土壤中抗生素残留对氮素生物转化的影响

土壤中残留的抗生素会干扰和改变土壤微生物群落组成、结构和功能,进而影响微生物驱动的地球化学循环过程,威胁着土壤生态系统的安全。土壤中不断累积的抗生素对固氮作用、硝化和反硝化作用等氮转化过程都产生了不同程度的影响。本文综述了抗生素对土壤氮转化过程的影响。结果表明,土壤中的抗生素因其浓度、类型以及暴露时间等因素的不确定性,对固氮作用和反硝化作用的影响规律不明确,但抗生素在多数试验浓度下能够抑制硝化作用,在环境浓度下能够促进N 2 O排放。本文还对今后有关抗生素影响土壤氮转化的研究方向作了分析和展望。

祁连山草原地上生物量和物种丰富度的空间格局

以祁连山南北坡草原为研究对象,为确定位点因子对草原地上生物量和物种丰富度的影响,沿经度、纬度和海拔梯度调查了13个样点草原植被。结果表明,祁连山草原地上生物量和物种丰富度呈北高南低、东高西低的空间分布特征,与纬度和经度均显著相关(P<0.05);草原地上生物量与年均降水量显著正相关(P<0.05),与年均温显著负相关(P<0.05)。分析认为,年降水量决定了草原地上生物量的东西分布格局,气温和年降水量的共同作用决定了地上生物量的南北分布格局。综合经度、纬度、海拔、年降水量和年均温可较好地预测地上生物量和物种丰富度。研究结果对祁连山生态修复和国家公园的科学管理具有积极意义。

禾草–内生真菌共生对土壤理化性质及其微生物影响的研究进展

禾草与内生真菌共生不仅会增强禾草的抗逆性,提升宿主农艺性状,还会对食草动物的取食产生影响。内生真菌可以对植物地上性状及地下环境和地下生物产生重要影响。研究发现,内生真菌可以通过改变凋落物的分解速率、根系化学物质的释放、根际沉积物的数量和种类来影响地下环境和生物多样性。内生真菌与禾草共生对于土壤的物理、化学特性以及生物学多样性都会产生影响,并且因禾草的种类、内生真菌菌株和土壤类型等的不同而异。对物理特性的影响主要集中在土壤团聚体结构的影响上,而化学成分的影响主要体现在土壤碳氮量的改变,生物多样性主要包括土壤微生物和动物。本文回顾了禾草–内生真菌共生体对土壤理化性质和功能的响应,目的是阐明宿主土壤生境中共生体和微生物之间相互作用的机制及其功能,为发掘、开发新的禾草–内生真菌共生体以及使用新型禾草–内生真菌共生体来改变土壤微环境提供理论基础。

高寒草甸8种植物种子内生细菌和真菌群落的多样性

种子是微生物从母本植物到子代植物的传播介质,将有益微生物代代相传。种子传播的微生物存在于植物不同部位,为寄主植物提供了一系列的益处。以往种子微生物研究主要集中于农作物,鲜有关于草地植物的研究。本研究利用Illumina-Miseq DNA测序技术,对青藏高原高山草甸8种优势植物的种子微生物群进行多样性分析。结果表明:8种草地植物的种子中有多种细菌和真菌(115个细菌属和135个真菌属),且细菌和真菌群落均存在显著差异(P<0.05)。8种草地植物的优势种细菌门和真菌门分别为Proteobacteria和Ascomycota。在8种草地植物的种子中均发现了细菌属Pseudomonas、Pantoea和Ochrobactrum及真菌属Botrytis、Bullera和Didymella。另外,在8种草地植物的种子中有其独特的细菌和真菌属。本研究表明,植物的个体特征是塑造种子微生物群落的重要因素,同时还发现了一些有利于寄主植物生长且可用于未来种子微生物组调控的微生物。

白花草木樨半同胞家系的生物固氮性状评价

以不同的白花草木樨(Melilotus albus)半同胞家系为试验材料,分别种植于甘肃临泽和榆中,测定其根干重、根瘤数、根瘤重、叶全氮、叶全磷和生物固氮百分率,以此评价其生物固氮能力。结果表明,白花草木樨在两个地区表现出的各项固氮指标变异系数均大于15%,主成分分析后,可将半同胞家系划分为4组,组1白花草木樨家系的根干重、根瘤数、根瘤重、叶全氮、叶全磷和生物固氮百分率分别高出对照当地白花草木樨品种(RX-02)4%、26%、10%、17%、24%、11%,其中生物固氮百分率的最大值和最小值分别为58%和43%。本研究筛选出的优良生物固氮性状的后代家系,可为进一步选育生物固氮能力强的新品种奠定基础。

生物硝化抑制剂(BNI)在提高农业生产系统中氮利用率方面的研究进展

施肥是提高农业生产率的主要手段之一,提高氮肥利用率是化肥施用的核心问题之一。硝化和反硝化作用引起的硝态氮淋失和一氧化二氮(N2O)排放是氮肥利用率低的主要原因,N2O是一种导致全球气温急剧升高的温室气体。生物硝化抑制是指从植物根部释放具有抑制硝化作用的天然化合物的能力,释放的天然化合物称为生物硝化抑制剂(biological nitrification inhibitor,BNI),其特异性抑制土壤硝化中微生物的活性。生物硝化抑制剂可显著提高水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)等作物产量5%~10%,可使玉米对氮素的利用率提高3.1%,还能减少温室气体N2O的排放;与不产生BNI的植物相比,其释放的N2O降低量可达90%。臂形草(Brachiaria humidicola)释放的名为“brachialactone”的BNI在其抑制硝化过程中抑制效果占总抑制作用的60%~90%。综上可知,生物硝化抑制剂在抑制硝化作用、提高氮素利用率及作物产量、减少温室气体排放等方面起着重要的作用。本文综述了已知释放生物硝化抑制的植物和能够抑制土壤硝化作用的植物,并进一步讨论了生物硝化抑制在农业系统中的重要作用。

青藏高原高寒草甸有毒植物对土壤理化性质和土壤微生物丰度的影响

草地退化促进有毒植物迅速扩张,已对我国青藏高原高寒草甸植物群落多样性和生产力构成了严重威胁。已有研究表明,有毒植物入侵影响植物群落,但有毒植物对地下生物及生物过程的影响研究较少。本研究调查了在高寒草甸草地上生长的5种主要有毒植物[甘肃棘豆(Oxytropis kansuensis)、瑞香狼毒(Stellera chamaejasme)、披针叶黄华(Thermopsis lanceolata)、麻花艽(Gentiana straminea)、黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)]对土壤特性和微生物丰度的影响,并将这些影响和无毒牧草[垂穗披碱草(Elymus nutans)]对土壤特性和微生物丰度的影响进行了比较。研究发现,与无毒牧草垂穗披碱草相比,除麻花艽以外,所有有毒植物均显著增加了土壤全碳、全氮和微生物生物量碳(P<0.05),但对土壤pH没有显著影响。此外,有毒植物对土壤细菌、氨氧化细菌和反硝化细菌丰度有显著影响(P<0.05),但对土壤真菌丰度没有影响。结果表明,青藏高原有毒植物的扩张对土壤特性和土壤微生物有显著的影响,并且这些影响可能对草地生产力产生显著影响。

祁连山高寒草甸和荒漠草原土壤细菌群落的结构特征

祁连山作为我国西部重要的生态区,分布有大量草地,探明祁连山不同草地类型土壤微生物群落组成及其影响因子,对该地区深入研究土壤生态系统结构和维持草地健康具有参考价值。本研究采用Illumina MiSeq高通量测序和OTU分析法比较了位于祁连山东缘青海省刚察县高寒草甸和河西走廊临泽县平山湖荒漠草原0–10 cm土层中土壤细菌群落结构的差异,同时测定土壤理化性质,探讨了土壤细菌群落结构与土壤环境因子之间的关系。结果表明:高寒草甸和荒漠草原土壤细菌的β多样性和细菌群落组成存在显著差异;在门水平上,两种草地类型土壤细菌均以放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和酸杆菌门(Acidobacteria)为主要类群,相对丰度分别占总数的84%和89%;放线菌门为两地优势类群,相对丰度分别为57%和29%。在门水平上,两种草地类型主要细菌类群相对丰度有差异,其中高寒草甸土壤放线菌门和绿弯菌门的相对丰度显著低于荒漠草原(P<0.05),而变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门(Bacteroidetes)和Rokubacteria反之(P<0.05);两草地类型间土壤芽胞单菌门(Gemmatimonadetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、浮霉菌门(Planctomycetes)相对丰度无显著差异(P>0.05)。主要类群与环境因子的Pearson相关性及PCA主成分分析表明:土壤放线菌门和绿弯菌门相对丰度与土壤养分(全氮、全碳、有机碳、含水量和碳氮比)之间呈显著负相关关系(P<0.05),与容重呈显著正相关关系(P<0.05);土壤变形菌门,酸杆菌门和Rokubacteria的相对丰度与土壤养分呈显著正相关关系,与容重呈负相关关系(P<0.05)。土壤全碳、全氮、pH、有机碳、含水量、容重和碳氮比是影响两种草地类型土壤细菌菌群分布的重要原因。

Elevated and atmospheric-level methane consumption by soil methanotrophs of three grasslands in China

Background:Methane(CH4)oxidation driven by soil aerobic methanotrophs demonstrates the capacity of grassland as a CH4 sink.Methods:In this study,we compared the oxidation characteristics of atmospheric-level and elevated concentration(10%)CH4 in a typical grassland(steppe)on the Loess Plateau,an alpine meadow(meadow)on the Qinghai-Tibet Plateau,and an inland arid-area artificial grassland(pasture)in northwest China and investigated the communities of active methanotrophs and their contribution to CH4 oxidation using DNA-based stable-isotope probing and Illumina Miseq sequencing.Results:The results showed that the oxidation of atmospheric CH4 only occurred in steppe and meadow soils where the USCγgroup of methanotrophs was numerically dominant in the methanotroph community.Pasture soils,with their very low relative abundance of USCγ,did not show atmospheric CH4 oxidation.However,a DNA-stable isotope probing experiment with 10%CH4 indicated that conventional CH4 oxidizers(Methylocaldum and Methylocystis)rather than USCγcommunities assimilated significant amounts of 13CH4 for growth.Conclusions:The CH4 oxidation mechanisms in the three experimental grassland soils varied significantly.The USCγgroup may be obligate oligotrophic microorganisms or their growth requires specific unknown conditions.

典型草地土壤好氧甲烷氧化的微生物生态过程

【目的】针对我国甘肃三个典型生态区草地土壤(玛曲MQ、临泽LZ和环县HX),研究其甲烷氧化潜力、甲烷氧化菌(methane-oxidizingbacteria,MOB)丰度及可能存在的群落分异规律。【方法】通过原位分析、室内高浓度甲烷模拟培养三种典型土壤及实时荧光定量、高通量测序的方法研究甲烷氧化菌标靶基因pmoA序列的组成及其丰度变化规律。【结果】三种典型草地土壤的原位甲烷氧化菌的丰度存在显著差异,表现为MQ>HX>LZ,其数量范围为为0.18–6.86×10^7g/d.w.s.;甲烷氧化潜力也表现出类似规律,其通量为109–169mg/(m^2·h);甲烷氧化潜力与原位土壤中甲烷氧化菌丰度有正相关。三种草地土壤甲烷氧化菌存在明显的空间异质性,采用高通量测序的方法,发现三种草地原位土壤中的优势类群为USCγ(Upland Soil Cluster gamma,USCγ);然而,室内高浓度甲烷氧化过程中,传统的甲烷氧化菌均发生明显增加,MQ土壤中TypeⅡ的Methylocystis为优势类群,而LZ和HX土壤的优势类群均为TypeⅠ型Methylosarcina。【结论】这些研究结果表明,我国甘肃典型草地土壤中也存在难培养的大气甲烷氧化菌和经典的可培养甲烷氧化菌,这些微生物极可能氧化极低浓度的大气甲烷,也可能利用闭蓄于土壤中的高浓度甲烷生长。未来应采用先进技术原位观测大气甲烷氧化过程并分离相应微生物类群,研究草地土壤甲烷氧化菌地理分异规律及其环境驱动机制。