Pb和Cd对森林土壤细菌功能多样性及群落结构的影响

重金属的毒性系数(The Toxic Factor,TF)是评价重金属潜在生态风险指数(potential ecological risk index,RI)的关键参数。为了探究基于Hakanson提出的TF值是否适用于重金属对土壤微生物的生态风险评估,以TF值为5和30的铅(Pb)和镉(Cd)构建土壤微宇宙试验,构建不同的RI水平(100、200和400),通过Biolog⁃ECO板和高通量测序技术分析了Pb和Cd分别对细菌功能多样性及群落结构的影响。结果表明,对照处理(CK)的细菌丰度、功能多样性(Shannon指数,Simpson指数和McIntosh指数)和基因多样性(ACE和Chao1指数)均大于Pb、Cd污染的土壤,随着RI水平的升高,Pb和Cd污染土壤中细菌的丰度、功能多样性(Shannon指数和McIntosh指数)和基因多样性(Chao1指数和ACE指数)呈下降趋势。相同RI水平下,Pb污染土壤中细菌群落的丰度、平均颜色变化率(AWCD)、功能多样性指数、OTUs数和基因多样性指数均显著大于Cd污染(P<0.05);6大类碳源利用率及主成分(PCA)分析表明,Pb污染土壤中细菌对糖类和羧酸的利用率均显著大于Cd污染(P<0.05),在不同RI水平和重金属比例下,碳源利用模式而有所不同。同一RI水平下,相对于Pb污染,Cd污染土壤中变形菌门的相对丰度较为丰富,而绿弯菌门的相对丰度稀少;Pb和Cd污染土壤中慢生根瘤菌属、鞘脂单胞菌属、链霉菌属和norank_f__Roseiflexaceae等不同属细菌相对丰度表现出差异性。上述结果表明Hakanson提出的TF值并不适用于评估重金属Pb和Cd对土壤微生物的潜在生态风险。

农田土壤中邻苯二甲酸酯降解功能细菌及其应用

本文综述了我国农田土壤PAEs污染特征,重点概述了PAEs降解功能菌株筛选、菌群构建及其应用策略.详细分析了细菌介导的PAEs降解的水解和开环裂解两个途径及参与其中的关键功能基因和酶,讨论了PAEs降解功能细菌在污染土壤中的应用、影响因素及可能存在的问题,并对该技术在消减农田土壤PAEs污染中的应用进行展望,以期为我国PAEs污染农田土壤功能细菌修复及农业生产安全提供理论和技术参考.

艾草根系DSE菌株与根际功能性细菌的分离、鉴定及应用

【目的】从艾草(Artemisia argyi)根系及根际土壤中分离筛选具有促生作用的菌种。【方法】分别在内蒙古鄂尔多斯市和通辽市采集艾草根系及根际土壤样本,分离纯化共生真菌———深色有隔内生真菌(dark septate endophytes,DSE)和功能性细菌,采用分子生物学技术进行鉴定,从中筛选具有显著促生效果的DSE菌种和功能性细菌,构建人工菌群,并设置不接菌(A)、单接DSE(B)、单接解磷菌(C)、单接固氮菌(D)、DSE+解磷菌(E)、DSE+固氮菌(F)、解磷菌+固氮菌(G)、DSE+解磷菌+固氮菌(H)8个处理对艾草植株进行回接试验,以筛选最佳菌种。【结果】DSE真菌在艾草根系中的定殖率最高,共生结构主要呈现为链状、条带状、脑状和零散状。在艾草根系中,成功分离出4株DSE,其中菊异茎点霉(Paraphoma chrysanthemicola)在两试验地均为优势菌种。在艾草根际土壤中,共分离出36株功能性细菌,分别为26株解磷细菌和10株固氮细菌。解磷细菌中以芽孢杆菌属(Bacillus)为主,占总分离数的30.50%,其中,短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)占比为27.20%;固氮细菌中以根瘤菌属(Rhizobium)为主,占总分离数的16.67%,其中,溶纤维根瘤菌(Rhizobium cellulosilyticum)占比为33.30%。B~H处理的艾草生长指标均优于A处理,其中,H处理的促生效果最佳,其茎粗、叶片数、地上生物量、地下生物量分别提高了24.93%、80.00%、279.17%和251.69%。【结论】异茎点霉(Paraphoma chrysanthemicola)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)和溶纤维根瘤菌(Rhizobium cellulosilyticum)复合接种的促生效果最佳,DSE+解磷菌+固氮菌处理为最佳促生微生物组合。

土壤细菌结构和功能对团聚体碳、氮储量的响应:以高寒草甸、温性草原、荒漠为例

微生物在调节陆地生态系统养分循环过程中具有重要作用,探索不同草原类型土壤微尺度下碳、氮分布差异与微生物间潜在响应机制具有十分重要的生态意义。以高寒草甸、温性草原和荒漠为研究对象,采用高通量测序技术,探讨细菌群落结构、功能对团聚体碳、氮储量变化及分布差异的响应机制,以期为深入研究土壤碳、氮循环及变化机理提供科学依据。结果发现:高寒草甸、温性草原和荒漠土壤团聚体碳、氮储量及分布差异显著。变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)以及固氮型、好氧氨氧化型和硝化型功能菌与大团聚体碳、氮储量显著正相关(P<0.05);放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)以及硝酸还原型细菌与黏粉粒碳、氮储量显著正相关(P<0.05)。大团聚体碳、氮储量占比增加显著提高细菌群落多样性,而细菌群落丰富度随微团聚体氮储量减少而减少。因此,土壤团聚体碳、氮分布差异会显著影响细菌群落结构组成及生态功能,进而影响高寒草甸、温性草原和荒漠生态系统中土壤碳、氮平衡和循环过程。

长期施用有机肥潮土细菌的多样性及功能预测

【目的】细菌作为土壤中最多的微生物物种,其多样性是土壤质量和土壤健康的标志。施肥不仅为土壤细菌提供了矿质养分,也为细菌提供了不同的碳源。探究长期不同施肥下潮土细菌的多样性及其功能,对于深入理解土壤养分转化的微生物驱动过程及优化施肥管理措施具有重要意义。【方法】选取潮土上连续37年不施肥(CK)、单施化学氮肥(N)、单施有机肥(M)、有机肥和化学氮肥配施(MN)的4个处理,采用高通量测序方法分析土壤细菌丰度(16S rRNA基因拷贝数)、α多样性和β多样性,采用FAPROTAX功能预测的方法分析主要功能种群的丰度在处理间的差异,采用Mantel检验分析细菌多样性等与产量、土壤养分含量间的相关关系。【结果】长期施用有机肥显著提高了土壤细菌丰度,MN和M处理下土壤中的16S rRNA基因拷贝数分别是CK和N处理平均值的11.8和10.7倍(P<0.05)。土壤细菌多样性指数(Shannon index)和丰富度指数(Chao1index)均在M处理下最高。潮土中变形菌门、酸杆菌门和放线菌门为优势菌门。与CK相比,施肥处理均提高了潮土拟杆菌门、厚壁菌门和疣微菌门的相对丰度。与N处理相比,MN处理显著提高了潮土变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门的丰度,降低了酸杆菌门的丰度。潮土细菌生态功能以化能异养、有氧化能异养、发酵作用、硝化作用和硝酸盐还原为主,相应种群丰度均在1%以上。MN处理下化能异养功能细菌的丰度较其他处理显著提高2.2%~4.2%。MN和M处理中起发酵作用的种群相对丰度是其他处理的3倍以上。与CK相比,3个施肥处理均显著增加了光异作用和光异养作用功能种群的相对丰度。土壤细菌β多样性和功能结构均与土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、硝态氮(NO3--N)含量及作物产量呈显著(P <0.05)或极显著(P <0.01)相关。【结论】长期施用有机肥提高了潮土中细菌的数量和多样性,提高了土壤中变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门的丰度,降低了酸杆菌门的丰度。有机肥和化肥配施处理中化能异养型细菌丰度较高,可能是施用有机肥后优化土壤养分循环和响应作物产量提高的主要菌群,今后可进一步深入研究其菌群组成和功能调控。

接种自生固氮菌对玉米根际土壤酶活性和细菌群落功能多样性的影响

为了探索玉米根际土壤微生态特征对接种自生固氮菌的响应机理,在盆栽实验条件下,研究了3株自生固氮菌—褐球固氮菌(Azotobacter chroococcum YCYS)、芸苔叶杆菌(Phyllobacterium brasssicacearum QL54)和类芽孢杆菌(Paenibacillus sabinae MX31)接种盆栽玉米(Zea mays L.)之后,玉米根际土壤酶活性和细菌群落功能多样性的变化。结果表明,接种自生固氮菌对玉米根际土壤酶活性和细菌群落功能多样性产生了一定的影响,而且不同自生固氮菌之间的接种效果有一定的差异。接种褐球固氮菌(A.chroococcum YCYS)和类芽孢杆菌(P.sabinae MX31)玉米根际土壤脲酶活性分别比对照高20.55%和9.58%。然而接种处理对玉米根际土壤碱性磷酸酶活性的影响差异不显著(P>0.05)。BIOLOG结果显示,接种自生固氮菌可以提高细菌总代谢活性,其中接种褐球固氮菌(A.chroococcum YCYS)处理的AWCD是对照的1.8倍,并且细菌群落丰富度指数(R)显著高于对照(P<0.01)。不同接种处理土壤根际细菌生理碳代谢优势群落结构不同。主成分分析(PCA)表明接种自生固氮菌可以调控根际土壤细菌群落功能多样性。

中国固态发酵白酒中功能细菌研究进展

细菌是白酒酿造3大类微生物之一,其在白酒生产中有着重要的作用,如:芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌和梭菌等,它们能产生酯类、有机酸、吡嗪、萜烯等微量成分,从而影响白酒的风味与品质。基于细菌在白酒中的重要功能以及微生物分离培养技术和分析检测技术的进步,近年来相关研究越来越深入。该文综述了近年来白酒功能细菌的研究进展,介绍了酿酒各个环节中主要功能细菌及其在白酒中的作用,旨在为白酒功能细菌的研究提供参考。

酱香大曲中产四甲基吡嗪细菌的分离鉴定及其功能性研究

采用稀释平板涂布法从酱香型白酒大曲中分离筛选出细菌菌株19株,模拟酱香型白酒生产发酵工艺,获得2株固态发酵产物具有浓郁酱香气味的菌株FBKL1.0199和FBKL1.0201。结合菌株形态学观察、生理生化实验和分子生物学方法,鉴定其为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。研究发现,菌株FBKL1.0199具有高产蛋白酶的特性,其中性蛋白酶活力达3 925.80 U/g,酸性蛋白酶活力也相对较高,达139.27 U/g。同时,利用固相微萃取-气质联用技术对菌株FBKL1.0199和FBKL1.0201模拟白酒固态发酵的挥发性香味物质进行分析,发现其中吡嗪类物质相对含量较高,分别为46.01%和48.32%,且均以四甲基吡嗪为主,含量分别为44.11%和47.41%。分离得到的菌株FBKL1.0199和FBKL1.0201可以作为产四甲基吡嗪的功能菌。

盐地碱蓬根际土壤细菌群落结构及其功能

盐地碱蓬作为生物改良盐碱地的理想材料,其根际土壤微生物对土壤改良发挥着重要作用。为了深入探索环渤海滨海盐碱地碱蓬根际土壤细菌群落结构组成及其功能,采用Illumina Misep高通量测序平台对环渤海地区滨海盐碱地盐地碱蓬根际土壤和裸地土壤进行测序。从16个样本中获得有效序列734792条,4285个OTUs,归属于41门、100纲、282目、400科、892属、1577种。盐地碱蓬根际土壤细菌群落由变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯曲门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、蓝藻细菌门(Cyanobacteria)、髌骨细菌门(Patescibacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)组成。Alpha多样性计算结果表明,盐地碱蓬根际土壤细菌群落结构多样性高并与裸地土壤间差异显著;LEfSe(LDAEffectSize)分析发现,盐地碱蓬与裸地差异指示种明显不同。PCoA与相关性Heatmap表明,盐地碱蓬、速效氮、速效钾、速效磷、电导率是影响土壤细菌目类水平群落组成的主要因子。PICRUSt(Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States)分析表明微生物群落在新陈代谢等40个功能方面盐地碱蓬根际土壤比裸地土壤高。本研究表明盐地碱蓬覆盖能够降低土壤盐分,增加土壤养分,对土壤细菌群落多样性及其功能有积极作用。

根表功能细菌生物膜及其在土壤有机污染控制与修复中的潜在应用价值

土壤中的有机污染物可从根系进入植物体内,并可进一步通过食物链富集,从而威胁人群健康。植物根际微生物种类繁多、数量巨大,其中很多根际细菌可通过成膜作用在植物根表形成细菌生物膜,协助植物抵抗外界的不良环境或促进植物生长。有机污染物在被植物根系吸收的过程中,多需经过根表细菌生物膜这一特殊界面。综述了根际细菌在植物根表的成膜作用,以及根表功能细菌生物膜对污染物根际环境过程的影响及作用机理,分析了利用根表功能细菌生物膜调控植物吸收有机污染物的可行性,试图为防治土壤有机污染、降低作物污染风险、保障农产品安全等提供理论依据。

观音土曲功能细菌的分子鉴定

采用SDS-酶裂解法提取观音土曲的细菌DNA。提取的DNA进行16S rDNA的PCR扩增、克隆测序并构建进化树,结果表明获得的三个有效克隆分别属于未培养细菌和胚芽乳杆菌。探讨了采用分子生物学技术鉴定观音土曲中功能细菌的可行性。

玉-鹅种养模式下土壤养分及土壤细菌群落功能多样性研究

以玉-鹅种养7 a的玉米田为试验地,以常规玉米种植田为对照,采用田间对比试验的方法,通过分析土壤养分含量、土壤酶活性及Biolog-Eco平板的动态变化,分析玉-鹅种养模式对土壤养分及土壤细菌特征的影响。结果表明,在玉米生长的抽雄期、乳熟期、成熟期,玉-鹅种养模式下土壤养分含量相比常规玉米种植模式均有不同程度的增加,其中土壤有机质、有效磷、速效钾、碱解氮等养分含量最大分别提高了39.34%、368.78%、92.19%、66.03%,而pH值最大降低了5.75%。玉-鹅种养模式下土壤碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶等酶活性显著高于常规玉米种植模式,最大值分别达到了56.82、117.42、8973.49、5.28 mg·kg^(-1)·h^(-1)和2201.47 mL·kg^(-1)·h^(-1),且随着温度升高而增大。玉-鹅种养模式可以提高土壤细菌代谢能力,在玉米乳熟期其AWCD值最高达到1.44,其Pielou均匀度指数及Shannon-wiener指数在玉米成熟期分别比CK高出4.95%和6.04%,玉-鹅种养模式下土壤细菌对氨基酸类、多聚物类、胺类、碳水化合物类、羧酸类(除成熟期)及酚酸类等碳源利用率均显著高于常规模式,且随生育期变化而不同,其AWCD值峰值分别达到了1.60、1.51、1.47、1.47、1.39和1.09;由RDA分析可知,玉-鹅种养模式下土壤细菌对上述六大类碳源利用率与土壤碱解氮、有效磷、速效钾、有机质等养分呈正相关,与pH值呈负相关,表明玉-鹅种养模式下土壤细菌利用底物能力更强,进而促进养分循环,有效降低土壤的pH值。

官厅水库水体及底泥中硝化功能细菌的群落多样性研究

为了探讨水生生态系统中生物脱氮的硝化功能菌群(氨氮氧化细菌和亚硝酸氮氧化细菌)在水体和底泥样品中群落多样性的差异,采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术对官厅水库的水体和底泥微生物群落进行了检测.结果表明:不同采样点的水体中进行硝化微生物优势菌群相似,底泥中进行硝化微生物优势菌群也类似,但水层和底泥中的优势硝化菌群相比有明显差异,环境变化导致群落结构发生了演替.多样性分析显示:氨氮氧化细菌在水层和表层底泥样品的多样性水平差异不大,而亚硝酸氮氧化细菌在底泥中的多样性与水层相比明显降低,表明对外界供氧量响应显著.

绵柔型白酒酿造用功能性细菌代谢典型风味化合物研究

研究了绵柔型白酒酿造用功能性细菌风味化合物的代谢情况。确立了不同菌株代谢不同风味化合物优势性能;并通过优化配方组合研究,建立了典型菌株混合发酵代谢典型风味化合物的最佳配比组合;进一步对比分析不同比例及不同发酵形式下的代谢产物的含量,明确了优化组合混合发酵在代谢四甲基吡嗪等典型化合物方面的优势。

老龄大鼠非细菌性多器官功能不全综合征模型的建立

目的 以酵母多糖腹腔注射建立老龄大鼠多器官功能不全综合征 (MODSE)模型 ,并进一步与成年多器官功能不全综合征 (MODS)模型作比较。方法 成年和老龄SD大鼠 ,腹腔注射不同剂量酵母多糖 ,以血气、血生化和心、肝、脑、肺、肾等各主要脏器的光镜检查等为指标 ,观察上述各主要脏器的功能和形态学的变化。结果 与成年和老龄正常对照组相比 ,成年和老龄不同酵母多糖组血气和血生化指标均出现不同程度的改变 ,肺、心、肝、脑、肾等主要脏器出现明显病理改变。在相同酵母多糖浓度下 ,老龄组呼吸功能、心脏功能和肾脏功能降低较相应成年组重 ;在复制模型程度相似的情况下 ,与成年大鼠相比 ,老龄大鼠有死亡时间延迟的趋势。结论 酵母多糖腹腔注射可复制MODSE模型 ,以 0 .5g kg腹腔注射最为理想 ,该模型可用于MODSE机制和实验治疗学的探讨。

接种功能内生细菌降低作物体内POPs污染

如何有效地去除污染区农作物体内持久性有机污染物(POPs),以规避作物POPs污染风险、保障农产品安全,实现污染土壤的资源化利用备受国际关注。植物体内含有内生细菌(EB),其数量和种类丰富,且能重新定殖在目标植物组织的间隙或细胞内部,促进植物生长、提高植物抗逆性,甚至减少植物体内POPs含量。能否利用植物-功能EB的微生态系统,从污染区植物体内获得具有POPs降解特性的功能EB,并将其重新定殖在目标农作物中,进而降低作物体内POPs含量、规避作物污染风险?本文综述了农业生态系统中作物体内POPs的污染现状及植物对POPs的吸收调控作用,系统地评估了具有POPs降解特性的功能EB在目标植物体内的定殖、传导及效能,阐释了功能EB调控植物体内POPs污染的作用机理,展望了功能EB定殖在作物体内调控其POPs污染的优点及仍需解决的技术问题,旨在为利用植物-功能EB的微生态系统规避作物体内POPs污染风险、保障农产品安全和人群健康提供新思路和途径。

荒漠草原不同年限灌丛引入过程土壤细菌碳源利用特征

为探究不同年限灌丛引入对荒漠草原土壤细菌群落功能多样性的影响,利用Biolog-ECO法对封育草地(17a)和不同年限引入灌丛地(6,15,25 a)0~20 cm土层展开土壤细菌群落的碳源利用特征研究。结果表明:荒漠草原不同年限灌丛引入后土壤全碳均有所增加,其中25 a时全碳最高,较封育草地显著增加43.5%(P<0.05),有机碳差异不显著,细菌数量与微生物生物量碳均在引入25 a最高,蔗糖酶活性随灌丛引入年限增加显著升高。土壤细菌群落随灌丛引入年限延长对碳源利用程度显著增大,平均增幅92.75%~181.73%,且对6类碳源利用能力均高于封育草地,其中糖类、氨基酸类、羧酸类是引入过程中细菌优先利用的3类碳源。灌丛引入也显著增加了土壤细菌群落功能多样性,特别是Shannon-Wiener丰富度指数、Shannon均匀度指数和Simpson优势度指数随引入年限延长而增大,且土壤全碳、全氮与细菌群落功能多样性呈显著正相关(P<0.05)。综上,近30 a灌丛引入不仅提高了土壤细菌对不同碳源的利用程度,也改变了主要碳源利用类型,从草地的氨基酸、聚合物类等转向灌丛地糖类、氨基酸类为主。

三种草坪草功能性细菌培养条件及其生理学特性

在实验室条件下分离筛选出了3种对草坪草抗逆及抗病性有积极作用的功能性细菌,针对其培养条件及生理学特性进行了研究。结果显示,3菌株利用最好的N源是蛋白胨,牛肉浸膏次之;利用最好的C源是蔗糖,其次为葡萄糖;3菌株在pH值为6～10的范围内均能生长,其中菌株E、F在初始pH值为7 4时生长最佳,菌株H在初始pH值为7 6时生长最佳;最适合3菌株生长的温度范围是30～35℃;3菌株在不同摇床转速和装液量下有不同的生长反应,菌体干质量差异显著。

生防枯草芽孢杆菌B29对黄瓜根际功能细菌及土壤酶活性的影响

[目的]探讨枯草芽孢杆菌B29对黄瓜根际功能细菌和土壤酶活力的影响。[方法]用枯草芽孢杆菌B29菌剂和化学杀菌剂(百菌清)灌根处理黄瓜根际土壤,通过田间试验研究对根际功能细菌和土壤酶活力的影响。[结果]施用枯草芽孢杆菌B29菌剂后,根际氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌和好气性纤维素分解菌数量在第10、20天显著增加,第30、40天恢复到与对照一致;施用百菌清处理后,在第10、20天根际氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌和好气性纤维素分解菌数量均在0.01水平显著低于枯草芽孢杆菌B29处理组,至第30、40天恢复到与对照一致。枯草芽孢杆菌B29菌剂对黄瓜根际土壤酶(脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶)活性的影响呈现同样趋势。[结论]施用枯草芽孢杆菌B29不仅促进黄瓜根际功能细菌的生长,而且提高土壤酶活性。