肠-肺微生物群在免疫系统构建和调节中的重要作用

微生物与人体免疫系统的互动一直是生物医学研究的焦点。新一代测序发现不仅肠道,呼吸道也存在着微生物群,且肠-肺微生物群之间通过免疫细胞及其活性因子等形成了一个相互关联的网络。本综述旨在探讨肠道和肺部微生物群如何调节免疫应答,包括其在局部和全身免疫调节中的作用;同时,解析肠-肺轴之间的免疫联系,对深入理解微生物在免疫系统的作用及探索新的疾病诊疗策略具有重要临床意义。

水稻-大球盖菇模式对土壤微生物量碳氮磷的影响

为探讨栽培大球盖菇及其菌种用量与基料配方对土壤养分和土壤微生物量碳、氮、磷的影响,开展了2年田间小区试验,设置了5个处理,即冬闲田对照处理CK,4个栽培大球盖菇处理:T1(3000kg·hm^(-2)菌种量+100%稻草基料)、T2(3000kg·hm^(-2)菌种量+75%稻草配25%玉米芯基料)、T3(4500kg·hm^(-2)菌种量+100%稻草基料)、T4(4500kg·hm^(-2)菌种量+75%稻草配25%玉米芯基料)。结果表明:连续2年栽培大球盖菇的耕层土壤养分和土壤微生物量碳、氮、磷(MBC、MBN、MBP)含量均逐年明显增加,且受菌种用量和基料配方的影响。在第2年,与CK处理相比,各试验处理的土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮和全磷分别显著增加32.92%~42.44%、52.96%~77.35%、53.99%~75.09%、88.00%~184.62%、19.12%~38.24%、9.82%~29.46%(P<0.05),土壤微生物量碳、氮含量分别显著增加84.18%~129.28%、166.60%~260.01%(P<0.05)。2年间各试验处理较CK处理的MBC:MBN显著降低,MBC:MBP和MBN:MBP有所增加。冗余分析(RDA)显示,全氮在2021年(F=5.9,P=0.004)和2022年(F=7.4,P=0.002)分别解释了31.1%和36.3%的土壤微生物量变化,是土壤微生物量碳、氮、磷及其化学计量比的最主要影响因子;相关性分析表明,土壤微生物量碳、氮含量均与有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷和速效钾含量呈显著正相关。栽培大球盖菇,不仅显著提高了土壤养分,还增加了土壤微生物量碳、氮、磷含量,其中以菌种量3000kg·hm^(-2)、基料75%稻草+25%玉米芯的栽培方式效果较好。研究结果可为后续推广“水稻一大球盖菇”轮作模式提供理论指导。

烤烟-绿肥轮作对云南烟田土壤质量与微生物养分限制的影响

本研究旨在探讨烤烟轮作绿肥对烤烟产量、土壤质量和微生物养分限制的影响,为云南烟区筛选适宜与烤烟轮作的绿肥种类提供理论与技术支撑。于2017年布置田间定位试验,研究轮作绿肥对烤烟产量、土壤质量、养分循环相关水解酶活性和微生物养分限制的影响。试验设冬闲-烤烟(WF)、肥田萝卜-烤烟(RD)、光叶苕子-烤烟(SV)、黑麦草-烤烟(RG)4个处理。相比WF处理,2019年SV处理烟叶产量增加了6.8%,2022年RD和SV处理烟叶产量分别增加了6.4%和8.4%。2022年较2019年,各处理土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量增加,pH值、全磷含量降低。在2022年,相比WF处理,SV处理土壤全磷含量降低了22.9%,RG处理土壤有机质和速效钾含量增加了9.7%和73.6%,RD、SV和RG处理土壤硝态氮含量分别增加了97.1%、75.9%和26.0%、可溶性有机氮含量增加了228.8%、85.0%和96.7%。总体上,RD、RG处理土壤质量面积指数显著增加了27.0%和15.6%。相比WF处理,轮作绿肥处理碳(α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶)、氮(亮氨酸氨基肽酶)、磷(碱性磷酸酶)相关水解酶活性分别增加了48.8%~262.1%、59.3%~125.0%和312.0%~435.9%。轮作不同绿肥处理较WF处理降低了微生物碳限制,却增加了微生物磷限制。综上,轮作光叶苕子和肥田萝卜可增加烤烟产量、提高烟田土壤质量,是实现云南烟区清洁烟叶生产和可持续土壤管理的有效途径。

植物-微生物联合修复石油烃污染土壤研究进展

石油烃污染引发了严重的土壤污染问题,在各种修复技术当中,植物-微生物联合修复技术以成本低、修复效果好、二次污染少等优点得到广泛重视。文章以植物-微生物联合修复技术为中心,阐述了内生菌-植物联合修复和植物-根际微生物联合修复两种典型的联合修复技术的原理以及最新的应用进展,并总结了当前植物-微生物联合修复技术研究的不足,以期为石油烃污染土壤的生物修复提供参考。

CRISPR-Cas系统在病原微生物分子诊断中的研究进展

快速、灵敏、准确的病原微生物检测方法对感染性疾病的诊治及防控至关重要。基于成簇规律间隔短回文重复序列(CRISPR)-CRISPR相关蛋白(Cas)系统的检测技术在病原微生物核酸检测中具有高灵敏度和高特异度的特点,该文概述了CRISPR-Cas系统的作用机制及不同Cas的核酸酶活性,总结了基于CISPR-Cas系统的检测技术在病原微生物核酸检测中的研究现状,对该系统在核酸检测应用中的挑战进行了综合分析,并提出了目前存在的一些解决方案。目前基于CRISPR-Cas系统的非核酸分析物检测仍处于前期研究阶段,但其在扩大检测范围、缩短检测时间、提高检测灵敏度等方面具有较大潜力,为开发基于CRISPR-Cas系统的病原微生物检测平台提供新思路。

湖泊生态系统中微生物驱动氮-铁耦合反应研究进展

由于人类活动的影响,许多湖泊面临着氮(N)素富集引起的富营养化问题,这影响了湖泊生态系统的氮平衡和生态功能。系统地阐述了湖泊生态系统中微生物利用硝态氮和广泛分布的铁所驱动的氮-铁耦合脱氮过程,重点梳理了微生物参与的反硝化、异化硝酸盐还原成铵和厌氧氨氧化与铁耦合过程研究的最新进展,并说明了Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)的氧化还原循环可以持续支持与含氮化合物的反应。深入理解微生物驱动的氮-铁耦合机理,有助于认识其对湖泊内源脱氮等方面的生态和环境问题的贡献。

植物-微生物电化学耦合降解底泥中氯硝柳胺的特性

以植物-底泥-微生物电化学系统中氯硝柳胺的降解为研究对象,研究了外加电压、植物(菖蒲(Acorus Calamus L.)和黑麦草(Lolium Perenne L.))以及生物表面活性剂(鼠李糖脂)对氯硝柳胺降解的影响。研究结果表明:外加适量的直流电压可以对底泥-微生物电化学系统中氯硝柳胺的降解产生一定的促进作用,1.2 V外加电压作用下的底泥-微生物电化学耦合系统中氯硝柳胺降解的半衰期比0.2 V减少了11.59%;植物对底泥中氯硝柳胺降解具有促进作用,1.2 V电压作用下的菖蒲和黑麦草微生物电化学耦合系统氯硝柳胺降解半衰期比无植物时分别减少7.43%和1.58%;外加适量的鼠李糖脂对于底泥中氯硝柳胺的降解具有促进作用,外加1.2 V电压,在且菖蒲-底泥-微生物电化学耦合系统中加入0.50 g·kg^(-1)鼠李糖脂,氯硝柳胺降解半衰期最小,比不加入鼠李糖脂减少26.45%。耦合系统中的氯硝柳胺通过生成2-氯-4-硝基苯胺、5-氯水杨酸等中间产物逐渐降解,最终生成CO_(2)、H_(2)O等。

土壤-植物系统中硒的生物有效性及其影响因素研究进展

硒的生物有效性是决定硒在土壤-植物系统中转运、积累的关键因素,然而目前关于该方面研究进展还缺乏系统的总结和论述。本文结合赣南富硒脐橙调查研究结果,以硒在土壤-植物系统中的运移为切入点,系统总结和论述了硒在土壤-植物系统中的氧化-还原、吸收、转运过程,探讨了土壤理化性质、微生物、施肥、农艺管理和植物生长阶段等对硒生物有效性和迁移的影响,并提出未来硒的研究热点:土壤微生物活性与硒生物地球化学循环的耦合关系;植物生长、果实品质与硒代谢相关的分子机制;结合同位素示踪技术和薄膜扩散梯度(DGT)技术原位探究硒在生物地球化学中的归趋。本综述可为土壤硒生物有效性调控、植物体系中硒的有效积累和农艺生物强化富硒措施方面的研究提供理论参考。

不同稻草还田技术对烟-稻轮作系统土壤养分、有机碳及微生物多样性的影响

【目的】探讨不同稻草还田技术措施对土壤特性的影响及根际微生物修复和改良土壤的内在机制,探索适合福建烟-稻轮作区的稻草高效还田技术,以期为烟-稻轮作区作物优质高效栽培提供依据。【方法】以烤烟“云烟87”和晚稻“甬优1540”为材料,通过不同的稻草还田配施技术处理,进行了2年的田间定位试验,分析比较了烟-稻轮作系统耕层土壤养分、根际微生物和作物产量的变化规律以及根际微生物与土壤环境因子间的内在关系。【结果】产量分析表明,连续2年稻草还田后,各处理产量均比对照显著增加,其中配施石灰和尿素的T_(2)处理最显著,其烟草和水稻产量分别比对照提高25.67%、11.49%;其次是配施腐秆灵和尿素的T_(3)处理,纯稻草T_(1)还田处理效果最差;T_(1)处理第1年稻草还田后烟草产量与对照差异不显著,第2年烟草和水稻产量分别比对照提高3.77%和5.90%。耕层土壤养分特性分析表明,经连续2年的稻草还田处理后,耕层土壤养分与有机碳含量均显著增加,其中T_(2)处理效果最好,其次是T_(3)处理。T_(2)处理碱解氮、有效磷、速效钾、有机碳和可溶性有机碳含量分别比对照提高了7.09%、5.97%、3.01%、11.32%和5.47%。根际微生物群落分析表明,与对照相比,T_(2)、T_(3)处理下碳源代谢相关的HSB_OF53-F07、自毒物质降解有关的节杆菌属(Arthrobacter)和纤维素分解有关的假散囊菌属(Pseudeurotium)丰度均显著上升,而与发病相关的腐质霉属(Humicola)和青霉菌属(Penicillium)相对丰度则显著下降。相关分析表明,根际有益菌丰度与土壤养分因子多为正相关,而致病菌的丰度则与土壤养分因子负相关。【结论】稻草还田配施石灰或腐秆灵和适量速效氮肥,有利于提高耕层养分含量,促进固氮等有益微生物生长,抑制病原菌,为烟-稻轮作提供良好的土壤环境,进而提高作物产量。

山东沂南东部土壤-玉米系统重金属元素与其他元素间相互作用及其生物有效性研究

在沂南县东部地区重金属元素高的背景状态下,为研究土壤-玉米系统中重金属元素和与人体健康关系密切的微量元素间的相互作用及其生物有效性,在研究区采集了50件玉米籽实及其根系土土壤样品。通过样品中重金属元素和微量元素含量分析,统计其含量及富集特征,探讨了玉米籽实及其根系土土壤中各元素间的相互关系。通过玉米根、茎、叶、籽实中重金属元素含量及根系土土壤中重金属元素形态分析,总结了玉米根、茎、叶、籽实以及根系土土壤中重金属元素的分布规律并对玉米籽实进行了安全性评价。结果显示:①各元素含量在玉米根系土土壤和玉米籽实中差异明显,玉米籽实中元素富集系数间多呈显著-极显著正相关;②玉米籽实中As、Ni、Se含量与土壤中元素含量多呈拮抗作用,玉米籽实中元素含量间多呈协同作用;③Cu、Zn、Cd、Hg主要富集于叶中,Cr、Pb、Ni、As主要富集于根中,除1件玉米籽实样品外,其他样品均符合绿色、无公害等相关标准,研究区玉米籽实安全性较好。研究成果可为农业高质量发展、土壤污染综合治理提供支撑。

植物-微生物联合修复重金属铬污染土壤研究

在铬污染土壤中加入活性污泥,并种植万寿菊,进行植物和微生物联合修复重金属铬污染土壤的实验。实验表明:添加污泥增加了铬污染土壤中微生物的丰度,同时降低了六价铬的含量,并且土壤中六价铬的含量随着活性污泥比例的增加而下降,说明微生物对土壤修复起到了积极的作用。土壤中铬的含量一定程度上会影响植物的生长,但微生物对重金属的的转化作用,使植物的耐受性增加,促进了植物对土壤中铬的吸收,提高了对污染土壤的修复能力。植物生长过程中对土壤中的铬进行了富集,万寿菊对铬的转运能力随着土壤中的铬浓度增加而增加。

典型黑土区坡面侵蚀-沉积对土壤微生物养分限制的影响

在典型黑土区黑龙江省克山县选取开垦百年坡耕地,采用^(210)Pb_(ex)示踪技术估算坡面侵蚀-沉积速率,并划分土壤侵蚀强度等级[包括沉积(DS)、轻度侵蚀(LE)、中度侵蚀(ME)、强烈侵蚀(IE)和极强烈侵蚀(SE)],对比不同土壤侵蚀强度等级下土壤碳氮磷含量、微生物生物量和酶活性的差异,通过酶计量矢量模型量化土壤微生物养分限制对土壤侵蚀-沉积的响应.结果表明:坡耕地土壤侵蚀-沉积速率变化于-782.7~10914.5t/(km^(2)·a)之间,其平均侵蚀速率为3507.6t/(km^(2)·a);土壤LE和ME主要发生在坡上部和沉积部位周围,IE和SE主要发生在坡中部,而DS主要位于坡脚.土壤碳氮磷含量和微生物生物量总体随土壤侵蚀强度等级增加而降低.土壤碳获取酶活性(BG+CBH)和氮获取酶活性(NAG+LAP)在坡面DS部位最高;而土壤磷获取酶活性(ACP)在坡面SE部位最高.酶计量矢量模型表明土壤微生物受到相对碳和磷限制;土壤微生物相对碳限制随土壤侵蚀速率的增加和沉积速率的降低呈线性下降趋势,而土壤微生物相对磷限制则随土壤侵蚀速率的增加和沉积速率的降低呈线性增加趋势,表明土壤微生物受到土壤磷素的限制作用相对突出.土壤养分含量和微生物生物量解释了坡面不同土壤侵蚀强度等级下土壤酶活性和微生物养分限制变化的60.1%,其中土壤有机碳(SOC)含量在条件效应下的解释度最高,其解释度为17.4%.总之,土壤侵蚀-沉积对土壤质量的影响是土壤性质和微生物养分限制共同作用的结果.

土壤重金属污染的微生物-植物联合修复技术研究进展

微生物-植物联合修复技术具有环境友好、成本低、强化植物修复效果、原位修复,美化环境等优势,其在修复土壤重金属污染领域中具有巨大潜力,成为该领域的研究热点.土壤中菌根真菌、根瘤菌、植物内生菌、根际微生物可与植物建立良好的共生关系,在重金属胁迫下,促进植物生长,增强植物对重金属的抗性,提高植物对重金属的提取或固定率,进而强化植物的修复效果.笔者系统阐述微生物-植物联合修复技术的形式种类、作用机制、问题及展望,旨在为治理土壤重金属污染提供新思路.

肠道微生物群-肠-脑轴在神经精神系统疾病中的研究进展

肠-脑轴在维持机体内平衡方面起着重要作用,而肠道微生物群在肠道和大脑的双向沟通中扮演着重要角色,故学者们建立了肠道微生物群-肠-脑轴这一概念。肠道微生物群可通过神经、免疫、神经内分泌和代谢途径对宿主产生影响,包括神经发育、传递和行为,并参与多种神经精神系统疾病的发生发展。本文根据目前国内外的研究进展,结合本中心的临床经验,对肠道微生物群、肠道、神经系统之间的相互作用关系,肠道微生物群-肠-脑轴在神经精神系统疾病发生发展中扮演的角色,以及以肠道微生物群为神经精神系统疾病治疗靶点的肠-脑轴干预策略进行讨论,以期为神经精神系统疾病治疗提供一些新的理念和方法。

根系微生物多样性的研究进展

根系微生物参与土壤生态功能、环境功能和植物免疫功能,是维持植物健康的核心与关键。了解不同微生物的调控机制对有效利用微生物来维持作物健康生长至关重要。植物根系、土壤及微生物构成了一个动态稳定的生态系统,它们相互影响,相互制约。植物根系通过分泌物来选择富集偏好微生物,反过来在植物生长发育过程中土壤微生物也发挥着重要作用,比如利用微生物的抗干旱、解磷、增强植物抵御病原菌等一系列多样性特性来促进植物生长发育。文章主要从根系微生物对魔芋套作的多种特性影响综述了微生物在植物生长发育过程中的作用,为作物设计育种提供重要的理论依据。

玉米-线辣椒套作系统中土壤养分与根际土壤微生物、酶活性的关系

采用玉米单作、线辣椒单作、玉米-线辣椒套作3种栽培模式,并在玉米-线辣椒套作的种间根部设3种不同隔离处理(膜隔、网隔和无隔),研究了玉米-线辣椒套作系统中土壤生物因子与土壤养分的关系.结果表明:玉米-线辣椒套作具有明显优势;与两作物单作和玉米-线辣椒套作种间根区膜隔处理相比,玉米-线辣椒根区无隔和网隔处理复合群体中两作物根际土壤酶活性、微生物数量、土壤养分均显著提高;除有效镁与真菌种群数量、过氧化氢酶活性呈负相关外,其余速效养分与各生物因子均呈显著或极显著正相关.通径分析表明,该系统中促进有机质累积的主要生物因素是脲酶、过氧化氢酶、细菌和蛋白酶,蔗糖酶是影响碱解氮的最主要因子,脲酶是影响有效磷的最主要因子,细菌是影响有效钾的最主要因子,碱性磷酸酶、真菌只是选择性地对有机质的累积和氮、磷、钾有效养分的形成起作用,放线菌对土壤养分的直接作用系数为负,对土壤养分形成的作用较小.

有机无机肥配施对麦-稻轮作系统土壤微生物学特性的影响

采用盆栽试验研究了不同比例有机无机肥配施对连续4茬麦-稻轮作后土壤微生物学特性的影响。结果表明,与对照相比,单施化肥处理促进了土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的增加,提高了土壤蔗糖酶、蛋白酶、脲酶活性,降低了过氧化氢酶活性,提高了放线菌的数量,但对土壤细菌、真菌数量的影响不明显;有机无机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物熵、土壤酶活性及3大类土壤微生物数量显著高于单施化肥及对照处理;土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物熵和3大类微生物数量随着有机肥配施比例的提高而增加,以配施30%有机肥处理的最高;土壤酶活性综合指数以配施20%有机肥处理的最高。可见,化肥配施有机肥特别是配施中高量有机肥更有利于改善土壤微生物学特性,提高土壤生产能力。

坡耕地-桑树系统土壤微生物群落结构的PLFA分析

土壤微生物群落对土壤生态环境敏感,能够指示土壤质量变化,决定土壤的生态功能。利用磷脂脂肪酸(PLFA)法分析了不同配置模式的坡耕地-桑树系统对旱坡地紫色土土壤生态系统微生物群落结构的影响。结果表明,种植桑树篱能显著提高土壤Phospholipid-derived fatty acids(PLFA)含量,改善微生物群落结构:T1处理(两带等高桑)土壤微生物的PLFA总量(20.54nmol/g)显著高于CK处理(常规农作);T1处理显著提高了土壤细菌含量,T5处理(两带纵坡桑)土壤中真菌的丰富度相对较高。T1的多样性指数(H')和均匀度指数(J)最高,T2(三带等高桑)的丰富度指数(R)最高。主成分分析表明,第一主成分(PCI)主要包括a17:0、16:1ω5c和17:0等直链饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸,占PC1的58.15%;第二主成分(PC2)包括i12:0 3OH、20:1ω9c和cy19:0ω8c等直链单不饱和脂肪酸和环丙烷脂肪酸,占PC2的77.50%;T1与T2微生物群落结构相似,与CK差别较大。冗余分析(RDA)表明:微生物群落结构主要受全磷、p H、全氮、有机质、硝态氮含量影响;全磷、全氮对支链饱和脂肪酸、G+、细菌等影响较大,p H对G-影响较大。相关性分析表明,径流量与i16:0、10Me17:0、a17:0、18:3ω6c(6,9,12)呈显著正相关,与20:1ω9c呈极显著正相关;泥沙量与i16:0、i17:0呈显著正相关,与18:3ω6c(6,9,12)呈显著负相关,与20:1ω9c呈极显著正相关。

不同种类微生物及其碳酸酐酶对土壤-灰岩系统钙镁锌元素迁移作用的土柱模拟实验研究

通过土柱模拟实验研究了筛选自西南岩溶区的典型细菌、真菌、放线菌对石灰岩的溶蚀动态及作用效果,并研究了这3种类群微生物及其碳酸酐酶(CA)对土壤-灰岩系统Ca、Mg、Zn元素迁移的影响。结果表明:①实验所用的典型细菌、真菌、放线菌均对石灰岩有较强的溶蚀作用,但是不同类群的微生物对石灰岩的溶蚀效果不同,溶蚀后石灰岩的表面形貌变化不同,其中,真菌的溶蚀效果最显著,放线菌和细菌次之;②典型细菌、真菌、放线菌对不同元素迁移的影响不同,对于Zn2+、Ca2+的迁移影响而言,真菌>放线菌>细菌>无菌对照组;对于Mg2+的迁移影响而言,细菌>真菌>放线菌>无菌对照组;③一定范围内温度增加对Ca、Mg、Zn3种元素的迁移有不同程度的促进作用;④土柱淋出液中CA平均活性与Ca、Mg、Zn3种元素的总淋失量之间存在一定的正相关关系,说明CA对这3种元素的迁移具有一定的影响,且因不同元素而异。本研究结果对于评价不同类群微生物在生物岩溶及岩溶系统元素迁移中的作用和地位提供了一定的科学依据。

土壤–根系–微生物系统中影响氮磷利用的一些关键协同机制的研究进展

根际是养分进入作物系统的门户,也是土壤-根系-微生物相互作用的微域。根际界面过程决定了氮磷养分的供应强度和有效性,最终影响了氮磷养分的利用效率和作物生产力。近年来,国内外在揭示农田土壤-根系-微生物系统中不同界面的养分转化、吸收和运输机制方面取得了一些新进展。在不同时空尺度上分析了影响土壤氮磷转化微生物组成的影响因子;研究了丛枝菌根系统形成的信号机制及其对氮磷吸收的基因调控机制;从信号网络、根系质子分泌和根构型的角度系统揭示了作物根系应对根际环境氮磷养分供应的形态和生理响应机制。未来针对根际氮磷高效利用问题,需要深入研究土壤-根系-微生物不同界面的协同机制和调控原理,在根际微域和土壤团聚体尺度开展微生物食物网及其关键功能微生物分布格局和演替规律的研究;揭示根构型对根系–微生物协同结构和功能的影响,研究养分缺乏条件下根内质子分泌和关键转运蛋白对根系生长和养分吸收的调控机制;针对粮食作物,研究根系-微生物对话中已知信号物质(如独脚金内酯和N-酰基高丝氨酸内酯)和新的信号物质(小RNA)的网络作用机制及其对多养分协同代谢的影响;最后,针对不同气候、土壤、作物类型区,提出提高氮磷利用效率的根际生物调控途径和措施。