生物炭对土壤中抗生素抗性基因的阻控潜力及机制研究进展

土壤中抗生素抗性基因(ARGs)污染是全世界面临的重大环境和健康挑战,开发有效技术以减少其负面影响对维护土壤和人类健康至关重要。生物炭具有高碳含量、大表面积、良好的吸附性能和经济优势,可能是一种非常合适的阻控材料。其对ARGs的阻控作用可能归因于以下3种机制: 1) 吸附某些污染物,如抗生素和重金属,减弱ARGs的共选择性压力;2) 通过改变土壤理化特性影响微生物种群结构,从而限制细菌之间ARGs的水平转移;3) 通过吸附或破坏质粒、转座子、整合子等水平转移载体,直接减弱基因水平转移能力。但生物炭对ARGs的阻控效果取决于生物炭的物料来源、热解工艺和添加水平等。此外,生物炭的老化可能会降低其阻控ARGs的效果。生物炭的内源性污染物,如多环芳烃和重金属,也可能导致环境中特定抗生素抗性细菌的富集或诱导水平基因转移。在后续研究中,应根据土壤环境选择合适的生物炭种类,并采取生物炭老化控制措施,以进一步提高生物炭对ARGs的阻控作用。     

植物根系分泌物对土壤污染修复的作用及影响机理

生物修复是一种经济环保的土壤修复技术。根系分泌物是利用生物修复污染土壤过程中的关键物质,也是植物与土壤微生物进行物质交换和信息传递的重要载体,在植物响应污染物胁迫中扮演重要角色。研究植物根系分泌物对土壤污染修复的作用和影响机理,是深入理解植物和微生物环境适应机制的重要途径,对促进生物修复污染土壤有重要指导意义。从污染物胁迫对根系分泌物的影响、根系分泌物对土壤污染物环境行为的影响、根系分泌物在调控污染土壤中根际微生物群落结构和多样性中发挥的作用等几个方面综述了根系分泌物对土壤污染修复的影响及内在机制。研究结果表明,根系分泌物在降低重金属对植物的毒性、加速有机污染物降解等方面有非常重要的作用。根系分泌物对土壤微生物的丰度和多样性均有显著影响,其与根际微生物互作在土壤污染物的消减中发挥了重要的调控作用。在此基础上,提出了以往研究中的不足,并对污染物胁迫下根系分泌物未来研究的方向和趋势进行了展望。     

生物炭及炭基硝酸铵对土壤微生物量碳、氮及酶活性的影响

以小麦-玉米轮作交替种植下的田间试验为平台,探讨施用生物炭及3种炭基硝酸铵氮肥对土壤主要化学肥力因子、土壤微生物量碳、氮和酶活性的影响。田间试验共设6个处理,依次为:对照(施磷、钾肥,CK);生物炭(BC);硝酸铵氮肥(AN);掺混型生物炭基氮肥(CH);固-液吸附型生物炭基氮肥(XF);化学反应型生物炭基氮肥(FY)。结果表明,生物炭及3种生物炭基氮肥均显著提高土壤有机碳含量,并有效降低了有效磷和速效钾的含量。与CK处理相比较,CH、BC处理的土壤微生物量碳含量分别增加了22.10%、17.45%,而AN、XF、FY 3个处理则分别减少了9.09%、10.86%、1.46%;不同施肥处理土壤微生物量氮较CK均有增加,且BC、XF处理差异达显著水平,BC处理的增幅最大,达66.53%,XF处理的增幅次之,达到了62.78%,AN处理的增幅最小,为24.86%。与CK处理比较而言,FY、XF、CH均增加土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性,且增加效应均依次减弱,FY、XF处理均增加碱性磷酸酶活性,而CH处理降低了碱性磷酸酶活性。FY、XF、CH较CK处理均可显著增加小麦产量,增产率分别为36.61%、22.58%、20.72%,且增产效果依次减弱。     

炉渣与生物炭施加对稻田土壤碳库及微生物的影响

以福州平原稻田为实验区,在2015年早、晚稻秧苗移栽前,对稻田进行施加生物炭、炉渣、生物炭+炉渣（混施）处理,并以不施加处理作为对照。为了了解施加处理的后续效应,于2017年检测早、晚稻拔节期和成熟期土壤有机碳含量及真菌、细菌数量。结果表明：3种施加处理稻田土壤有机碳（SOC）含量均比对照组有显著提高（P < 0.05）,但溶解性有机碳（DOC）、易氧化碳（EOC）、土壤微生物量碳（MBC）含量各处理之间差异不显著（P > 0.05）。与对照组相比,各施加处理组在一定程度上提高了土壤中真菌和细菌数量,但差异不显著（P > 0.05）。细菌数量与DOC含量呈极显著负相关（P < 0.01）,与EOC含量呈显著负相关（P < 0.05）,与MBC含量呈显著正相关（P < 0.05）。真菌/细菌比值与真菌数量、DOC含量呈极显著正相关（P < 0.01）。说明炉渣和生物炭施加处理2年后,仍可提高稻田土壤的碳库稳定性,并增加土壤微生物数量。     

生物炭对外源抗生素及其抗性基因的吸附行为与去除机制

随着抗生素在医疗卫生和畜牧养殖等领域的大量使用,目前在很多国家和地区的畜禽粪便、土壤和水体等样品中检测出多种抗生素及其抗性基因残留,这类新型污染物给环境和人类健康带来的危害不容忽视.在当前还无法做到抗生素“零排放”的情况下,如何有效控制抗生素及其抗性基因在环境中的污染水平,是降低其生态风险的有效途径之一.生物炭因具有比...     

生物炭添加对麦田土壤微生物群落代谢的影响

研究生物炭和氮肥配施对麦田土壤微生物群落代谢特征的影响,从土壤微生物群落功能多样性变化角度分析麦田生物炭配施氮肥的可行性。试验设置6个处理:不施肥CK、单施生物炭B(生物炭用量30 t·hm^-2)、低氮N₁(氮肥用量150 kg·hm^-2)、高氮N₂(氮肥用量300 kg·hm^-2)、低氮配施生物炭BN₁(生物炭用量30 t·hm^-2,氮肥用量150kg·hm^-2)和高氮配施生物炭BN₂(生物炭用量30 t·hm^-2,氮肥用量300 kg·hm^-2),探讨不同施肥处理麦田土壤微生物群落对糖类、氨基酸类、醇类、酯类、酸类、胺类六大碳源的代谢特征。结果表明:与CK相比,各处理碳源代谢活性分别提高,表现为N₁> N₂> B> BN₁>BN₂&g...     

微生物在镉污染土壤修复中的应用及其作用机理

土壤中镉（Cd）含量的超标导致了土壤生态系统的恶性发展,微生物作为土壤中的常见组分之一在缓解土壤镉污染中展现出巨大潜力。本文总结了微生物、微生物-植物和微生物-生物炭在镉污染土壤修复中的应用并阐述了相关的作用机理。芽孢杆菌（Bacillus）、不动杆菌（Acinetobacter）、荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescence）、丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）等微生物可以通过吸附、矿化、沉淀、溶解等方式改变镉的生物有效性,从而达到缓解镉污染的目的。pH值、温度、微生物生物量、镉初始浓度以及时间等对微生物降低镉的生物有效性方面有着显著的影响。假单胞菌、伯克霍尔德菌（Burkholderia）、黄杆菌（flavobacterium）等微生物可以通过促生、活化等作用促进超富集植物对Cd²⁺的吸收。生物炭作为一种土壤改良剂,其独有的理化性质可以作为微生物的庇护所。微生物-生物炭联合使用与单用生物炭相比可以进一步促进镉的残渣态的增加,降低土壤中有效态的比例。     

生物炭对植烟土壤微生态和烤烟生理的影响

生物炭是农林废弃物资源化利用的研究热点之一.通过田间试验,研究了烟杆炭不同施用量(0、1、10、50 t·hm^-2)对植烟土壤微生态和烤烟生理特性的影响.结果表明: 烤烟各时期土壤含水量均随生物炭用量增加而增加;在烤烟旺长阶段,50 t·hm^-2处理的土壤含水量显著高于其他处理.随着生物炭用量的增加,土壤总孔隙度和毛管孔隙度逐渐增加,细菌、放线菌、真菌的数量表现为先增后减的趋势,其中生物炭用量10 t·hm^-2处理下数值最大.土壤早期呼吸速率随生物炭用量的增加而增大,与对照相比,生物炭处理土壤呼吸速率增幅为7.9%～36.9%,生物炭高用量(50和10 t·hm^-2)与对照差异显著.生物炭提升了烤烟叶片水势,增加了叶片类胡萝卜素和叶绿素含量,显著增加了根系、地上部和总干质量.说明生物炭在改良植烟土壤微生态和调控烤烟生理特性等方面具有积极效应.     

生物质炭生物与非生物氧化特性研究进展

生物质炭是由植物生物质热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质。生物质热解炭化还田能否成为人类应对全球气候变化的重要途径直接取决于其在土壤生态系统中的稳定性。生物质炭稳定性的研究对科学计算和评估土壤生态系统生物质炭输入的碳固持与减排作用具有重要现实意义。重点概述了土壤生态系统生物质炭生物与非生物氧化特性、影响因素及其机理研究进展,并对生物质炭在土壤环境中的稳定性预测模型研究进行了分析。在此基础上,今后需针对不同类型旱地土壤生态系统和不同类型稻田土壤生态系统生物质炭稳定性及其机理开展研究,并进一步开展土壤生态系统生物质炭稳定性预测模型研究。     

根施生物炭对设施连作土壤氮素转化及黄瓜幼苗根系氮代谢的影响

设施连作土壤普遍存在由于氮素过量积累导致的土壤障碍问题。本研究以不添加生物炭作为对照,以添加5%的生物炭(质量比)为处理,采用盆栽方式分析了生物炭对土壤微生物群落结构、氮循环功能基因丰度以及黄瓜幼苗根系生长和氮素代谢相关基因表达的影响,以期探明外源添加生物炭对设施连作土壤氮素转化的调控作用。结果表明：与对照相比,设施连作土壤添加生物炭处理后显著提高了黄瓜幼苗的株高、根系干重、总根长、根表面积和根体积;改善了根区环境,诱导黄瓜通过上调植物氮代谢相关基因的表达促进了黄瓜根系对氮素的吸收。施入生物炭显著提高了土壤微生物生物量氮、硝态氮和亚硝态氮含量,显著提高了土壤中变形菌门和蓝细菌门以及鞘脂单胞菌(土壤固氮菌)等氮代谢相关菌群丰度;增加了土壤硝化、氮同化还原功能基因丰度;增强了参与氮代谢的羟胺脱氢酶、硝基单加氧酶和碳酸酐酶活性。综上,根施生物炭改善了设施连作土壤理化性质和微生物生态系统,通过促进硝化作用和氮同化作用来调节土壤的氮循环过程,提高了植株对土壤氮素的吸收能力,最终促进了黄瓜植株生长。     

植物根系固坡抗蚀的效应与机理研究进展

植物根系对抵抗坡体浅层滑坡和表土侵蚀起着巨大的作用.植物根系通过增强土体的抗剪强度发挥固坡效应.目前有关植物根系固坡机理的模型较多,普遍接受的是Wu-Waldron模型.该模型表明,植物根系产生的土体抗剪强度的增量与根系的平均抗拉强度和根面积比成正比,应用该模型评价根系固坡效应的2个最重要因素是根系的平均抗拉强度和根面积比.研究发现,土壤抗侵蚀性随着植物根系数量的增加而提高,但未有一致的定量函数关系.植物根系提高土壤抗侵蚀性主要通过直径小于1mm的须根起作用.须根通过增加土壤水稳性团聚体的数量与粒径等作用来提高土壤的稳定性,以抵抗水流分散;须根还能有效地增强土壤渗透性,减少径流,从而达到减少土壤冲刷的目的.     

硅在植物体内的分布和吸收及其在病害逆境胁迫中的抗性作用

硅在地壳中含量位居第二位,尽管还没有被列为植物生长的必需营养元素,但它在促进植物生长发育和营养吸收、提高植物对非生物逆境胁迫和生物逆境胁迫的抗性等方面都具有重要作用。综述了近些年来国内外关于硅在植物体内的分布、吸收及其生理效应,重点介绍了硅在病害逆境胁迫中的抗性作用机理。高等植物以单硅酸[Si(OH)4]的形式吸收硅,存在硅的主动吸收和被动吸收机制。硅主要沉积在叶片及叶鞘表皮细胞,形成硅化细胞和角质-硅双层结构,能增强寄主植物细胞壁的机械强度和稳固性,从而延缓和抵御病菌的侵入和扩展。更多的证据表明,硅处理能增加植物叶片保护酶(过氧化物酶、多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶等)活性和诱导寄主产生次生代谢抗性物质(如植保素、多酚类化合物、木质素),从而激活植物的防御系统,增强对病原菌的抵抗能力。分子水平上的研究显示,硅能诱导与植物防御机制相关的基因表达,参与抗病信号分子(如水杨酸、茉莉酸和乙烯)在信号传导中的作用。     

植物抗病基因克隆与功能研究进展

植物抗病基因（R基因）是分子植物病理学和植物基因工程研究的热点之一,R基因的克隆及其在抗病反应中的功能研究为揭示植物抗病机制和有效－控制植物病害奠定了基础,本文介绍了R基因的成功克隆方法和克隆新策略,对R基因编码产物的功能进行了分类分析,并对通过遗传工程途径发展R基因介导的抗病植物新品种进行了展望。     

外源水杨酸对氯化钠胁迫下番茄幼苗糖代谢的影响

采用营养液水培法,用100、300和500 mg·L^-1不同浓度的水杨酸（SA）处理‘辽园多丽’番茄幼苗,测定在NaCl胁迫下番茄幼苗叶片果糖、葡萄糖、蔗糖含量和蔗谢代谢相关酶活性（酸性转化酶AI、中性转化酶NI、蔗糖磷酸合成酶SPS、蔗糖合成酶活性SS）的变化.结果表明：SA处理叶片可以维持或提高NaCl胁迫条件下番茄幼苗叶片果糖、葡萄糖含量及AI、NI、SPS和SS活性,其最高值分别比单纯NaCl处理植株增加30.0%、31.1%、24.7%、27.9%、22.0%和24.5%;但对NaCl胁迫条件下番茄幼苗叶片蔗糖含量的影响不大.表明水杨酸可以通过提高NaCl胁迫下番茄叶片转化酶活性来提高番茄叶片果糖和葡萄糖含量,从而缓解NaCl胁迫对番茄的伤害,其中以500 mg·L^-1的SA处理效果较理想.     

棉花根系分泌物对土壤速效养分和酶活性及微生物数量的影响

采用水培法收集棉花根系分泌物,在耕作1年的土壤中添加棉花根系分泌物,培养10 d后测定土壤中速效养分、酶活性及微生物数量.结果显示,(1)棉花根系分泌物能极显著提高土壤中速效K和速效P含量4.31%～15.03%和5.99%～24.31%(P<0.01);高浓度分泌物处理下速效N含量比对照显著提高11.39%(P<0.05),其它处理影响不显著;各浓度分泌物对土壤有机质含量均无显著影响.(2)各浓度棉花根系分泌物均使土壤中转化酶活性显著提高,且随分泌物浓度的增加而显著增强;低浓度分泌物能显著提高土壤中磷酸酶的活性,所有浓度处理对土壤脲酶活性均无显著影响.(3)中、高浓度的棉花根系分泌物能显著增加土壤中细菌的数量,低浓度的分泌物能显著增加土壤中真菌的数量,而不同浓度处理的土壤中放线菌的数量均无显著的变化.研究表明,棉花根系分泌物可通过促进土壤细菌及土壤真菌的繁殖来增强土壤转化酶和磷酸酶活性,提高土壤速效P、速效K及速效N含量,从而对棉花根际微环境产生深刻影响.     

一氧化氮在植物抗病反应中的信号作用

近年来的研究发现,一氧化氮(nitricoxide,NO)在植物抗病反应中具有重要作用,本文概述了植物中NO的来源、NO在植物抗病反应中的信号传导作用、NO与植物中其它信号分子之间的相互作用以及NO的研究进展。     

Nitric oxide function and signalling in plant disease resistance

Nitric oxide (NO) is one of only a handful of gaseous signalling molecules. Its discovery as the endothelium-derived relaxing factor (EDRF) by Ignarro revolutionized how NO and cognate reactive nitrogen intermediates, which were previously considered to be toxic molecules, are viewed. NO is now emerging as a key signalling molecule in plants, where it orchestrates a plethora of cellular activities associated with growth, development, and environmental interactions. Prominent among these is its function in plant hypersensitive cell death and disease resistance. While a number of sources for NO biosynthesis have been proposed, robust and biologically relevant routes for NO production largely remain to be defined. To elaborate cell death during an incompatible plant-pathogen interaction NO functions in combination with reactive oxygen intermediates. Furthermore, NO has been shown to regulate the activity of metacaspases, evolutionary conserved proteases that may be intimately associated with pathogen-triggered cell death. NO is also thought to function in multiple modes of plant disease resistance by regulating, through S-nitrosylation, multiple nodes of the salicylic acid (SA) signalling pathway. These findings underscore the key role of NO in plant-pathogen interactions.     

Quantitative disease resistance: Multifaceted players in plant defense

In contrast to large-effect qualitative disease resistance,quantitative disease resistance(QDR) exhibits partial and generally durable resistance and has been extensively utilized in crop breeding.The molecular mechanisms underlying QDR remain largely unknown but considerable progress has been made in this area in recent years.In this review,we summarize the genes that have been associated with plant QDR and their biological functions.Many QDR genes belong to the canonical resistance gene catego...     

PCR-RAPD分子生物学技术及其在植物抗病性研究中的应用

PCR—RAPD技术是一种高效的基因组DNA多态性分析技术,能够在对生物细胞或组织中DNA遗传多样性、亲缘关系及系统进化分子标记检测的同时进行基因定位与遗传作图。本综述了PCR—RAPD技术的基本原理和应用范围,以及近年来在植物抗感病品种(品系)间亲缘远近关系分析、植物抗病性遗传基因的DNA分子标记与检测、植物抗病基因的标记和定位、植物抗病基因的分离与克隆、植物抗病育种的分子标记辅助选择与检测等植物抗病性分子机制研究方面的应用,并对该技术所存在的问题及应用前景进行了探讨。