燕麦-绿豆间作效应及氮素转移特性

为探究燕麦(Avena sativa)-绿豆(Phaseolus radiatus)间作效应及氮素转移特性, 在不施氮肥的大田试验条件下, 设置3种种植模式(燕麦单作、绿豆单作和燕麦-绿豆间作), 采用传统挖根法和¹⁵N同位素标记法进行研究。结果表明, 间作系统中燕麦侵袭力强于绿豆, 绿豆生长受到抑制。整个生育期, 间作燕麦地上部干物质积累量比单作增加14.9%-33.1%, 2年成熟期间作燕麦的氮素积累量比单作分别提高53.1%和44.8%; 间作减少了开花结荚期绿豆氮素积累量和根瘤重量, 降低了绿豆的固氮效率, 绿豆的固氮效率2年平均降低23.7%, 生物固氮量平均减少11.66%。间作绿豆向燕麦的氮素转移率2年平均值达31.7%, 氮素转移量为212.16 kg∙hm^-2。燕麦-绿豆间作降低了开花结荚期绿豆的根瘤固氮酶活性和固氮效率, 但绿豆体内氮素转移增加了燕麦对氮素的吸收利用, 实现了地上部与地下部生长的相互调节和促进, 优化了农田生态系统的氮素管理。     

长期不同施肥制度对水稻土氨氧化微生物数量和群落结构的影响

由氨氧化微生物驱动的氨氧化过程是硝化作用的限速步骤,在土壤氮素循环过程中扮演着重要角色.以湖南省宁乡县长达30 a定位试验水稻土壤为研究对象,采用荧光定量PCR和Illumina MiSeq高通量测序分析方法,以amoA基因为靶标,研究了4种施肥制度[不施肥(CK)、化肥(CF)、70%化肥+30%有机肥(CFM₁)和40%化肥+60%有机肥(CFM₂)]水稻土壤氨氧化微生物的数量和群落结构变化.结果表明: 不同施肥处理氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB) amoA基因拷贝数分别为3.09×10⁷～8.37×10⁷和1.04×10⁷～7.03×10⁷ copies·g^-1干土.施肥显著提高了AOA和AOB数量,但处理CFM₂中AOB数量与CK差异不显著.有机肥配施比例对AOB群落α多样性指数的影响强于AOA,处理CFM₁中AOA群落的多样性指数(Shannon)和AOB群落的丰富度指数(ACE和Chao1)均显著高于CK.奇古菌门和泉古菌门是AOA群落的优势门类群,占AOA amoA基因总序列的83.4%;亚硝化螺菌属、environmental_samples_norank、Bacteria_unclassified和Nitrosomonadales_unclassified是AOB群落的优势属类群,占AOB amoA基因总序列的97.8%.维恩分析结果显示,有机肥配施比例对AOB群落操作分类单元(OTU)数量的影响强于AOA,但对各处理共有AOA和AOB amoA基因序列条数的影响均较小.冗余分析结果显示,不同施肥处理AOB群落结构差异强于AOA,且所有土壤理化性质均与AOA和AOB群落结构存在显著相关关系.综上可知:有机肥配施比例显著改变了AOA和AOB数量、多样性和群落结构,配施30%有机肥时,AOA群落的Shannon指数最高,AOB群落数量、ACE和Chao1指数均最高.研究结果可为进一步探讨农业系统中氨氧化微生物对不同施肥制度的响应机制及其在氮素转化中的作用提供科学依据.     

轮作模式对冬小麦土壤氨氧化微生物群落多样性和组成的影响

农田温室气体减排已成为农业绿色发展的重要内容,驱动温室气体氧化亚氮(N₂O)产生的氨氧化微生物受到了研究者们的广泛关注。为探究轮作模式对土壤氨氧化微生物群落的影响,基于田间定位试验,研究了夏红小豆-冬小麦、夏绿豆-冬小麦、夏花生-冬小麦、夏大豆-冬小麦和夏玉米-冬小麦5种轮作模式中冬小麦根际和非根际土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的群落组成和多样性变化特征。结果表明:与夏玉米-冬小麦模式相比,豆禾轮作模式增加了根际土中有机碳和硝态氮含量,以及非根际土中全氮和铵态氮含量。豆禾轮作模式降低了非根际土壤中AOA群落的ACE指数和Chao1指数,并显著降低根际土中AOB群落的ACE指数和Chao1指数(P<0.05)。豆禾轮作显著增加AOA群落中泉古菌门(Crenarchaeota)和AOB群落中变形菌门(Proteobacteria)某些类群的相对丰度(P<0.05)。根际土中豆禾轮作模式与麦玉模式的AOA群落结构发生明显分离,而非根际土中豆禾轮作模式与麦玉模式的AOB群落发生分离(P<0.05)。研究结果表明:豆禾轮作种植改变了AOA和AOB的群落结构和多样性,土壤pH值和速效氮含量是驱动AOA和AOB群落结构变化的重要因子,且根际与非根际土壤中氨氧化微生物存在生态位分离。     

呼伦贝尔草原不同退化梯度土壤细菌多样性季节变化

为了研究草地退化程度与土壤微生物多样性的关系,在呼伦贝尔草地上选取羊草草甸草原和贝加尔针茅草甸草原两个典型放牧点,按照轻度、中度和重度划分取样点,分别于6、8月份和10月份3个不同季节采集土壤样品。应用变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)研究两个放牧地点不同退化程度、不同季节草地的细菌群落结构变化。结果表明,呼伦贝尔草地不同退化梯度的草地土壤中细菌种类较为丰富。从丰富度和Shannon-Winner指数的变化看,两个放牧点8月份丰富度和Shannon-Winner指数最高,8月份的丰富度平均为32.4,比6月和10月份分别高11%和7.4%;8月份Shannon-Winner指数平均为4.15,比6月和10月份分别高7.7%和5.4%。DGGE图谱聚类分析结果显示,随着季节变化和草地退化程度由轻至重的变化,土壤中的细菌优势种群没有受到明显的影响。回收DGGE图谱中10个条带进行测序分析,结果显示,所有序列与GenBank数据库中的相似度在87%100%之间。基于98%的相似度,可将其中的7个鉴定为Proteobacteria(变形菌门),将其中的1个鉴定为Actinobacteria(放线菌门)。另外2个同已知序列相似性较低,可能是未知的细菌。结果表明,Proteobacteria(变形菌门)为呼伦贝尔草原土壤中的优势细菌类群,尽管所选取样点草地植被有不同程度的退化,但土壤微生物优势种群并没有发生变化。     

豆科作物间作燕麦对土壤固氮微生物丰度和群落结构的影响

利用荧光定量PCR和高通量测序的研究方法,比较了3种种植模式(燕麦单作,O;大豆/燕麦,OSO;绿豆/燕麦,OMO)对燕麦土壤固氮微生物数量和群落组成的影响.结果表明: 与大豆和绿豆间作显著改变了燕麦土壤的理化性质.燕麦土壤固氮微生物nifH基因拷贝数为每克干土1.75×10¹⁰～7.37×10¹⁰,拔节期和成熟期OSO和OMO中nifH基因拷贝数分别是O中的2.18、2.64和1.92、2.57倍,且各处理成熟期nifH基因拷贝数显著低于拔节期.样品稀释性曲线和覆盖度结果表明,各样品nifH基因测序结果可靠.与绿豆间作显著提高了燕麦土壤nifH基因的多样性.各样品固氮微生物属水平上优势类群均为Azohydromonas、固氮菌属、慢生根瘤菌属、Skermanella和在属水平上无法归类的固氮微生物,但各优势类群相对丰度存在差异.样品OTU的venn分布和主成分分析显示,拔节期和成熟期nifH基因群落结构存在差异,两个生育时期OSO和OMO具有更相似的nifH基因群落结构.表明与大豆和绿豆间作可显著提高燕麦土壤固氮微生物的数量,并影响固氮微生物的群落组成.     

施肥制度对水稻土壤nosZ型反硝化细菌群落的影响

由含氧化亚氮还原酶(NOS)的反硝化细菌驱动的氧化亚氮(N2O)还原成氮气(N2)的过程是N2O排放的重要调控途径。为探明施肥对稻田土壤nosZ型反硝化细菌群落的影响,采用荧光定量PCR和高通量测序等方法,研究了湖南省宁乡县长达30年的定位试验条件下4种施肥制度[不施肥(CK)、化肥(CF)、70%化肥+30%有机肥(CFM1)和40%化肥+60%有机肥(CFM2)]对水稻土壤nosZ型反硝化细菌数量和群落结构的影响。结果表明:不同施肥处理nosZ基因丰度为2.14×10~8～6.09×10~8copies·g~(-1)干土,施肥处理nosZ基因拷贝数比对照低47.3%～64.8%(P0.05),但不同有机肥配施比例处理间nosZ基因拷贝数差异不显著;变形菌门是优势门水平类群,占总序列的60.2%～77.5%; Bacteria_unclassified、Proteobacteria_unclassified、Betaproteobacteria_unclassified和根瘤菌目为优势目水平类群,占总序列的93.6%～95.9%。施肥显著降低了Proteobacteria_unclassified的相对丰度(P0.01),但显著提高了根瘤菌目、environmental_samples和红环菌目的相对丰度(P0.05);施肥显著改变nosZ型反硝化细菌的群落结构,但有机肥配施比例对其影响较弱;除碳氮比外,其他土壤理化性质均显著影响nosZ型反硝化细菌的数量和群落结构,其中,硝态氮和土壤p H是驱动nosZ型反硝化细菌群落变化的主要因子;施肥显著影响nosZ型反硝化细菌数量和群落结构,有机肥配施比例对nosZ型反硝化细菌群落的影响较弱,研究结果为进一步阐述施肥制度对土壤反硝化微生物的影响提供依据。     

植物硒吸收转化机制及生理作用研究进展

硒是大多微生物、动物及人类的必要微量元素,但其在植物生长发育中的生理作用至今存在争议.较低浓度硒具有促进植物生长、提高植物耐受能力的功能,而大部分植物在高浓度下表现出中毒现象.随着人类对摄入硒及环境硒污染问题的认识加深,作物硒生物强化与硒污染植物修复问题引起重视,推动了对硒在植物中的吸收积累及代谢调控的研究.近年来对植物硒吸收及转化的研究表明,不同硒水平下植物对硒吸收积累及生理响应存在差异,土壤环境因素对植物硒吸收及转化具有重要影响,对高聚硒植物硒代谢研究逐渐揭示出硒在植物体内的转化过程和调控机理等.本文总结了目前硒生物强化与植物修复方面的研究进展,对环境中硒分布特点、植物硒吸收及其影响因素、植物体内硒转化及其过程调控关键酶,以及硒在植物中的生理作用等进行了综述,并对植物硒生理及分子机制未来研究方向进行展望.     

应用RAPD分子标记技术研究苜蓿根瘤菌的田间竞争结瘤能力

以在温室条件筛选出与 Vector苜蓿品中匹配较好的根瘤菌系 CCBAU30 1 38和 Vector为材料 ,应用 RAPD技术研究CCBAU30 1 38田间竞争结瘤能力。结果显示 ,利用冻融法处理的根瘤、菌体提取的 DNA可以直接作为 PCR扩增的模板 ,扩增结果与以类菌体 DNA及总 DNA作为模板处理的结果相同 ;以根瘤处理物作为 PCR扩增的模板 ,应用 RAPD分子标记技术对接种菌 CCBAU30 1 38田间竞争结瘤能力进行研究 ,接种 1 4 0 d后 ,CCBAU30 1 38田间占瘤率为 4 7.7% ,表明该菌具有较强竞争结瘤能力和持久力。试验结果还说明 ,在接种菌与土著菌有差异的条件下 ,应用 RAPD技术开展竞争结瘤能力研究 ,可以直接以根瘤处理物作为 PCR扩增的模板 ,具有简易、快速、准确等优点     

施氮肥对华北平原土壤氨氧化细菌和古菌数量及群落结构的影响

利用荧光定量PCR、末端限制性片段长度多样性(T-RFLP)和基因克隆文库技术,比较了4种施氮水平(不施氮肥,0 kg N/hm~2,CK;施低水平氮肥,75 kg N/hm~2,N1;施中水平氮肥,150 kg N/hm~2,N2;施高水平氮肥,225 kg N/hm~2,N3)下华北平原地区小麦季表层(0—20 cm)土壤总细菌、氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的丰度和群落结构。结果表明,土壤总细菌、AOB和AOA数量分别在每克干土5.74×10~9—7.50×10~9、8.89×10~6—2.66×10~7和3.83×10~8—7.78×10~8之间。不同施氮量土壤AOA数量均高于AOB数量,AOA/AOB值在81.72—14.38之间。增施氮肥显著显著提高AOB数量(P0.05),对总细菌和AOA数量的影响不显著(P0.05)。与CK相比,处理N1、N2和N3中AOB数量分别提高了0.64、1.50和1.99倍。增施氮肥显著改变了AOB和AOA的群落结构,且不同施氮量处理中AOB群落结构差异更大。系统进化分析显示,施氮肥小麦土壤AOB主要为Nitrosospira属类群,分布在Cluster 3的两个分支中;AOA分布在Cluster S的4个分支中。相关性分析显示,AOB数量与全氮和铵态氮含量呈显著正相关关系,与土壤pH和碳氮比呈显著负相关关系(P0.05);AOA数量与硝态氮含量和土壤pH呈显著正相关关系,与铵态氮含量呈显著负相关关系(P0.05)。研究结果表明:增施氮肥可显著改变华北平原地区碱性土壤AOB数量与群落结构,该地区小麦土壤中AOB比AOA对氮肥响应更敏感。