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长期培肥降低稻田土壤硝化和反硝化细菌功能基因丰度并减缓氮素周转
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作者 陈会巧 马慧霞 +6 位作者 张桥 孙丽丽 周昌敏 顾文杰 卢钰升 徐培智 解开治 《植物营养与肥料学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1630-1642,共13页
【目的】硝化和反硝化细菌在稻田土壤氮循环中起着十分重要的作用。研究长期有机物料还田条件下红壤区稻田土壤硝化和反硝化细菌群落及功能基因丰度,有助于揭示土壤硝化和反硝化过程中的微生物机制,为红壤区稻田氮高效利用和管理提供参... 【目的】硝化和反硝化细菌在稻田土壤氮循环中起着十分重要的作用。研究长期有机物料还田条件下红壤区稻田土壤硝化和反硝化细菌群落及功能基因丰度,有助于揭示土壤硝化和反硝化过程中的微生物机制,为红壤区稻田氮高效利用和管理提供参考。【方法】基于40年水稻长期施肥定位试验,选择其中的不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、早稻施绿肥紫云英(M1)和早稻施绿肥紫云英+晚稻秸秆还田(M2)处理小区采集土壤样品,利用宏基因组测序和荧光定量PCR技术,通过对典型反硝化细菌nirK、nirS和硝化细菌amoA、hao进行基因标记,分析了土壤硝化和反硝化细菌群落结构和多样性。【结果】nirK、nirS型反硝化细菌和AOB(amoA)、hao细菌主要隶属于变形菌门(Proteobacteria)。所有处理中nirK型反硝化细菌的优势属为Ardenticatena菌属、硝化螺菌属(Nitrospira)和罗河杆菌属(Rhodanobacter),且M2处理土壤中罗河杆菌属相对丰度显著高于其他处理(P<0.05)。nirS型反硝化细菌中类固醇杆菌属(Steroidobacter)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)分别在M2和NPK处理中占比最高,分别达到33%和29%。AOB(amoA)细菌中慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)在CK和M1处理中占比最高,分别为30%和32%;变形菌门中的甲基单胞菌属(Methylomonas)在M2处理中占比最大;硝化螺菌属(Nitrospira)在CK处理中的占比显著高于其他处理。hao细菌中地杆菌属(Geobacter)相对丰度在各处理中占比最高。冗余分析显示,土壤速效氮(P=0.002)、有效磷(P=0.006)和有机碳(P=0.002)是nirK型和nirS型反硝化细菌群落组成变化的主导因子,土壤有机碳(P=0.008)、有效磷(P=0.01)、速效钾(P=0.008)是hao细菌群落结构变化的关键因子,速效氮(P=0.004)、有效磷(P=0.004)和全磷(P=0.002)是AOB(amoA)群落结构产生变化的关键因子。Spearman相关性分析表明,土壤有机碳、全氮和铵态氮与功能基因amoA、hao和反硝化功能基因nirK、nirS的丰度都呈现极显著(P<0.01)负相关关系。【结论】土壤有效磷、速效氮和有机碳是影响细菌群落结构的主要环境因子。长期培肥降低了土壤硝化和反硝化功能基因的丰度,减缓了土壤氮素循环的周转,提高了土壤氮素的稳定性。 展开更多
关键词 长期施肥 稻田土壤 硝化微生物 硝化微生物 功能基因
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秸秆还田对南方稻田土壤N_(2)O排放及硝化和反硝化微生物群落的影响
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作者 韩兴华 张桥 +7 位作者 李季 张嘉欣 黎婉玲 孙丽丽 顾文杰 卢钰升 徐培智 解开治 《福建农业学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1344-1357,共14页
【目的】以我国南方典型赤红壤水稻土为研究对象,探究不同秸秆还田量对双季稻区晚稻季土壤N_(2)O排放特征及硝化和反硝化微生物的影响,旨在为南方稻田N_(2)O减排提供科学依据。【方法】以2015年设置的定位试验为研究平台,设计5个处理:(1... 【目的】以我国南方典型赤红壤水稻土为研究对象,探究不同秸秆还田量对双季稻区晚稻季土壤N_(2)O排放特征及硝化和反硝化微生物的影响,旨在为南方稻田N_(2)O减排提供科学依据。【方法】以2015年设置的定位试验为研究平台,设计5个处理:(1)CK,化肥+无秸秆还田;(2)CKS,化肥+当季秸秆全量还田;(3)S10,化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代10%钾肥;(4)S20,化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代20%钾肥;(5)S30,化肥+当季秸秆全量还田+秸秆替代30%钾肥。采用密闭静态暗箱-气相色谱法及宏基因组测序对气体和土壤微生物进行检测。【结果】稻田土壤N_(2)O排放主要集中在水稻分蘖期;较CK处理,秸秆还田各处理显著降低了稻田土壤N_(2)O累计排放量,其中,S30处理的N_(2)O累计排放量最低,为0.09 kg·hm^(-2),其全球增温潜势也最低;硝化过程中,氨氧化细菌(amoA和amoB)在分蘖期和成熟期的优势菌属均为甲基孢囊菌属;反硝化过程中,nirK型反硝化细菌的芽单胞菌属、罗河杆菌属、丰祐菌属在分蘖期和成熟期细菌属中均占据主导地位;nirS型反硝化细菌的嗜甲基菌属和甲基营养型反硝化菌属在分蘖期和成熟期细菌属中均占据主导地位;分蘖期,土壤N_(2)O排放量与nirS型反硝化细菌的甲基营养型反硝化菌属呈显著负相关、与nirS型反硝化细菌的沙壤土杆菌属呈显著正相关;成熟期,土壤N_(2)O排放量与nirS型反硝化细菌的水生细菌属呈极显著正相关关系。【结论】秸秆还田显著降低了稻田土壤N_(2)O排放,AOB(amoA)和AOB(amoB)的甲基孢囊菌属是氨氧化过程的优势菌属,nirK型反硝化细菌的芽单胞菌属、罗河杆菌属、丰祐菌属,和nirS型反硝化细菌的嗜甲基菌属及甲基营养型反硝化菌属是反硝化过程的优势菌属。 展开更多
关键词 秸秆还田 稻田土壤 硝化硝化微生物 功能基因 N_(2)O排放
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施氮对水稻土N_2O释放及反硝化功能基因(narG/nosZ)丰度的影响 被引量:18
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作者 郑燕 侯海军 +2 位作者 秦红灵 朱亦君 魏文学 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第11期3386-3393,共8页
以紫潮泥和红黄泥两种不同质地的水稻土壤作为研究对象,通过室内培养试验,分析施用硝态氮肥对N2O释放和反硝化基因(narG/nosZ)丰度的影响,并探讨反硝化基因丰度与N2O释放之间的关系。结果表明,施用硝态氮显著增加两种水稻土的N2O释放量... 以紫潮泥和红黄泥两种不同质地的水稻土壤作为研究对象,通过室内培养试验,分析施用硝态氮肥对N2O释放和反硝化基因(narG/nosZ)丰度的影响,并探讨反硝化基因丰度与N2O释放之间的关系。结果表明,施用硝态氮显著增加两种水稻土的N2O释放量。在72h培养过程中,施氮改变了紫潮泥反硝化基因(narG/nosZ)的丰度,但并未明显影响红黄泥反硝化基因(narG/nosZ)丰度。通过双变量相关分析发现,除了紫潮泥narG基因外,其它的反硝化基因丰度和N2O释放之间并没有显著相关性。 展开更多
关键词 水稻土 施氮 N2O释放 硝化基因
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环境中的反硝化微生物种群结构和功能研究进展 被引量:17
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作者 王莹 胡春胜 《中国生态农业学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1378-1384,共7页
反硝化作用是生态系统氮循环的重要组成部分,与地下水硝酸盐累积和温室气体排放密切相关。种类繁多的细菌、真菌和古菌参与反硝化过程,并在调控反硝化速率和反硝化气体产物比例等方面发挥重要作用。反硝化微生物的种群结构是一系列环境... 反硝化作用是生态系统氮循环的重要组成部分,与地下水硝酸盐累积和温室气体排放密切相关。种类繁多的细菌、真菌和古菌参与反硝化过程,并在调控反硝化速率和反硝化气体产物比例等方面发挥重要作用。反硝化微生物的种群结构是一系列环境影响因素长期作用的结果,反硝化微生物种群对温度、水分、pH、O2含量、资源可利用性和植被类型等因素产生不同的响应。环境因素通过对反硝化微生物的影响来调控反硝化速率和反硝化酶的生成。分子技术的应用为自然环境中反硝化微生物的研究开辟了广阔前景,并为进一步认识反硝化微生物种群结构和功能的相互关系提供了新的发展方向。本文总结了关于环境中反硝化微生物种群的研究结果,并为进一步研究反硝化微生物种群结构和功能的联系提供了总体框架。 展开更多
关键词 硝化过程 硝化微生物 微生物种群结构 功能基因 分子技术
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现代非培养技术在反硝化微生物种群结构和功能研究中的应用 被引量:4
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作者 梁丽华 左剑恶 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期599-605,共7页
反硝化过程对于废水生物脱氮工艺的运行、土壤肥分的流失以及N2O的排放均具有重要意义,但参与反硝化过程的微生物种类繁多且多数不可培养,导致对自然环境中反硝化微生物的种群结构及功能的研究具有很大难度.现代非培养分子技术的发展使... 反硝化过程对于废水生物脱氮工艺的运行、土壤肥分的流失以及N2O的排放均具有重要意义,但参与反硝化过程的微生物种类繁多且多数不可培养,导致对自然环境中反硝化微生物的种群结构及功能的研究具有很大难度.现代非培养分子技术的发展使得对反硝化微生物进行原位、准确、全面的研究成为可能.对反硝化功能基因进行指纹图谱分析、定量PCR或者利用FISH等技术可以有效确定反硝化菌的组成和数量,通过检测反硝化酶和mRNA可将反硝化菌的种群鉴定与代谢活性联系起来,最近新出现的同位素底物标记技术甚至可直接确定反硝化菌的碳源利用情况.重点介绍了上述各种现代非培养技术对反硝化细菌种群结构和功能的研究现状,以期为深入了解反硝化微生物的多样性和功能特性提供参考. 展开更多
关键词 硝化微生物 功能基因 种群结构 非培养技术
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次生天然林不同恢复阶段土壤硝化、反硝化功能微生物特征及影响因素分析
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作者 张宇 杨军钱 《福建农业科技》 CAS 2022年第2期63-70,共8页
为了解次生林自然恢复过程中硝化、反硝化微生物功能基因丰度变化规律及影响因素。采用空间代替时间的方法,选取环境条件基本一致的5、8、21、27、40年自然恢复的次生林和大于100年原始林(对照CK)为对象,研究了表层(0~10 cm)土壤中参与... 为了解次生林自然恢复过程中硝化、反硝化微生物功能基因丰度变化规律及影响因素。采用空间代替时间的方法,选取环境条件基本一致的5、8、21、27、40年自然恢复的次生林和大于100年原始林(对照CK)为对象,研究了表层(0~10 cm)土壤中参与硝化过程的功能基因AOA、AOB和反硝化功能基因NarG、NirK、NirS和NosZ丰度变化,以及与土壤理化性质的关系。结果表明:AOA基因主导了恢复阶段土壤的硝化过程,pH和铵态氮含量是影响AOA基因丰度变化的因子,进一步支持了AOA适合低pH和较低浓度NH_(4)^(+)的观点。反硝化功能基因丰度主要受AOB基因和土壤C/N的影响,且(NirK+NirS)/NosZ丰度比小于1,表明自然恢复的次生林能够更好地将氮素保持在土壤中,减少土壤中N_(2)O的排放。随着次生林自然恢复时间推移,氮碳养分的逐渐积累,为微生物活动提供了丰富的底物和能量来源,微生物活动也逐步恢复。以上结果表明,自然恢复的次生林能够更好保持土壤肥力,并且具备更高的生态系统功能。 展开更多
关键词 次生天然林 硝化过程 硝化过程 功能基因 自然恢复
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过硫酸氢钾复合物对对虾养殖底泥硝化作用、氨氧化微生物丰度和群落结构的影响 被引量:2
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作者 赵珍 王宝杰 +2 位作者 刘梅 蒋克勇 王雷 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期54-61,共8页
采用在模拟池塘中投放过硫酸氢钾复合物(KMPS)进行对比实验的方法,探究KMPS对养殖底质硝化作用的影响。通过对氨氮和亚硝态氮含量的检测,探究对不同时期氮素转化的影响,低频率高剂量投放组中的氨氮和亚硝态氮含量显著降低,而高频率低剂... 采用在模拟池塘中投放过硫酸氢钾复合物(KMPS)进行对比实验的方法,探究KMPS对养殖底质硝化作用的影响。通过对氨氮和亚硝态氮含量的检测,探究对不同时期氮素转化的影响,低频率高剂量投放组中的氨氮和亚硝态氮含量显著降低,而高频率低剂量组中氨氮和亚硝态氮的含量显著上升。高频率低剂量KMPS的投放使氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)丰度降低,而低频率高剂量KMPS的投放不会造成丰度降低,而且还表现出部分时期AOB丰度的上升。进一步对群落结构进行分析发现KMPS的投放使AOA群落中Nitrosopumilu属相对丰度降低,Nitrososphaera属的相对丰度上升,这种相对丰度的变化与KMPS的投放方式无关;但AOB群落受到KMPS投放方式的影响,低频率高剂量的KMPS投放下AOB群落优势属相对丰度显著提高。以上结果均说明低频率高剂量KMPS的投放起到了促进底质硝化作用的效果。同时,可为KMPS用于对虾养殖池塘底质改良开辟一个新的途径。 展开更多
关键词 过硫酸氢钾复合物 硝化作用 amoA基因 微生物群落结构
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Fe(Ⅱ)对反硝化过程及其功能微生物群落的影响 被引量:11
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作者 李爽 李晓敏 李芳柏 《中国环境科学》 EI CAS CSSCI CSCD 北大核心 2018年第1期263-274,共12页
以华南稻田土壤为研究对象,通过室内模拟控制实验,研究了Fe(Ⅱ)对厌氧稻田土壤中反硝化过程及其功能微生物群落结构组成与相对丰度的影响.结果表明,加入Fe(Ⅱ)减缓了土壤中NO3-的还原,但促进了NO2-的还原和N2O的生成;同时Fe(Ⅱ)只在Soil... 以华南稻田土壤为研究对象,通过室内模拟控制实验,研究了Fe(Ⅱ)对厌氧稻田土壤中反硝化过程及其功能微生物群落结构组成与相对丰度的影响.结果表明,加入Fe(Ⅱ)减缓了土壤中NO3-的还原,但促进了NO2-的还原和N2O的生成;同时Fe(Ⅱ)只在Soil+Fe(Ⅱ)+NO-_3^-处理中发生氧化.通过定量PCR结果发现,Fe(Ⅱ)的加入提高了亚硝酸盐还原基因nir S和N_2O还原基因nos Z的拷贝数;但降低了细胞膜硝酸盐还原基因nar G的拷贝数.通过高通量和克隆文库分析发现,Fe(Ⅱ)的加入主要对nap A-周质硝酸盐还原微生物群落结构有明显影响,Soil+NO_3^-处理中优势菌是Dechloromonas,而Soil+Fe(Ⅱ)+NO_3^-处理中为Azonexus、Dechloromonas和Azospira.Fe(Ⅱ)对厌氧稻田中的反硝化过程及其功能微生物群落具有显著影响,这对了解华南红壤地区稻田体系中的氮元素循环与铁元素转化的关系具有重要意义. 展开更多
关键词 Fe(Ⅱ) 硝化过程 功能基因 功能微生物 稻田土壤
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生物滞留池微生物种群的硝化反硝化功能研究——以深圳市为例 被引量:4
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作者 李笑玥 秦华鹏 +1 位作者 王凡 银翼翔 《深圳大学学报(理工版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期36-44,共9页
生物滞留池是海绵城市建设中净化城市径流的重要设施,其中的微生物在径流氮处理中起到关键作用.为揭示生物滞留池氮去除机理,利用16S核糖体核糖核酸(ribosomal ribonucleic acid,rRNA)基因-Illumina MiSeq高通量测序技术和实时荧光定量... 生物滞留池是海绵城市建设中净化城市径流的重要设施,其中的微生物在径流氮处理中起到关键作用.为揭示生物滞留池氮去除机理,利用16S核糖体核糖核酸(ribosomal ribonucleic acid,rRNA)基因-Illumina MiSeq高通量测序技术和实时荧光定量的方法,调查中国深圳市8个典型生物滞留池中总细菌的多样性与菌门水平分布,分析其中硝化与反硝化功能菌属的群落结构、功能基因丰度及其与环境因子的关系.结果表明:①生物滞留池的主要优势菌门为变形菌门、放线细菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和厚壁菌门,这些优势菌门的相对丰度占群落的93.49%~94.80%.②微生物群落中相对丰度最高的硝化功能菌是亚硝化单胞菌科和硝化螺旋菌属;相对丰度最高的反硝化功能菌是芽孢杆菌属,其次是赖氨酸芽孢杆菌属和假单胞菌属.③在不同生物滞留池中硝化和反硝化功能基因拷贝数表现出较大差异,其中,市政道路旁的生物滞留池采样点的硝化和反硝化功能基因丰度均呈现较高值.④生物滞留池中氮转化微生物的多样性及功能基因的丰度受体系结构、植被类型与污染负荷的综合作用,反硝化菌更容易受到环境因子的影响.本研究的微生物调查结果可为生物滞留池的氮去除功能的评估和提高提供思路. 展开更多
关键词 海绵城市 环境科学 生物滞留池 高通量测序 硝化 硝化 微生物群落结构 功能基因
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分子生态学技术用于反硝化微生物群落研究的进展 被引量:5
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作者 张盛博 何小娟 +1 位作者 吴海露 王欣泽 《环境科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期120-126,共7页
反硝化微生物是地球氮循环的主要参与者,利用反硝化酶的编码基因,结合现代分子生态学技术,已成为研究环境中反硝化微生物的主要方法。该文介绍了传统的测序技术和新兴高通量测序技术的优缺点,综述了运用分子生态学技术对反硝化微生物开... 反硝化微生物是地球氮循环的主要参与者,利用反硝化酶的编码基因,结合现代分子生态学技术,已成为研究环境中反硝化微生物的主要方法。该文介绍了传统的测序技术和新兴高通量测序技术的优缺点,综述了运用分子生态学技术对反硝化微生物开展研究的情况,也对未来分子生态学技术及其在反硝化微生物识别和反硝化作用机理方面的研究进行了展望。 展开更多
关键词 硝化微生物 功能基因 分子生态学
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三江源国家公园不同草地土壤微生物功能基因的差异性分析 被引量:8
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作者 陈昕 李奇 +4 位作者 陈懂懂 贺福全 霍莉莉 赵新全 赵亮 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2020年第3期472-482,共11页
土壤微生物在陆地生物地球化学循环过程中起着非常重要的作用。为了探索青藏高原高寒草地类型地上植被特性和地下土壤环境与土壤微生物功能基因之间关系,以三江源国家公园高寒草原、高寒沼泽化草甸及高寒草甸3种典型草地类型为研究对象... 土壤微生物在陆地生物地球化学循环过程中起着非常重要的作用。为了探索青藏高原高寒草地类型地上植被特性和地下土壤环境与土壤微生物功能基因之间关系,以三江源国家公园高寒草原、高寒沼泽化草甸及高寒草甸3种典型草地类型为研究对象,利用基因芯片(GeoChip 5.0)技术测定其微生物功能基因丰度,并分析它们之间的差异及影响因素。结果表明:(1)3种草地类型地上群落结构和地下土壤环境存在差异性,其中高寒草原物种多样性指数、pH值较高,沼泽化草甸中土壤含水量、微生物量碳、地上生物量、土壤速效氮含量较高,高寒草甸中则是土壤微生物量氮含量较高;(2)3种高寒草地类型的碳循环、氮循环、磷循环、有机修复的土壤微生物功能基因丰度存在显著差异,其中这些功能基因的丰度在高寒沼泽化草甸最高,高寒草甸、高寒草原次之;(3)地上植物物种多样性虽对功能基因丰度变化的解释率(r2)在57.1%-61.2%之间,但统计学上不显著(P>0.05),而微生物基因丰度随地上生物量的增加而增加,且解释率(r2)为77.5%-80.0%(P<0.05)。在pH、土壤含水量、土壤微生物量等地下土壤环境因子中,pH对功能基因丰度存在显著影响(P<0.01)解释率在83.4%-87.5%间,且土壤微生物功能基因丰度随土壤pH的增加而降低;土壤含水量、土壤微生物量对土壤微生物功能基因丰度的解释率分别为81.9%-83.1%(P<0.05)和76.8%-86.2%(P<0.05),微生物功能基因丰度随这两者含量的增加呈上升趋势。进一步运用RDA分析发现,pH、土壤微生物量、地上生物量是影响微生物功能基因丰度的主要因子,其中土壤微生物量是土壤有机质的重要组成部分,土壤有机质又是通过地上植被凋落物沉积所得到的。因此,地上植被特性的自上而下控制因子影响了土壤环境中自下而上的控制因子,间接的影响了微生物功能基因丰度。由此得出,地上植被特性和地下土壤环境因子共同作用控制了微生物功能基因丰度使其出现差异性。 展开更多
关键词 三江源国家公园 草地类型 植被特性 土壤环境 土壤微生物功能基因 基因芯片5.0
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硝化微生物富集及其种群结构与基因表达分析 被引量:2
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作者 余晨笛 侯立军 +5 位作者 郑艳玲 刘敏 尹国宇 高娟 刘程 常永凯 《华东师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期164-173,共10页
对采集的长江口潮滩沉积物进行了硝化微生物的富集培养,通过宏基因组技术分析了富集物中硝化微生物的种群结构.检测到4类硝化微生物(占测序总reads的34.7%),包括新近发现的全程氨氧化微生物(complete ammonia oxidizers,comammox)、严... 对采集的长江口潮滩沉积物进行了硝化微生物的富集培养,通过宏基因组技术分析了富集物中硝化微生物的种群结构.检测到4类硝化微生物(占测序总reads的34.7%),包括新近发现的全程氨氧化微生物(complete ammonia oxidizers,comammox)、严格的亚硝酸盐氧化菌Nitrospira、β-变形菌门氨氧化细菌及氨氧化古菌.其中,comammox占硝化微生物类群的48%.此外,基于宏转录组技术分析了4类硝化菌群的基因表达特征(依据Evolutionary genealogy of genes:Non-supervised Orthologous Groups数据库).研究探讨了潮滩沉积物富集物中硝化微生物的种群结构与基因表达特征,证明了长江口潮滩沉积环境中comammox的存在,并验证了其基因表达活性.研究结果加深了对河口地区硝化微生物的认识,对于未来硝化过程的分子生态学研究有重要启示意义. 展开更多
关键词 硝化微生物 富集培养 潮滩沉积物 种群 基因表达
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稻田不同轮作休耕模式下土壤反硝化功能基因群落结构 被引量:1
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作者 李娜 徐慧芳 黄国勤 《华中农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期42-50,共9页
为了探索不同轮作休耕种植模式下稻田土壤氮素及相关微生物群落结构的变化,采用乙炔抑制法测定土壤反硝化潜势,利用高通量测序手段分析反硝化微生物群落多样性和组成,以传统种植模式紫云英-早稻-晚稻(A)为对照,比较分析4种轮作休耕种植... 为了探索不同轮作休耕种植模式下稻田土壤氮素及相关微生物群落结构的变化,采用乙炔抑制法测定土壤反硝化潜势,利用高通量测序手段分析反硝化微生物群落多样性和组成,以传统种植模式紫云英-早稻-晚稻(A)为对照,比较分析4种轮作休耕种植模式:紫云英-早稻-玉米||甘薯(B)、油菜-甘蔗||春大豆(C)、紫云英-春大豆-秋大豆(D)和休耕(E)的土壤理化性状、土壤反硝化潜势及相关微生物组成变化。结果显示:4种轮作休耕模式的土壤反硝化潜势显著低于传统轮作模式,有效减少了土壤氮素气态损失;4种轮作休耕模式的nirK和nirS功能基因群落结构存在显著差异,其中nirK基因群落结构受轮作休耕模式的影响小于nirS功能基因;与传统种植模式相比,休耕模式更有利于nirS功能基因α多样性的积累;从nirS和nirK基因群落物种相对丰度来看,轮作休耕模式的优势物种丰度高于传统轮作模式,其中紫云英-早稻-玉米||甘薯(B)和休耕(E)的菌属丰度相对较高。并且影响反硝化潜势的关键菌属是大豆根瘤菌Bradythizobium(r^(2)=0.85,P<0.05)和unclassified_p_Proteobacteria(r^(2)=0.88,P<0.05);相关性分析及冗余分析发现,pH、有效磷、速效钾、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)与反硝化潜势呈显著相关,而影响nirK和nirS功能基因群落结构的重要影响因子是含水率。结果表明:稻田适当采用水旱、旱旱轮作及休耕模式,会改变土壤的淹水环境,影响反硝化功能基因群落结构,有助于抑制土壤氮素的气态流失,促进土壤肥力提高及土壤结构改良,其中“紫云英-早稻-玉米||甘薯”和“休耕”种植模式效果最佳。 展开更多
关键词 轮作休耕 氮流失 硝化潜势 硝化功能基因群落结构 氮素利用效率 微生物种群
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微生物法净化烟气中NO的机理 被引量:8
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作者 邹平 陈金全 +5 位作者 孙珮石 周文博 毕晓伊 张婧 王洁 王海玉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第A02期460-465,共6页
为搞清微生物法净化烟气中NO的机理,采集脱氮塔生物膜高效功能菌群样品,建立16S rRNA基因、nxrA功能基因各自相应的克隆文库,研究脱氮塔脱氮效率最高时微生物的群落结构及功能特征。结果表明:具有反硝化作用的异养菌较具有硝化作用的自... 为搞清微生物法净化烟气中NO的机理,采集脱氮塔生物膜高效功能菌群样品,建立16S rRNA基因、nxrA功能基因各自相应的克隆文库,研究脱氮塔脱氮效率最高时微生物的群落结构及功能特征。结果表明:具有反硝化作用的异养菌较具有硝化作用的自养菌在数量和种类上均占绝对优势,但其在功能上却达到了一定程度的动态平衡,出现循环液中NO-3浓度范围基本稳定的状态。反硝化菌造成了体系中的N素损失,使循环液中NO-3不被大量累积。硝化杆菌属的Nitrobactor winogradskyi与Nitrobacter alkalicus等细菌发生了将NO氧化为NO-2,NO-3的硝化作用;变形菌门β亚群(Betaproteobacteria)、变形菌门γ亚群(Gammaproteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)等微生物发生了将NO-2,NO-3还原为N2或N2O的反硝化作用。 展开更多
关键词 微生物净化NO机理 16SrRNA基因克隆文库 nxrA功能基因克隆文库 硝化 硝化 微生物群落结构
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采伐剩余物管理对杉木人工林土壤nosZ型反硝化细菌群落多样性的影响 被引量:2
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作者 王旭 张旭东 +4 位作者 姚增旺 吴海龙 舒琪 李屹峰 高升华 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期3789-3797,共9页
反硝化细菌是土壤氧化亚氮(N_(2)O)排放的关键因子。以杉木人工林为研究对象,设置4种采伐剩余物处理方式(RF:对照;RB:火烧;MT:粉碎;NR:移除),采用高通量测序技术,以nosZ为标记基因,测定了自2018年9月—2020年9月,2年期间土壤nosZ型反硝... 反硝化细菌是土壤氧化亚氮(N_(2)O)排放的关键因子。以杉木人工林为研究对象,设置4种采伐剩余物处理方式(RF:对照;RB:火烧;MT:粉碎;NR:移除),采用高通量测序技术,以nosZ为标记基因,测定了自2018年9月—2020年9月,2年期间土壤nosZ型反硝化细菌群落的组成和丰度。研究结果显示,4种采伐剩余物处理中的土壤nosZ型反硝化细菌90%以上来自变形菌门,优势菌属包括固氮螺菌属、中慢生根瘤菌属、动胶菌属、伯克霍尔德菌属、嗜酸菌属、慢生根瘤菌属、假单胞菌属、固氮弧菌属以及无色杆菌属;样本间差异物种的显著性分析表明,在处理完成半年时,火烧相较于对照于β-变形菌纲水平显著增加了nosZ基因丰度;在处理完成一年时,火烧分别于红螺菌目、红螺菌科、固氮螺菌属水平显著高于粉碎;粉碎相较于移除在处理完成一年时,于γ-变形菌纲和产碱菌科水平显著增加了nosZ基因丰度;在处理完成两年时,粉碎处理的nosZ基因丰度在变形菌门水平显著高于对照和火烧。α多样性数据显示,处理完成一年时,粉碎处理相较于对照和移除显著增加了Shannon和Simpson指数;处理完成两年时,粉碎和火烧处理相较于对照显著降低了ACE和Chao1指数。杉木人工林4种采伐剩余物处理方式对土壤nosZ型反硝化细菌群落的组成和丰度有显著影响,并随研究时间发生明显变化,这为全面了解人工林采伐更新方式下土壤氮循环过程中N_(2)O排放的微生物机理提供了数据基础。 展开更多
关键词 杉木人工林 采伐剩余物 硝化细菌 nosZ基因 氧化亚氮
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泗顶矿区植物根际和非根际土壤反硝化细菌群落特征 被引量:1
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作者 于方明 林秋娟 +4 位作者 韦嘉裕 李宋颖 唐炽健 唐舒婷 李艺 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期2494-2506,共13页
为了探讨植物种类和土壤性质如何影响重金属污染严重矿区的土壤反硝化过程,本研究以广西柳州泗顶铅锌矿区上游、尾矿和下游3个区域优势植物——蜈蚣草、芦苇和五节芒的根际和非根际土壤为研究对象,采用高通量测序技术和荧光定量PCR技术... 为了探讨植物种类和土壤性质如何影响重金属污染严重矿区的土壤反硝化过程,本研究以广西柳州泗顶铅锌矿区上游、尾矿和下游3个区域优势植物——蜈蚣草、芦苇和五节芒的根际和非根际土壤为研究对象,采用高通量测序技术和荧光定量PCR技术,分析了3种优势植物根际和非根际土壤中nirK型和nirS型反硝化细菌的群落结构、丰度和多样性特征。结果表明:罗河杆菌属(nirS型)和慢生根瘤菌属(nirK型)为根际和非根际土壤中的优势菌属,所占比例分别为2.6%~67.8%和4.1%~38.1%。尾矿区根际及非根际土壤中nirS和nirK基因的丰度范围分别为1.45×10^(6)~7.78×10^(6)基因拷贝数·g^(-1)(以干土计)和1.10×10^(6)~5.70×10^(6)基因拷贝数·g^(-1),显著低于上游区和下游区(P<0.05)。3种优势植物根际土壤的Shannon指数和ACE指数均大于非根际土壤。多元线性回归分析和Mantel检验表明,土壤含水率、总碳、总氮和总磷含量是影响泗顶矿区3种优势植物根际和非根际反硝化细菌群落组成的主要因素。研究表明,植物种类和土壤性质共同影响了矿区土壤的反硝化过程,并对反硝化微生物的丰度、群落结构和多样性产生了影响。 展开更多
关键词 矿区 硝化细菌 nirS基因 nirK基因 群落结构
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生物质炭对土壤N2O消耗的影响及其微生物影响机理 被引量:10
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作者 贺超卉 董文旭 +1 位作者 胡春胜 李佳珍 《中国生态农业学报(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1301-1308,共8页
生物质炭在温室气体减排方面具有很大的发展前景,它不仅能实现固碳,对于在大气中停留时间长且增温潜势大的N2O也能发挥积极作用。本研究采用室内厌氧培养试验,按照生物质炭与土壤质量比(0、1%和5%)加入一定量生物质炭,土壤重量含水率控... 生物质炭在温室气体减排方面具有很大的发展前景,它不仅能实现固碳,对于在大气中停留时间长且增温潜势大的N2O也能发挥积极作用。本研究采用室内厌氧培养试验,按照生物质炭与土壤质量比(0、1%和5%)加入一定量生物质炭,土壤重量含水率控制在20%。利用Robotized Incubation平台实时检测N2O和N2浓度变化,通过测定土壤中反硝化功能基因丰度(nirK、nirS、nosZ)分析生物质炭对N2O消耗的影响及其微生物方面的影响机理。结果表明:经过20 h厌氧培养后,0生物质炭处理的反硝化功能基因丰度(基因拷贝数g^-1)分别为6.80×10^7(nirK)、5.59×10^8(nirS)和1.22×10^8(nosZ)。与0生物质炭处理相比,1%生物质炭处理的nirS基因丰度由最初的2.65×10^8基因拷贝数g^-1升至7.43×10^8基因拷贝数g^-1,nosZ基因丰度则提高了一个数量级,由4.82×10^7基因拷贝数g^-1升至1.50×10^8基因拷贝数g^-1,然而nirK基因丰度并无明显变化;5%生物质炭处理的反硝化功能基因丰度并未发生显著变化。试验结束时,添加生物质炭处理的N2/(N2O+N2)比值也明显高于0生物质炭处理。相关性分析结果表明,nirS基因丰度和nosZ基因丰度均与N2O浓度在0.01水平上显著相关。试验末期nirS基因丰度和nosZ基因丰度均随着N2O浓度的降低而升高。因此在本试验中,添加1%生物质炭可显著提高nirS和nosZ基因型反硝化细菌的丰度,增大N2/(N2O+N2)比值,促进N2O彻底还原成N2。生物质炭对于N2O主要影响机理是增大了可以还原氧化亚氮的细菌活性,促进完全反硝化。 展开更多
关键词 生物质炭 温室气体减排 土壤微生物 N2O消耗 硝化 基因
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土壤团聚体氧化亚氮排放及其微生物学机制研究进展 被引量:11
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作者 李文娟 蔡延江 +1 位作者 朱同彬 黄平 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1132-1144,共13页
氧化亚氮(N_(2)O)是主要温室气体之一,土壤是N_(2)O的重要排放源,其排放主要受N_(2)O产生和还原的功能微生物影响。土壤团聚体是由原生颗粒(砂、粉、黏粒)、胶结物质和孔隙组成的土壤基本结构单元。土壤不同粒径团聚体之间因基质和孔隙... 氧化亚氮(N_(2)O)是主要温室气体之一,土壤是N_(2)O的重要排放源,其排放主要受N_(2)O产生和还原的功能微生物影响。土壤团聚体是由原生颗粒(砂、粉、黏粒)、胶结物质和孔隙组成的土壤基本结构单元。土壤不同粒径团聚体之间因基质和孔隙差异形成特殊独立的微生境被视为N_(2)O的生物化学反应器。在不同的微生境中,N_(2)O产生和还原的功能微生物分布不同,因而土壤不同粒径团聚体N_(2)O排放可能存在差异。目前在不同生态系统土壤全土N_(2)O排放特征的报道较多,而对于不同粒径土壤团聚体N_(2)O排放相对贡献尚不清楚、功能微生物分布还未知、N_(2)O产生和还原热区尚未明确。本文综述了近年来国内外关于土壤团聚体对N_(2)O产生和排放机制的研究,总结了土壤团聚体性状特征对N_(2)O产生和还原的影响,阐述了不同粒径土壤团聚体对N_(2)O排放影响的微生物学机制,进一步明确了今后需加强土壤团聚体N_(2)O产生和还原的热区、环境因子阈值范围的确定、系列功能基因(酶)整体性的研究,以期为N_(2)O模拟排放模型优化提供参考,为土壤N_(2)O减排提供理论依据。 展开更多
关键词 土壤团聚体 氧化亚氮 硝化/硝化微生物 功能基因
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翅碱蓬对盐沼沉积物微生物生物量及β-氨氧化细菌群落的影响——以双台河口为例 被引量:2
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作者 刘姣 刘长发 +4 位作者 李盛德 李晋 陶韦 李璐瑶 马悦欣 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第24期8081-8090,共10页
为了解翅碱蓬植被对盐沼沉积物微生物的影响,于2013年7月、8月、9月和11月对双台河口裸滩和翅碱蓬植被沉积物(10—15 cm)微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、16S rRNA基因丰度、潜在硝化速率、β-氨氧化细菌(β-AOB)丰度及群落... 为了解翅碱蓬植被对盐沼沉积物微生物的影响,于2013年7月、8月、9月和11月对双台河口裸滩和翅碱蓬植被沉积物(10—15 cm)微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、16S rRNA基因丰度、潜在硝化速率、β-氨氧化细菌(β-AOB)丰度及群落进行了调查。结果表明,不同采样日期裸滩沉积物MBC、翅碱蓬沉积物β-AOB amo A丰度和两种生境潜在硝化速率没有显著差异;而翅碱蓬沉积物MBC、裸滩沉积物β-AOB amo A丰度、两种生境MBN和16S rRNA基因丰度呈现时间波动。当所有采样日期的数据结合分析时,翅碱蓬植被显著影响沉积物MBC、MBN、细菌16S rRNA基因丰度、潜在硝化速率和β-AOB amo A丰度。从裸滩和翅碱蓬沉积物获得的β-AOB序列属于Nitrosospira和Nitrosomonas,翅碱蓬植被对β-AOB群落结构和多样性均有一定的影响。研究结果有助于了解翅碱蓬湿地中微生物的作用,为盐沼生境的生态修复技术提供参考。 展开更多
关键词 翅碱蓬 微生物生物 16S rRNA基因 硝化作用 β-AOB
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低温条件下人工湿地氨氧化微生物的群落结构特征 被引量:6
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作者 蔡张杰 崔丽娟 +2 位作者 李晶 李伟 雷茵茹 《江苏农业学报》 CSCD 北大核心 2020年第2期373-383,共11页
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... 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AOA amoA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。 展开更多
关键词 人工湿地 硝化潜势 功能基因 群落结构 环境因子
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