能源植物修复土壤镉污染过程中细菌群落分析

选取油脂类能源植物大豆和碳水化合物类能源植物玉米,采用高通量测序方法研究大豆、玉米修复Cd污染土壤过程中根际土壤细菌群落组成.结果表明,100 mg·kg-1Cd的添加会抑制玉米、大豆生长,其中,大豆生物量降低比玉米高.不同组织中根部Cd积累量最高,转移系数TF分别为0.56(玉米)和0.14(大豆).基于Mi Seq的群落分析表明,大豆、玉米根际土壤细菌主要包括Proteobacteria(变形菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)、Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)等33个门.细菌群落的PCo A和UPGMA分析表明,Cd的添加和能源植物种植均能对细菌群落结构产生影响,其中,Cd的添加影响最大.Gemmatimonas、Flavisolibacter、Flexibacter、Ramlibacter、Ohtaekwangia、Flavitalea等细菌在Cd胁迫条件或大豆、玉米种植条件下相对丰度有所变化,分析其可能在大豆、玉米耐受Cd污染中起作用.     

镉胁迫对芒草根际细菌群落结构、共发生网络和功能的影响

芒草(Miscanthus)作为第二代能源植物,已用于重金属污染土壤修复研究,但目前该过程中土壤细菌群落组成和功能研究开展较少.以芒草品种南荻(M.saccariflorus)为研究对象,通过高通量测序结合分子生态网络分析和PICRUSt功能预测,分析研究100 mg1kg-1Cd的胁迫对芒草根际细菌群落组成、共发生网...     

新乡市镉污染土壤细菌群落组成及其对镉固定效果

重金属污染土壤中具有丰富的微生物群落组成,为生物修复提供了微生物资源.本研究以新乡市某电池厂周边Cd污染土壤为研究对象,采用高通量测序和平板分离方法分析其细菌群落组成.传统培养方法表明新乡市重金属污染土壤细菌由厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门这4个门,芽孢杆菌属、节杆菌属和根瘤菌属等30个属组成;高通量测序表明,其由变形菌门、放线菌门和酸杆菌门等25门及400属组成.相较于培养方法,高通量测序群落组成更为丰富.基于高通量测序的分子生态网路分析表明其关键细菌分别为Arthrobacter、Marmoricola、Nocardioides、Ferruginibacter、Flavitalea、Nitrospira和Lysobacter等组成.对分离的159株可培养菌株进行Cd摇瓶吸附实验,结果表明Aneurinibacillus、Arthrobacter和Bacillus等11个属的30株菌具有较好地固定效果.效果验证实验表明,Ochrobactrum sp. 1-6、Bacillus sp.2-11和Pseudomonas sp.1-9等6株高效菌株能提高青菜(鸡毛菜)生物量、降低...     

植物修复治理镉污染及其镉富集分子机制研究

镉是一种对人体危害极大的金属,目前镉污染形式严峻,物理和化学方法治理镉污染均出现不同程度的问题,生物治理中的植物修复技术因其安全、低成本等优势受到广泛关注。本文介绍了植物修复技术治理镉污染的研究进展,并对植物积累镉的分子机制进行了阐述,最后提出了相关问题与未来展望。     

土壤重金属镉污染及其修复措施

2014年全国土壤污染状况调查结果显示,在部分省份的土壤重金属超标较为严重,其中,最为严重的超标重金属元素是镉。Cd对人和动物来说,是一种积累性的非必需的剧毒元素。2013年的镉米事件震惊全国,土壤镉污染状况及其修复引起广泛关注。本文简要介绍了土壤重金属镉污染的来源、对人体健康的危害及相关修复措施。     

高密度聚乙烯微塑料胁迫对棉花生长、枯萎病发生和根际细菌群落的影响

塑料地膜,尤其是聚乙烯地膜,在我国农业生产中广泛使用,而其降解形成的微塑料也逐渐在土壤中累积,带来诸多环境问题.目前,农田土壤中微塑料的环境生物学效应已有诸多报道,但微塑料对作物生长、病害发生和根际土壤细菌群落的影响研究较少.前期研究发现1%高密度聚乙烯微塑料（HDPE,500目）处理土壤会提高棉花枯萎病发病率（33.3%）,并且抑制棉花生长,而土壤灭菌处理后未发现此现象,推测HDPE通过改变土壤微生物群落,影响棉花生长和枯萎病发生.因此,拟通过高通量测序技术,结合网络分析和FAPROTAX功能分析,探究HDPE对棉花根际土壤细菌群落结构、互作网络和功能的影响,解析HDPE的作用机制.NovaSeq测序显示HDPE处理的棉花根际细菌群落由54个门,472个属组成,门与属组成数量均少于无菌水处理土壤.α、β多样性和ANOSIM/Adonis分析表明,HDPE显著降低细菌群落的丰富度,并改变群落结构组成.基于T-test分析差异物种,HDPE显著降低土壤中具有潜在生物防治、污染物降解和抗真菌药物合成功能菌属的相对丰度,如Kribbella、Massilia、Hailiangium和Ramlibacter等.细菌群落的改变导致土壤细菌功能的变化,进一步通过FAPROTAX功能分析可知,HDPE弱化棉花根际土壤细菌部分生物化学功能,如化能异养、发酵和硝酸盐还原等.属水平物种相关性网络分析表明HDPE处理减弱了根际细菌间的相互作用,减少正相关连接数,增加负相关连接数,简化网络结构,改变关键菌群.以上结果表明HDPE可通过改变棉花根际细菌群落、相互作用与功能代谢,影响棉花的生长与枯萎病发生,可为评价聚乙烯微塑料生态风险与污染土壤修复提供指导.     

土壤镉污染修复方法及生物修复研究进展

土壤镉污染主要由人为活动引起,镉在土壤环境体系中存在复杂多变的形态,文章介绍了土壤镉污染对生物体的危害性及其修复方法,综述了生物修复技术处理镉污染土壤的研究进展,并提出了展望。     

粉垄耕作对耕地土壤细菌群落多样性及微生物网络结构的影响

为了解粉垄耕作对耕地土壤细菌群落多样性和结构分布的影响,以及微生物生态分子网络结构和物种之间的相互作用关系.以宁夏引黄灌区不同耕作方式下耕地土壤为研究对象,设置粉垄耕作(DVRT)和传统耕作(CT)这2种处理,采用Illumina MiSeq技术对不同处理的耕地土壤细菌群落进行了分子生态网络分析.结果表明,0～20 cm土层中,DVRT比CT处理显著提升了总有机碳(TOC)、总氮(TN)、碱解氮(AN)、总磷(TP)、有效磷(AP)和总钾(TK)的含量;20～40 cm土层中,DVRT比CT处理显著提升了TOC、 TN、 TP、 AP、 TK和有效钾(AK)的含量.DVRT处理的含水量(WC)显著提高了8.13%～13.30%,pH和电导率(EC)分别降低了4.51%～5.85%和12.5%～13.33%.玉米不同生育期和土层中,DVRT处理的Shannon和Ace指数均增加.优势细菌门为：放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门和芽单胞菌门.细菌群落β多样性结果显示,DVRT和CT处理的土壤细菌群落结构差异明显.冗余分析和偏曼特尔检验结果表明,pH、 EC和TP是影响细菌群落结构多样性...     

产表面活性剂根际菌协同龙葵修复镉污染土壤

从某矿区重金属污染的土壤中分离筛选出一株能产生物表面活性剂的根际细菌LKS06,经生理生化特征及16S rDNA序列分析,将其鉴定为假单孢菌属(Pseudomonas sp.LKS06).生物学特性的测定表明,菌株LKS06对多种重金属有很高的耐受性,且具有分泌吲哚乙酸、产铁载体和ACC脱氨酶活性的能力,并对土壤重金属...     

玉米—大豆轮作体系对黑土土壤固氮菌群落结构及其质量的影响

以大豆连作（CS）、玉米连作（CM）、玉米—大豆轮作（MS）、玉米—玉米—大豆（MMS）和玉米—大豆—大豆（MSS）为研究对象,利用荧光定量PCR和高通量测序分析种植制度对土壤固氮菌丰度和群落结构的影响。结果表明：轮作中土壤有机质（SOM）、全磷（TP）、有效氮（AN）和有效磷（AP）的含量显著高于连作;轮作固氮菌丰度显著高于CM,显著低于CS;MMS与MSS固氮菌多样性显著高于CM;轮作和连作土壤固氮菌群落结构差异明显,全氮（TN）是固氮菌群落结构变化的主要驱动因子,种植制度通过土壤化学性质间接影响固氮菌丰度和多样性。这说明,在吉林省西部半干旱区,MSS与MMS更有利于土壤固氮菌繁殖,可以从微生物学的角度为合理种植和氮素调控提供科学依据。     

能源作物甜高粱对镉污染农田的修复潜力研究

通过田间控制试验,研究在不同镉污染条件下甜高粱对镉的吸收和积累规律,并采用先进固态发酵(ASSF)技术对甜高粱进行能源化利用,阐明能源植物甜高粱对镉污染农田的修复潜力.结果表明:甜高粱对镉具有较强的吸收能力和耐性,在不同浓度的镉处理条件下,均可以完成正常生育期(167 d),但当土壤镉含量达到33 mg·kg~(-1)时其生长受到显著抑制.在甜高粱植株内,根部的镉浓度最高,呈现根茎叶籽粒的分布特点,单株镉的积累量最高可达到0.84 mg(土壤镉含量为18 mg·kg~(-1)).甜高粱对镉的吸收与土壤中的镉含量具有显著的线性关系(P0.05),随着土壤中镉含量的增加显著增加,但是镉处理对甜高粱茎秆的糖和水分含量,以及发酵过程中糖利用率和乙醇转化率均没有影响.因此,在镉污染农田上种植甜高粱,可以确保生产的产品不进入食物链而进入能源产业链,既可以生产生物乙醇的原材料,产生经济效益,又可以吸收土壤中镉,实现对镉污染农田的边生产边修复.     

Growth and metal uptake of energy sugarcane (Saccharum spp.) in different metal mine tailings with soil amendments

A pot experiment was conducted to investigate the feasibility of growing energy sugarcane(Saccharum spp.) in three different metal mine tailings(Cu, Sn and Pb/Zn tailings) amended with uncontaminated soil at different mixing ratios. The results indicated that sugarcane was highly tolerant to tailing environments. Amendments of 20% soil to Sn tailings and 30% soil to Cu tailings could increase the biomass of cane-stem for use as the raw material for bioethanol production. Heavy metals were mostly retained in roots, which indicated that sugarcane was useful for the stabilization of the tailings. Bagasse and juice, as the most valuable parts to produce bioethanol, only accounted for 0.6%– 3% and 0.6%–7% of the total metal content. Our study supported the potential use of sugarcane for tailing phytostabilization and bioenergy production.     

微生物有机肥对樱桃园土壤细菌群落的影响

采用田间试验,探究微生物有机肥对樱桃园土壤细菌群落的影响.利用高通量测序和实时定量PCR技术,研究不施肥（CK）、常规施肥（CN）和施微生物有机肥（CB）处理土壤细菌数量、多样性和群落结构的变化.结果表明,施微生物有机肥显著提高了土壤有机质、全氮、碱解氮和速效磷含量.结合16S rRNA基因拷贝数和α^-多样性指数结果,发现施微生物有机肥能提高细菌数量,且提高细菌多样性和丰富度.不同施肥处理显著改变了细菌群落结构.门水平上,变形菌门、酸杆菌门、厚壁菌门、芽单胞菌门、放线菌门为优势类群,共占细菌总量的74.3%~85.1%.目水平上,CB处理中Acidobacteria_Gp4和Gp6相对丰度显著低于CK处理,而Acidobacteria_Gp7较CK处理增加了75.4%.冗余分析结果表明,环境因子解释了细菌群落变化的92.3%,土壤有机质、全氮含量和pH值是造成樱桃园土壤细菌群落结构差异的主要原因.因此,施用微生物有机肥能显著提高土壤养分含量、土壤细菌数量及群落多样性,对于培肥地力极为重要.     

生物炭添加对半干旱区土壤细菌群落的影响

以半干旱区固原生态试验站生物炭修复4a的表层土壤为对象，采用高通量测序技术研究了不同添加类型（槐树皮生物炭、锯末生物炭）和比例（1%、3%、5%，质量百分比）的生物炭对土壤细菌多样性及群落结构的影响.结果表明，生物炭应用提高了土壤细菌群落的多样性，锯末生物炭优于槐树皮生物炭，且3%锯末生物炭对细菌群落的多样性影响最佳，其香农指数为6.22；优势门主要为放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、酸杆菌门（Acidobacteria）和Saccharibacteria，相对丰度共占76.80%~85.31%；优势纲有放线菌纲（Actinobacteria）、α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）、酸杆菌纲（Acidobacteria），其相对丰度占48.13%~57.08%；属水平上，施加生物炭增加了芽孢杆菌属（Bacillus）、硝化螺旋菌属（Nitrospira）的相对丰度，降低了土微菌属（Pedomicrobium）、根瘤菌属（Rhizobium）的相对丰度；层级聚类及冗余分析（RDA）发现，施加生物炭对细菌群落结构有影响，其中，微生物量碳、含水率、铵态氮、有机碳对细菌群落结构的影响较大.细菌优势门与环境因子相关性热图分析表明，铵态氮与放线菌门、绿弯菌门呈显著相关性.铵态氮是影响细菌群落的主要理化因子.     

宁南山区人工林草对土壤真菌群落的影响

以宁南山区天然草地（长芒草（Stipa bungeana Trin））为参照,选取2种典型人工恢复植被：人工草地（苜蓿（Medicago sativa））和人工林地（柠条（Caragana korshinskii Kom））的表层土壤（0-20cm）为研究对象,利用Miseq高通量测序技术分析土壤真菌的多样性、物种组成及其相对丰度变化特征,并采用冗余分析（RDA）的方法研究环境因子对不同植被土壤真菌群落的影响.结果表明：3种植被样地土壤样品共测得真菌27个门,44个纲,70个目,91个科.其中,优势菌门有子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）,丰度分别为71.8%和15.2%;优势菌纲主要有：粪壳菌纲（Sordariomycetes）、座囊菌纲（Dothideomycetes）、伞菌纲（Agaricomycetes）和盘菌纲（Pezizomycetes）;优势菌属有：赤霉菌属（Gibberella）、肾形虫属（Colpoda）、水球壳属（Hydropisphaera）、叶生壳属（Floricola）、管柄囊霉属（Funneliformis）和Marcelleina.土壤真菌丰富度和多样性在苜蓿地最大,柠条地最小.球囊菌门（Glomeromycota）在天然草地的丰度最高,为4.8%;子囊菌门丰度在苜蓿地里最大,达82.6%,在柠条地最低,为56.8%;担子菌门和分类不明确门（Unclassified）在柠条土壤中丰度最大,分别为：25.3%和7.9%,在苜蓿地中最低,分别为：7.1%和0.8%.盘菌纲在天然草地中的丰度最高,为17.8%,且显著高于柠条地.伞菌纲在（Agaricomycetes）柠条地中的丰度明显高于苜蓿地.Heatmap热图分析表明,尽管苜蓿地中土壤真菌群落与天然草地的相似度更高,但是天然草地中AM真菌（Arbuscular mycorrhizal Fungi）的相对丰度最大,种植苜蓿使土壤致病菌属的相对丰度增加,柠条地的肾形虫属相对丰度最高.人工林草对土壤真菌的群落组成和多样性有较明显的影响.土壤水分（SW）、有机碳（TOC）和全氮（TN）是影响宁南山区林草地土壤真菌群落的主要理化因子.     

印度芥菜和油菜互作对各自吸收土壤中难溶态镉的影响

在石灰性土壤加入CdCO3条件下 ,通过温室土培盆栽试验研究印度芥菜和油菜互作对各自吸收土壤中难溶态镉的影响 .试验结果表明 ,印度芥菜和油菜互作时 ,印度芥菜对养分的竞争能力强 ,地上部干重高于单作时的 ;而与之互作的油菜由于根际土壤溶液中的有效态镉含量增加或对养分的竞争能力弱 ,地上部干重低于单作时的 .印度芥菜的根系有很强的活化能力 ,和油菜互作时可提高植物提取修复难溶态镉污染土壤的能力 ,和单作相比 ,互作对印度芥菜吸收镉的能力无显著影响 ,但却可以显著增加油菜植株体内的镉含量 ,在土壤相同镉量的条件下 ,印度芥菜和油菜互作时植株的吸镉量和对土壤的净化率均高于单作