双价转基因抗虫棉花对土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构及丰度的影响

采用末端片段多态性分析(T-RFLP)和实时定量PCR(Quantitative real-time PCR,qPCR)方法,研究了不同生长时期双价转基因抗虫棉花和亲本非转基因棉花(对照)土壤氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)群落结构和丰度的变化,以探讨双价转基因抗虫棉花种植对土壤氨氧化微生物的影响。结果表明,双价转基因抗虫棉花土壤中AOB和AOA优势种群与对照相同,且随生长时期无显著变化,但在各自样品中所占比例不同。不同生长时期双价转基因抗虫棉花土壤AOB的Shannon指数和Evenness指数均与对照无显著差异,AOA的Shannon指数与对照也无显著差异,而苗期时Evenness指数显著低于对照(P0.05),其他3个生长时期差异均不显著。qPCR分析表明,除花铃期双价转基因抗虫棉花土壤AOB丰度高于对照外,其他3个生长时期均低于对照,而AOA丰度在4个生长时期均低于对照。吐絮期时,双价转基因抗虫棉花与对照土壤AOB和AOA丰度均差异显著(P0.05)。双价转基因抗虫棉花对土壤AOB和AOA群落结构组成无显著影响,但降低了AOB和AOA的数量,双价转基因抗虫棉花对土壤微生物的某些类群可能存在潜在影响。     

模拟水位下降与刈割对高寒湿地土壤氨氧化与反硝化微生物的影响

湿地土壤是温室气体重要的源和汇,认识湿地生态系统氮循环过程有助于预测氮循环对未来气候变化的响应与反馈机制。为探讨硝化作用和反硝化作用对土壤水位变化和刈割的响应机制,依托于2013年在青藏高原东部若尔盖泥炭地南部湿地设置的野外实验,通过在样地周围挖掘不同深度的排水沟模拟水位下降,结合刈割处理,研究水位下降和刈割对泥炭地土壤氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和反硝化细菌(Denitrifying bacteria)丰度的影响。2014年7月取样分析结果表明:水位下降显著降低土壤含水量,水位下降与刈割均显著降低土壤呼吸;氨氧化及反硝化微生物功能基因丰度在各处理间无显著差异,但刈割及其与水位下降的交互作用显著影响AOA-amo A与AOB-amo A基因丰度比。刈割处理显著增加AOB-amo A基因相对丰度,但对AOA-amo A基因丰度无显著影响,揭示AOB可能在湿地土壤硝化过程中占主导地位。土壤nir S基因丰度显著高于nir K基因,表明nir S基因对水位下降及刈割的响应更为敏感。随着土壤水位的下降,刈割促进了由AOB主导的氨氧化过程,而反硝化微生物丰度的增加削减了氨氧化产物硝酸盐的积累,继而降低了土壤硝酸盐含量。     

生物炭与有机肥对菜田土壤氨氧化菌丰度的影响

通过土壤培育试验,运用定量PCR技术,研究了添加生物炭和有机肥对土壤氮营养及氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)丰度的影响。结果表明,土壤培育时间、有机肥显著增加硝态氮的含量(P0.001),促进硝化作用;生物炭通过抑制有机氮矿化作用降低硝化作用,106d时生物炭处理的硝态氮、可溶性总氮含量低于没有生物炭的处理(P0.05),并且中和了有机肥对矿化作用的促进效应。随着处理时间的延长,生物炭促进氨氧化菌群的丰度,AOA丰度的提高较AOB显著,且AOA丰度的变化与硝态氮含量的变化呈正相关。因此认为AOA是土壤中氨氧化作用的主要驱动力,且生物炭与有机肥主要对AOA的丰度产生影响。     

鸡粪菌渣好氧堆肥过程中氨氧化古菌及氨氧化细菌群落的动态变化

以amo A基因为标记,通过Real-Time PCR和限制性片段长度多态性(Restriction fragment length polymorphism,RFLP)法对鸡粪菌渣好氧堆肥过程中的氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)进行了丰度及群落结构的分析。结果表明,在堆制初期、好氧发酵高温期及后熟期,AOB的amo A基因丰度均占主导优势,是AOA的38~992倍。进入好氧发酵高温期,AOA amo A基因丰度下降至发酵前的0.9%,AOB下降至17.6%,后熟期AOA与AOB的amo A基因丰度与好氧发酵高温期相当。在上述3个阶段AOA与AOB各自存在一个绝对优势菌群,分别为Cluster 3和Nitrosomonas europaea,其中Cluster 3克隆子数目分别占整个克隆文库的70.73%、54.28%、72.45%,Nitrosomonas europaea克隆子数目分别占整个克隆文库的78.44%、93.20%、94.27%。堆肥3个阶段AOA的多样性指数变化不大,Shannon-Wiener值维持在1.53~1.60,但群落结构发生明显演替,随着堆肥温度升高,堆肥前期的一些菌群(Cluster 4、Cluster 5、Cluster 6)逐渐消失,新的菌群Cluster 1出现并成为堆肥中后期的第二大优势菌群。AOB无论是多样性指数还是群落组成,都发生剧烈的变化。AOB在堆肥前期Shannon-Wiener指数值最大(1.47),种群数最多(6个基因簇,分别为Nitrosomonas europaea Cluster,Nitrosomonas halophila Cluster,Nitrosomonas communis Cluster,Nitrosomonas nitrosa Cluster,Nitrosospira briensis Cluster,Nitrosospira multiformis Cluster);进入高温发酵期,Shannon-Wiener下降至0.45,群落结构单一,只有Nitrosomonas europaea Cluster和Nitrosomonas halophila Cluster;进入后熟期,AOB多样性及种群数得到一定程度的回升。     

秸秆及其生物质炭输入对毛竹林土壤氨氧化微生物与氮循环相关酶活性的影响

【目的】探讨不同外源碳(玉米Zea mays秸秆及其生物质炭)输入对亚热带毛竹Phyllostachys edulis林土壤氨氧化微生物和氮循环相关酶活性的影响,以揭示其对土壤硝化作用的生物学机制。【方法】以亚热带毛竹林为研究对象,设置3个处理：对照(不施用)、施用玉米秸秆(5 t·hm^-2)和施用玉米秸秆生物质炭(5 t·hm^-2),进行为期1 a的野外试验。于试验的第3个月和第12个月采集土壤样品,利用荧光定量聚合酶链式反应(qPCR)及高通量测序技术分析不同处理下毛竹林土壤氨氧化微生物群落结构特征、酶活性与总硝化速率的变化规律。【结果】与对照相比,秸秆及其生物质炭处理显著改变了土壤氨氧化细菌(AOB)丰度和群落结构(P<0.05),而对氨氧化古菌(AOA)丰度和群落结构无显著影响;秸秆处理显著提高土壤氨氧化细菌丰度及其优势菌属亚硝化螺菌属Nitrosospira的相对丰度、蛋白酶活性和脲酶活性以及总硝化速率,而生物质炭处理则使其显著降低(P<0.05)。相关性分析表明：氨氧化细菌丰度及其优势菌属亚硝化螺菌属的相对丰度、蛋白酶...     

稻田垄作免耕对紫色水稻土硝化微生物的影响

为研究长期垄作免耕对紫色水稻土硝化微生物的影响,以常规平作和冬水平作作为对照处理,采用实时荧光定量PCR对土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的amoA基因拷贝数进行了测定.结果表明:垄作免耕显著增加土壤有机质和全氮含量.垄作免耕条件下,AOB的amoA基因拷贝数为8.3×105/g干土,比常规平作和冬水平作分别高43%,158%;AOA的amoA基因拷贝数为4.5×107/g干土,比常规平作和冬水平作分别高201%,632%,均具有显著性差异(p0.05),稻田垄作免耕可增加土壤中硝化微生物的数量,对土壤中具有硝化功能的氨氧化细菌和氨氧化古菌具有积极影响.3种耕作方式土壤中AOA amoA基因拷贝数均比AOB amoA基因拷贝数高1~2个数量级,AOA可能在其中起重要作用.     

不同林分土壤中氨氧化微生物的群落结构和 硝化潜势差异及其驱动因子

[目的]探究人为干扰较多的果园和观赏林土壤中氨氧化微生物的群落结构和硝化潜势差异及影响因素,为深入了解不同林分氮循环规律提供参考依据.[方法]以四川省南充市6种林分土壤(凤垭山和西山森林土壤及枇杷园、竹林、梨园、芭蕉园土壤)为研究对象,进行硝化潜势测定,以及基于氨氧化微生物amoA基因的荧光定量PCR和测序分析,并耦合土壤理化性质进行冗余分析.[结果]土壤有机质、总氮和硝态氮(NO3--N)含量及硝化潜势在不同林分土壤中差异显著(P<0.05,下同),土壤硝化潜势在7.01~59.88 mg/(kg·d),以森林土壤的硝化潜势最高,改耕为单一果林和观赏林后硝化潜势显著降低.6种土壤的氨氧化古菌(AOA)丰度(1.88×108~10.8×108 copies/g干土)均高于氨氧化细菌(AOB)(2.87×107~27.6×107 copies/g干土),AOA/AOB丰度比值为1.25~15.00,且该比值与土壤有机质含量呈显著负相关.相关性分析结果表明,土壤有机质和总氮含量与AOA菌群结构分别呈极显著(P<0.01)和显著相关,而土壤有机质含量与AOB菌群结构呈显著相关.冗余分析结果表明,不同土壤中AOA和AOB群落结构有所差异,6种土壤中的主导AOA菌群隶属于陆地分支Group 1.1b的54d9-like cluster,AOB的主导菌群隶属于Nitrosospira cluster 3.[结论]在土壤理化性质和硝化潜势显著差异的不同林分土壤中,氨氧化微生物群落结构存在明显的分异特征,土壤总氮和有机质为其主导驱动因子.     

多环芳烃(菲)添加对珠江河口农村和城市河流湿地土壤氮矿化过程的影响

为研究多环芳烃(菲)添加对珠江口河流湿地土壤氮矿化的影响,选取珠江三角洲番禺区的农村河流和城市河流湿地,采用鲜土对两种湿地土壤添加3种浓度的菲(0、15、100 mg·kg-1)进行为期42 d的室内培养实验,分析了两类湿地土壤氮矿化速率以及影响氮矿化过程的脲酶活性及氨氧化古菌(AOA)与氨氧化细菌(AOB)的比例变化。结果表明:土壤氮矿化速率变化范围为-4.885～5.877 mg·kg-1·d-1,氨化速率变化范围为-3.823～4.677 mg·kg-1·d-1,硝化速率变化范围为-4.990～5.369 mg·kg-1·d-1。所有处理中脲酶活性均呈下降趋势,下降比例在26.1%～83.4%的范围内。多环芳烃添加处理组下降比例显著小于无添加对照组(P0.05),而农村河流湿地中的高浓度处理组除外(P0.05)。农村河流湿地中,无添加和高浓度处理下培养后的AOB在氨氧化过程中的占比比培养前减少25.85%和7.31%,低浓度添加则增加36.37%。而菲添加对城市河流湿地AOA和AOB两者比例变化的影响较小。研究表明,除高浓度多环芳烃添加利于城市河流湿地土壤氮矿化外,其他添加实验均显示多环芳烃不利于土壤氮矿化。与对照组相比,多环芳烃的添加对土壤脲酶活性有促进作用(农村河流湿地高浓度处理除外)。在农村河流湿地土壤中,AOB对多环芳烃适应性比AOA更强,低浓度适应性最高,而多环芳烃对城市河流湿地土壤氨氧化微生物群落结构基本无影响。     

低温条件下人工湿地氨氧化微生物的群落结构特征

为了解冬季低温条件下人工湿地沉积物的氨氧化潜力及其影响因素,以北京市汉石桥湿地自然保护区内的人工湿地为研究对象,测定了不同湿地单元沉积物的硝化潜势(PNR)及其相关功能基因的丰度。结果表明,沉积物的PNR较高,说明冬季人工湿地具有较高的硝化潜力。PNR从入水段到出水段呈现先增加后减少的趋势。通过建立硝化活性与功能微生物丰度的线性回归模型发现,氨氧化古菌(AOA,以AOA的amoA基因丰度表征)是影响硝化潜势的主要功能微生物。进一步构建硝化微生物丰度与环境因子的回归方程,发现影响AOAamoA基因丰度的主要环境因子是碳氮比(C/N),影响氨氧化细菌(AOB,以AOB的amoA基因丰度表征)丰度的主要环境因子是全氮(TN)含量。高通量测序测定人工湿地沉积物AOA和AOB的群落组成,各湿地单元检测到的AOB群落优势门为Proteobacteria,主要是β-Proteobacteria纲,AOA主要属于Crenarchaeota和Thaumarchaeota 2个门类。湿地4单元和5单元,1单元和6单元在AOB菌群群落组成上较为接近;湿地6单元、7单元、8单元在AOA菌群群落组成上较为接近。     

大庆龙凤湿地底泥氨氧化细菌与氨氧化古菌多样性分析

为研究湿地底泥中氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)与氨氧化古菌(Ammonia-Oxidizing Archaea,AOA)的群落多样性,构建AOB与AOA的amo A基因克隆文库,同时利用限制性片段长度多态性(RFLP)技术将克隆文库阳性克隆子进行归类并测序。结果发现,从湿地底泥中均得到3个AOB与AOA的可操作分类单元(OTU)。其中,所有的AOB均属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),而AOA属于泉古菌门(Crenarcharota),与河口沉积物等环境中获得的序列具有较高同源性。     

氟磺胺草醚及其降解菌对大豆生长及生物固氮的影响

从生长于氟磺胺草醚污染土壤的大豆根瘤中筛选出的Sinorhizobium sp.W16菌株,能高效降解氟磺胺草醚并能缓解氟磺胺草醚的生物负效应。以大豆（苏C1008）为研究对象,采用盆栽试验,探究Sinorhizobium sp.W16对大豆生长、氮累积量、根瘤固氮酶活性及根际土壤氮循环相关微生物功能基因丰度等的影响。结果表明：氟磺胺草醚的施用量（以有效成分计）超过450 g·hm^-2时显著降低了大豆生物量,抑制了大豆根瘤固氮酶活性和土壤脲酶活性,降低了土壤固氮细菌（nifH）、氨氧化古菌（AOA）、氨氧化细菌（AOB）基因丰度,限制了植物-根际系统的生物固氮及有机氮素转化;接种Sinorhizobium sp.W16降解菌显著提高土壤中氟磺胺草醚的降解率至81.97%,且显著提高了大豆根瘤干质量、根瘤固氮酶活性和土壤nifH基因丰度,增强了大豆的固氮作用,同时刺激了脲酶活性,提升土壤AOA和AOB的基因丰度,增加了土壤有效氮素的供应,从而使大豆植株氮含量提高了15.85%~24.93%。研究表明,氟磺胺草醚的施用抑制了大豆-根际系统的生物固氮作用,但接种Sinorhizobium sp.W16降解菌不仅能有效降低土壤中氟磺胺草醚的残留量、缓解氟磺胺草醚对大豆的持续药害,还增强了植物-根际系统中生物固氮能力、土壤有效氮素供应及大豆的氮素累积,对修复氟磺胺草醚污染土壤、增强大豆固氮具有较好的应用价值和市场前景。     

农田土壤好氧氨氧化和甲烷氧化交互作用机制的研究进展

从农田土壤生态系统中硝化和甲烷氧化的研究意义、氨氧化和甲烷氧化的功能微生物演替规律，以及二者交互作用机制三个方面综述了现阶段取得的主要研究成果，并进一步阐述了土壤碳氮元素生物地球化学循环机制研究的科学问题和面临的挑战。未来研究应充分利用学科交叉，结合宏观结果和土壤微观动态过程，揭示土壤中不可培养微生物代谢能力及其在土壤生物地球化学循环中的重要作用，逐步实现对土壤生态过程的预测和调控。     

雷竹林土壤氨氧化微生物对不同肥料的响应

雷竹Phyllostachys violascens林冬季地表覆盖施肥为核心的集约经营技术被广泛推广应用,冬季覆盖以及施肥处理必将对土壤氨氧化微生物群落结构产生影响。为揭示雷竹林覆盖和施肥等集约经营措施对土壤氨氧化微生物的影响,进行了田间试验。设计如下2个试验:试验1为施用等量硝态氮复合肥:m(氮)∶m(五氧化二磷)∶m(氧化钾)=16∶16∶16的对照1(不覆盖)和处理1(覆盖);试验2为覆盖的4个不同肥料处理,分别为对照2(不施肥),处理1,处理2(尿素),处理3(尿素+氯化钾),各处理以含氮量360 kg·hm-2为标准折算成相应的肥料用量,氯化钾与复合肥等钾量折算。应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术和定量PCR技术分析土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)群落结构多样性和功能基因丰富度。结果表明:不同处理土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌有较高比例的共性种类,群落结构尚未发生显著改变;前期未覆盖的对照1与其他前期曾覆盖的所有处理的氨氧化细菌群落结构差异相对较明显,同为前期覆盖的处理3与其他处理又稍有不同;土壤氨氧化细菌多样性为处理1明显高于(P<0.05)处理3;处理3氨氧化细菌和氨氧化古菌的基因的丰度均较高(P<0.05)。综合比较不同处理氨氧化细菌和氨氧化古菌的DGGE条带的多样性以及定量分析得出结论,处理3的氨氧化微生物多样性和功能基因最丰富,处理2最差。建议生产上采用尿素与氯化钾搭配施用,有利于土壤氨氧化微生物的活动和氮素循环利用。     

氮高效转基因水稻OsNRT2.3b对土壤氨氧化细菌群落多样性的影响

以氮高效转基因水稻Os NRT 2.3b两个不同株系N-04和N-08为研究对象,以非转基因亲本日本晴(Nipp)为对照,在田间小区试验条件下,设施氮和不施氮两种处理,采用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,分析了氮高效转基因水稻在生长期对土壤氨氧化细菌群落多样性的影响。研究发现,水稻土壤氨氧化细菌丰富度指数在各生长期内品种间均不存在显著差异。两种处理条件下N-04的土壤氨氧化细菌香农-威纳指数仅在拔节期与Nipp有显著差异,其余生育期均无显著差异;在施氮条件下N-08的土壤氨氧化细菌香农-威纳指数在拔节期和抽穗扬花期与Nipp存在显著差异,不施氮条件下仅拔节期出现显著差异。两种处理条件下,N-04的土壤氨氧化细菌均匀度指数与Nipp相比整个生长期均无显著差异,而N-08在拔节期显著低于Nipp。测序结果表明,施氮和不施氮处理下氮高效转基因水稻(N-08和N-04)与Nipp相比土壤中拥有更多的亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira)和亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)。研究表明,氮高效转基因水稻在个别生育期对香农-威纳指数和均匀度指数有显著差异,且其更有利于促进土壤铵态氮向硝态氮的转化。     

牛粪堆肥高温期氨氧化古菌与氨氧化细菌的多样性分析

堆肥化过程中,氨氧化微生物对堆肥原料的氮素转化和氮损失影响重大。为了分析牛粪堆肥高温期微生物的多样性,研究以氨单加氧酶基因（帆胡）为标记,分析了牛粪堆肥高温阶段氨氧化古菌（Ammonia-OxidizingArchaea,AOA）和氨氧化细菌（Ammonia-OxidizingBacteria,AOB）菌群多样性。结果表明,在AOB类群中,亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）和亚硝化螺菌属（Nitrosospira）克隆子数量分别占整个克隆文库的59．3％和40．7％,它们是堆肥高温期的优势氨氧化细菌,但是Nitrosomonas的数量比Nitrosospira更占优势。在AOA群落中,soil／sediment菌群占据绝对数量优势,其克隆子数量占AOA文库的94．2％,sea／sediment菌群仅占5．8％。     

种植年限对大棚蔬菜地土壤微生物群落结构多样性的影响

利用常规理化分析、微生物培养方法及Biolog微生物自动分析系统和PCR\|DGGE手段分析了瑞安市不同种植年限大棚蔬菜地土壤微生物群落生态功能多样性和遗传功能多样性的变化特征,探讨长期大棚设施栽培对土壤微生物性质的影响。结果表明,随着种植年限的增加,大棚蔬菜地土壤全盐量及pH显著升高,土壤有机质显著下降;土壤微生物生态功能多样性、群落和功能发生了明显的变化,其中,土壤中总细菌的遗传功能多样性未发生了显著性变化,但氨氧化细菌（AOB）优势种群发生了显著改变,且多样性从丰富变为较单一;土壤氨氧化古菌（AOA）受施肥、植被及土壤pH等环境因素影响较小,当大棚种植年限足够长时其多样性不仅没有减少,反而呈现增加的趋势。