推进植被生态恢复工程,尽可能减少人为活动对土地的干扰程度更有利于提高土壤质量。     

塔里木沙漠公路防护林土壤微生物活性分异特征

利用Biolog法、熏蒸提取和比色滴定的方法,测定了土壤碳源代谢强度、生物量和酶活性,分析了塔里木沙漠公路防护林土壤微生物活性的分异特征.结果表明: 随着防护林定植年限增加,土壤微生物代谢活性(AWCD)和多样性指数明显增加,但不同土层间无明显差异;不同年限林地间过氧化氢酶差异极显著,纤维素酶和蔗糖酶差异显著;随着防护林定植年限增加,土壤微生物生物量增大,不同年限林地间微生物生物量碳和氮的差异极显著和显著,而微生物生物量磷无显著差异;土壤微生物的AWCD值与速效养分显著正相关,但与容重和水分的相关性不大.在现有的管理制度和气候条件下,随定植年限增加,塔里木沙漠公路防护林土壤代谢活性逐渐提高.     

耕作方式对农田土壤理化因子和生物学特性的影响

不同耕作方式对土壤水热、养分及生物特性产生的影响不同,实施合理的农田土壤管理措施不仅可以改善土壤理化性状,也可改变农田土壤生态过程.保护性耕作方式不同程度地改善了土壤质量,免耕能有效提高土壤酶活性,免耕和深松耕等能为土壤微生物的生长繁殖提供丰富的可利用资源,免耕、少耕等能减少对土壤动物的扰动,进而影响到土壤动物的数量、多样性及种群结构.本文综述了不同耕作方式下农田土壤理化性质和生物学特性的研究进展,重点分析了不同耕作方式对土壤理化因子、酶活性、微生物多样性和土壤动物的影响,指出了适宜的耕作方式对土壤质量修复的可能性及研究方向.     

农田休闲后土壤微生物类群和酶活性的变化及对西洋参种植的影响

研究农田经不同休闲年限后的土壤肥力、微生物类群和酶活性的关系.试验结果表明,农田土栽参在经过土壤体闲后土壤的有机质、速效氮和速效钾的含量均高于未经休闲的土壤.在休闲1年后,各类微生物的增长幅度是最大的.细菌增长了25倍,真菌增长5.6倍,放线菌增长4倍.当休闲2年后,微生物的增长速度明显降低.土壤在休闲1年后过氧化氢酶的活性提高了16%,蔗糖酶活性虽略有提高但差异不显著.休闲后土壤的氨化作用和硝化作用明显提高,其中休闲1年的土壤硝化作用比休闲前的提高33.5%.     

接种内生降解菌Stenotrophomonas pavanii DJL-M3对多菌灵胁迫下水稻根际微生态的影响

内生降解菌定殖可促进水稻中农药等有机污染物的降解代谢,研究功能内生菌对农药暴露下水稻根际微生态的影响,可为利用植物-微生物互作调控农作物农药残留及修复农田生态环境污染提供科学依据。以水稻根际土壤中的蚯蚓、土壤酶和微生物群落为研究对象,分析接种内生菌Stenotrophomonas pavanii DJL-M3对水稻根际微生态响应多菌灵胁迫的影响。结果表明：多菌灵暴露导致水稻根际土壤过氧化氢酶活性增强,脲酶和蔗糖酶活性被抑制;多菌灵污染可对水稻根际周围的蚯蚓造成氧化损伤,致使其体内丙二醛累积并诱导超氧化物歧化酶和乙酰胆碱酯酶过表达;多菌灵残留显著降低水稻根际土壤微生物群落的多样性与碳源代谢活性。接种内生降解菌S.pavanii DJL-M3促进了水稻根际残留多菌灵的降解,缓解根际土壤微生物与蚯蚓所受胁迫压力,显著提高了土壤脲酶、蔗糖酶活力以及蚯蚓的存活率,并有效提升了水稻根际微生物群落的代谢活性与多样性。因此,接种内生降解菌S.pavanii DJL-M3有助于多菌灵残留污染下稻田土壤生态环境的恢复。     

土壤样品长期保存对微生物群落代谢活性和功能类群的影响

【目的】评估土壤长期保存(4个月)对土壤微生物群落代谢活性的影响。【方法】采用Biolog? EcoPlateTM生态板研究4 °C风干保存和?20 °C低温冻存的农田土壤和森林土壤中微生物群落的碳源利用模式。【结果】与新鲜土壤样品相比,长期保存的土壤样品的微生物群落对碳源的利用能力大大降低,其多样性、均匀度和Simpson指数均降低;风干保存和低温冻存两者对土壤微生物的碳源利用的影响没有显著差异;除风干保存的土壤样品中利用多聚物类的微生物类群的代谢活性外,两种保存方法显著降低微生物群落的代谢活性,降低幅度为54.5%–99.8%。【结论】长期保存土壤可能会导致对微生物群落信息的低估,土壤微生物代谢活性研究的最佳样品为新鲜 土壤。     

食淀粉乳杆菌可促进酵母乙醇产量

正微生物生长在复杂的菌群环境中,人工合成菌群进行蔗糖乙醇发酵就是模拟真实的菌群环境。蔗糖乙醇发酵过程容易被乳酸菌污染,长时间发酵便形成稳定的菌群,一般认为乳酸菌可能与酵母竞争营养物质,其代谢产物对酵母细胞有抑制作用,因此对生产过程不利。     

不同林龄杨树农田防护林土壤微生物生物量碳、氮和微生物活性

以辽宁省建平县5、10、15和20年生4个林龄的杨树农田防护林为对象,以农田作为对照,研究了农田营造防护林对土壤微生物生物量碳、氮及微生物活性的影响.结果表明：农田营造防护林后,0～15 cm层土壤有机碳、全氮、微生物生物量碳、氮含量和土壤基础呼吸均呈现出先降低后升高的趋势,在造林20年后达到或超过未造林农田的水平;而代谢熵在造林5年后显著增加,然后随着林龄的增加而降低.上述结果表明,农田营造杨树防护林后,土壤微生物生物量和活性均发生了明显的变化.     

研究型模块实验“产淀粉酶菌株的筛选、发酵条件优化、菌种鉴定和选育”的教学实践

采用模块化形式开展微生物学实验教学可提升学生的学习积极性,培养学生的探究性学习精神。"产淀粉酶菌株的筛选、发酵条件优化、菌种鉴定和选育"模块实验以产淀粉酶细菌为研究对象,安排学生开展培养基的配置、土壤样本采集和分离筛选产淀粉酶菌株、产淀粉酶菌株的发酵条件优化、菌种的形态学和分子生物学鉴定、紫外线诱变育种等5个单元实验。该模块实验以连贯性的研究任务引导学生进行探究性学习,将微生物实验操作技能的学习融合于探究性学习过程。实验以学生为主体,采用"固定+机动"方式安排教学任务,保证模块实验的整体性和连贯性。采用"模块论文+现场操作考试"的方式进行考核,提升学生的科研素养和强化学生对微生物基本操作技能的掌握。该研究型模块实验的教学提升了学生的微生物学研究热情,提高了微生物学课程群的教学质量。     

长期重金属胁迫对农田土壤微生物生物量、活性和种群的影响

调查了沈阳张士灌区长期污水灌溉造成的原位农田土壤重金属污染状况,从土壤微生物生物量、微生物活性和微生物种群数量的角度评价了长期重金属污染对农田土壤生态系统的影响.结果表明,张士灌区土壤存在严重的Cd污染,土壤Cd含量达1.75～3.89 mg·kg ^-1,部分区域还伴有Cu、Zn复合污染.在目前污染程度下,土壤微生物生物量碳(C_mic)、微生物商(qM)、土壤脱氢酶活性以及自生固氮菌数量随土壤重金属含量增加呈下降趋势,代谢商(qCO₂)随土壤重金属含量增加显著升高,而底物诱导呼吸强度(SIR)、纤维素酶活性以及细菌、放线菌和真菌数量无明显变化.相关性分析表明,土壤Cd含量变化是影响微生物参数变化的主要因素,在微生物参数中微生物商和代谢商对重金属污染最敏感.     

不同土地利用模式对辽东山区土壤微生物群落多样性的影响

运用Biolog-Eco技术对辽东山区蒙古栎林、灌木林、人工落叶松林、人工红松林和玉米农田的土壤微生物群落进行研究,分析土壤理化性质与土壤微生物多样性间的相关性,以及不同土地利用模式对辽东山区土壤微生物的影响.结果表明: 蒙古栎林全C和全N含量最高,分别为57.74和4.40 g·kg^-1,灌木林次之,玉米地最低,分别为17.46和1.31 g·kg^-1.不同土地利用模式下土壤微生物群落代谢活性差异显著,总碳源的利用能力(平均吸光值)依次为蒙古栎林>灌木林>人工落叶松林>人工红松林>玉米地,玉米地土壤微生物代谢最慢,活性最弱.玉米农田土壤微生物的Shannon指数(2.997)、Simpson指数(0.942)、McIntosh(5.256)指数均显著低于其他土地利用模式.平均吸光值(AWCD)与Simpson指数和McIntosh指数显著相关.酯类、醇类和胺类是分异作用的主要碳源,这可能是林分凋落物、土壤养分、土壤特异性微生物等共同作用的结果.林地开垦后,土壤养分急剧下降,土壤微生物群落的功能多样性降低,造成土壤质量下降,该地区应保持阔叶蒙古栎林,这有助于土壤肥力恢复.     

青岛市不同功能区冬季空气微生物群落代谢与多样性特征

选取青岛市5个功能区(市区街道、海滨区域、饮用水源地、垃圾填埋场和人工湿地污水处理系统),采用SAS ISO100空气浮游菌采样器于2013年冬季采集空气微生物样品,应用BIOLOG方法分析空气微生物群落代谢功能多样性,阐明群落代谢与环境相关性。结果表明,不同功能区空气微生物群落碳源代谢强度存在差异,代谢稳定时,海滨区域和饮用水源地样品平均光密度值(AWCD)分别为0.302、0.210,而人工湿地、市区街道及垃圾填埋场分别为0.063、0.025和0.034,海滨区域和饮用水源地空气微生物群落碳源代谢强度明显高于其他功能区。不同功能区空气微生物群落Shannon指数和Simpson指数接近,但海滨区域和饮用水源地Mc Intosh指数明显高于其他功能区。海滨区域和饮用水源地空气微生物群落碳源代谢类型丰富,代谢水平高,人工湿地、市区街道和垃圾填埋场碳源代谢类型单一,代谢水平低。5个功能区空气微生物群落碳源代谢差异呈现区域性,分异代谢差异的主要是羧酸类碳源。风速、温度、湿度等非生物因素对空气微生物群落碳源代谢具有不同程度影响,且不同功能区主导非生物因素存在差异。BIOLOG方法可以提供大量多维数据,能够分析样品间微生物群落碳源代谢差异,客观、全面表征空气微生物群落碳源代谢多样性特征,是研究空气微生物群落功能多样性较理想的方法之一。     

发酵过程中溶氧的影响及调控

存在许多因素可以影响整个发酵过程的进行。培养基中的溶氧浓度(DO)作为其中一个最基本的因素,它能显著影响微生物的生长和产物的形成。在发酵过程中必须根据不同阶段供给适量的无菌空气用以保障工程菌的代谢特点保证工程菌繁殖和代谢产物的合成。发酵过程中氧的传质速率受发酵液的理化性质、操作参数及反应器的结构三方面影响。     

中国东北黑土土壤剖面微生物群落碳源代谢特征

利用Biolog Eco微平板培养法,对中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站农田(CL)、恢复草地(GL)和人工林地(FL)土壤剖面不同深度土壤中微生物群落碳源代谢特征进行研究。理化性质结果显示,有机碳、全氮和碱解氮含量随深度增加逐渐减少,p H则是上层土壤低于底层。可培养微生物数量从表层(0—20 cm)到底层(180—200 cm)逐渐减少,在表层(0—20 cm)3种可培养微生物数量均为草地农田林地。可培养微生物主要生活在近地表0—60 cm土层中,在60—200cm土层中3种利用方式下可培养细菌、真菌和放线菌数量基本相同。Biolog结果显示,在0—40 cm土层中微生物群落活性最大,底层(180—200 cm)土壤微生物群落活性最小。3种利用方式剖面微生物群落Shannon多样性指数和碳源利用数量从表层到底层逐渐减少,并且与SOC和TN呈极显著正相关关系(P0.05)。与农田相比恢复草地和人工林地剖面20—40 cm土层中微生物群落对各类碳源的利用强度都较高,说明没有农业机械作业的植被自然生长条件下根系会打破原来农田中的犁底层,促进表层(0—20 cm)以下微生物群落活性。碳源利用率和主成分分析结果表明长期不同植被覆盖已经改变了剖面微生物群落碳源代谢特征,而且根系已经影响到100 cm的微生物群落,但还没有影响到180—200cm中的微生物群落。     

内蒙古贝加尔针茅草原不同利用方式土壤微生物功能多样性

基于Biolog-ECO技术,研究了贝加尔针茅草原在自由放牧、刈割和围封3种不同利用方式下土壤微生物群落功能多样性变化。结果表明:不同的利用方式能显著改变土壤微生物群落代谢活性,反映微生物活性的平均颜色变化率表现为围封>自由放牧>刈割,围封时土壤微生物群落代谢活性最高;不同的利用方式改变了土壤微生物群落多样性指数,自由放牧土壤微生物群落丰富度指数、均匀度指数和优势度指数均最高,围封次之,刈割最低。主成分分析结果表明:在自由放牧和刈割2种利用方式下土壤微生物群落碳源利用模式及代谢功能相似,而围封土壤微生物群落具有不同的碳源利用模式和代谢功能;糖类、氨基酸类和代谢中间产物及次生代谢物为土壤微生物利用的主要碳源。不同的利用方式改变了贝加尔针茅草原土壤微生物群落功能多样性。     

铜川煤矿区重金属污染对土壤微生物群落代谢和酶活性的影响

研究了陕西省铜川煤矿矿区的重金属污染状况以及不同程度的重金属污染对土壤微生物代谢、微生物群落功能以及土壤酶活性的影响.结果表明： 铜川矿区土壤中重金属Cu、Zn、Cd、Pb全量及有效量均显著高于非矿区土壤,其中Cd污染最为严重.采用Biolog方法结合主成分分析和聚类分析发现,随着污染程度的增加,不同土壤微生物群落间的代谢特征发生显著变化,而且这种变化主要体现在糖类和氨基酸类碳源的利用差异.在轻度、中度污染情况下,土壤微生物群落对碳源的利用表现出激活效应;而在重度污染的情况下,土壤微生物群落对碳源的利用表现出抑制效应.随着污染程度的增加,脲酶、蛋白酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶的活性均呈现降低的趋势,矿区土壤脲酶、蛋白酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别是非矿区土壤中相应酶活性的50.5%～65.1%、19.1%～57.1%、87.2%～97.5%、77.3%～86.0%;蔗糖酶和纤维素酶在中等污染程度以下的土壤中表现为激活效应,而在重度污染的土壤中表现为抑制效应.