南方典型母质发育稻田土壤氨氧化细菌和古菌群落结构特征

依托中国科学院桃源农业生态试验站水稻土易地置土长期定位试验,以广东英利(YL,发育于玄武岩风化物)、江西鹰潭(YT,发育于第四纪红黏土)和湖南桃源古市(TYG,发育于河流冲积物)3种母质发育稻田土壤为供试土壤,采用常规土壤农化分析方法测得3种土壤的理化性质、硝化速率,并结合实时荧光定量PCR技术和Illumina MiSeq测序技术,分析了土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)种群丰度及群落结构的异同。结果表明:土壤硝化速率除分蘖期外,均表现为:YT>YL>TYG。YL与YT土壤中AOA数量占主导地位,AOA/AOB比值分别在0.72~3.05、0.98~1.52;TYG土壤中AOB数量占主导地位,AOA/AOB比值在0.21~0.75。群落组成方面,不同母质土壤间AOA、AOB群落结构差异显著,3种土壤AOA优势菌属各不相同,AOB优势菌属均为Nitrosospira。冗余分析表明,pH和可溶性有机碳是造成AOA、AOB群落结构差异的核心因子。综上,在环境背景均统一的前提下,不同母质发育稻田土壤理化性质之间依旧存在差异,这种差异影响着氨氧化微生物AOA、AOB的丰度以及群落结构。

基于荧光定量PCR技术分析草海沉积物中氨氧化古菌和细菌的空间分布特征

【目的】探明贵州草海表层沉积物中氮循环微生物的丰度、群落结构及其分布规律,为研究湖泊沉积物氮循环机理和开展湖泊生态修复提供理论参考。【方法】通过实时荧光定量PCR技术测定不同季节草海表层沉积物中氨氧化古菌(AOA)与氨氧化细菌(AOB)的丰度,同时测定沉积物、间隙水及上覆水体理化因子,分析各环境因子对AOA amoA和AOB amoA的分布影响。【结果】AOA amoA和AOB amoA基因丰度分别为7.81×103~4.11×106 copies/g和3.50×10^(2)~8.11×10^(4) copies/g,amoA拷贝数在各采样区域差异显著,具有空间分布特征,湖岸带AOA amoA与AOB amoA基因丰度较低。草海沉积物中AOA/AOB为2.3~181.4。草海沉积物整体有机质含量为65.57~436.30 g/kg,总磷为3.870~5.640 g/kg,全氮为0.585~1.252 g/kg;间隙水氨氮和硝酸盐氮浓度分别为0.283~2.082 mg/L和0.007~0.060 mg/L。【结论】AOA在草海氨氧化过程发挥主要作用。AOA amoA基因丰度受有机质和总氮影响,AOB amoA基因丰度受溶解氧和总磷影响。

杉木连栽氨氧化古菌群落结构与硝态氮含量的关系

[目的]分析不同代数杉木林的土壤有效氮含量变化,探讨硝态氮与不同分类水平的氨氧化古菌(AOA)群落结构、多样性之间的联系,为人工林土壤氮素的有效性和杉木林土壤质量评估提供参考。[方法 ]在福建南平选取4个代数的杉木人工林,采用高通量测序技术对PCR扩增的amoA基因进行测定,运用Mantel_r相关分析、随机森林模型和偏最小二乘路径模型等分析方法研究不同代数的土壤有效氮含量与氨氧化古菌群落丰度、多样性之间的关系。[结果 ]随杉木连栽代数增加,硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量显著下降,铵态氮(NH_(4)^(+)-N)和微生物量氮(MBN)含量变化不明显。土壤酶活性、氨氧化古菌群落丰度与多样性总体呈降低趋势,土壤有效氮含量与氨氧化古菌群落以及酶活性之间联系密切,其中,氨氧化古菌丰度与多样性指数是影响硝态氮含量的最主要因素。[结论 ]随着连栽代数增加,氨氧化古菌群落的丰富度与多样性一定程度上降低,除第4代土壤脲酶和氨单加氧酶活性略有上升,土壤氮循环相关酶活性基本呈降低趋势,从而导致土壤硝态氮含量显著降低,限制了杉木连栽林土壤氮素的有效性。

夏季珠江口冲淡水对氨氧化古菌的空间演替及分布规律的影响

氮在海洋生物地球化学循环中起着重要的作用,通常能限制海洋生物的生产力.硝化反应是氮循环的核心环节,且氨氧化反应是硝化作用的限速步骤,再加上氨氧化古菌(Ammonia Oxidizing Archaea,AOA)是氨氧化反应的主力军,因此海洋氨氧化古菌成了研究热点.通过对夏季珠江口的不同深度水体进行研究,以氨氧化古菌的功能基因氨单加氧酶(amoA)作为分子标记,运用454高通量测序技术和定量PCR在DNA和cDNA水平上来分析氨氧化古菌的群落结构组成、多样性和基因丰度分布特征.结果表明,夏季珠江口的淡水来源站位(A2B)有着最高的氨氧化古菌群落多样性,但丰度最低;自由生活型的氨氧化古菌丰度是附着生活型的10~1000倍,这可能是氨氧化古菌的主要生存策略;盐度是影响夏季珠江口氨氧化古菌群落结构组成的主要环境因子,而其amoA基因丰度与环境因子之间没有显著性差异;表层和底层AOA群落之间的差异较自由生活的与附着的群落之间更为明显.研究表明在cDNA水平上对功能微生物类群进行探究的必要性,有助于增进水体氨氧化古菌群落响应环境变迁的认识.

农田土壤好氧氨氧化和甲烷氧化交互作用机制的研究进展

从农田土壤生态系统中硝化和甲烷氧化的研究意义、氨氧化和甲烷氧化的功能微生物演替规律,以及二者交互作用机制三个方面综述了现阶段取得的主要研究成果,并进一步阐述了土壤碳氮元素生物地球化学循环机制研究的科学问题和面临的挑战。未来研究应充分利用学科交叉,结合宏观结果和土壤微观动态过程,揭示土壤中不可培养微生物代谢能力及其在土壤生物地球化学循环中的重要作用,逐步实现对土壤生态过程的预测和调控。

施氮肥对华北平原土壤氨氧化细菌和古菌数量及群落结构的影响

利用荧光定量PCR、末端限制性片段长度多样性(T-RFLP)和基因克隆文库技术,比较了4种施氮水平(不施氮肥,0 kg N/hm^2,CK;施低水平氮肥,75 kg N/hm^2,N1;施中水平氮肥,150 kg N/hm^2,N2;施高水平氮肥,225 kg N/hm^2,N3)下华北平原地区小麦季表层(0—20 cm)土壤总细菌、氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的丰度和群落结构。结果表明,土壤总细菌、AOB和AOA数量分别在每克干土5.74×10~9—7.50×10~9、8.89×10~6—2.66×10~7和3.83×10~8—7.78×10~8之间。不同施氮量土壤AOA数量均高于AOB数量,AOA/AOB值在81.72—14.38之间。增施氮肥显著显著提高AOB数量(P<0.05),对总细菌和AOA数量的影响不显著(P>0.05)。与CK相比,处理N1、N2和N3中AOB数量分别提高了0.64、1.50和1.99倍。增施氮肥显著改变了AOB和AOA的群落结构,且不同施氮量处理中AOB群落结构差异更大。系统进化分析显示,施氮肥小麦土壤AOB主要为Nitrosospira属类群,分布在Cluster 3的两个分支中;AOA分布在Cluster S的4个分支中。相关性分析显示,AOB数量与全氮和铵态氮含量呈显著正相关关系,与土壤pH和碳氮比呈显著负相关关系(P<0.05);AOA数量与硝态氮含量和土壤pH呈显著正相关关系,与铵态氮含量呈显著负相关关系(P<0.05)。研究结果表明:增施氮肥可显著改变华北平原地区碱性土壤AOB数量与群落结构,该地区小麦土壤中AOB比AOA对氮肥响应更敏感。

鸡粪菌渣好氧堆肥过程中氨氧化古菌及氨氧化细菌群落的动态变化

以amoA基因为标记,通过Real-Time PCR和限制性片段长度多态性（Restriction fragment length polymorphism,RFLP）法对鸡粪菌渣好氧堆肥过程中的氨氧化古菌（Ammonia-oxidizing archaea,AOA）和氨氧化细菌（Ammonia-oxidizing bacteria,AOB）进行了丰度及群落结构的分析。结果表明,在堆制初期、好氧发酵高温期及后熟期,AOB的amoA基因丰度均占主导优势,是AOA的38-992倍。进入好氧发酵高温期,AOA amoA基因丰度下降至发酵前的0.9%,AOB下降至17.6%,后熟期AOA与AOB的amoA基因丰度与好氧发酵高温期相当。在上述3个阶段AOA与AOB各自存在一个绝对优势菌群,分别为Cluster 3和Nitrosomonas europaea,其中Cluster 3克隆子数目分别占整个克隆文库的70.73%、54.28%、72.45%,Nitrosomonas europaea克隆子数目分别占整个克隆文库的78.44%、93.20%、94.27%。堆肥3个阶段AOA的多样性指数变化不大,Shannon-Wiener值维持在1.53-1.60,但群落结构发生明显演替,随着堆肥温度升高,堆肥前期的一些菌群（Cluster 4、Cluster 5、Cluster 6）逐渐消失,新的菌群Cluster 1出现并成为堆肥中后期的第二大优势菌群。AOB无论是多样性指数还是群落组成,都发生剧烈的变化。AOB在堆肥前期Shannon-Wiener指数值最大（1.47）,种群数最多（6个基因簇,分别为Nitrosomonas europaea Cluster,Nitrosomonas halophila Cluster,Nitrosomonas communis Cluster,Nitrosomonas nitrosa Cluster,Nitrosospira briensis Cluster,Nitrosospira multiformis Cluster）;进入高温发酵期,Shannon-Wiener下降至0.45,群落结构单一,只有Nitrosomonas europaea Cluster和Nitrosomonas halophila Cluster;进入后熟期,AOB多样性及种群数得到一定程度的回升。

亚高山/高山森林土壤有机层氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度特征

为了解季节性冻融对川西亚高山/高山地区土壤氨氧化微生物群落的影响,采用qPCR技术,以氨单加氧酶基因的α亚基(amoA)为标记,在生长阶段、冻结阶段、融化阶段中的9个关键时期调查了该地区不同森林群落:岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林(PF)、岷江冷杉(A.faxoniana)和红桦(Betula albosinensis)混交林(MF)、岷江冷杉次生林(SF)土壤有机层的氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)丰度的特征。结果表明,3个森林群落土壤有机层中都具有相当数量的氨氧化细菌和古菌,均表现出从生长阶段至冻结阶段显著降低,在冻结阶段最低,但冻结阶段后显著增加,在融化阶段为全年最高的趋势。土壤氨氧化微生物类群结构(AOA/AOB)受负积温影响明显。冻结后期3个森林群落土壤负积温最大时,AOA数量明显高于AOB,但其他关键时期土壤氨氧化微生物类群结构与群落类型密切相关。高海拔的岷江冷杉林群落土壤有机层表现为AOA>AOB(冻结初期除外),低海拔的岷江冷杉次生林群落中表现为AOB>AOA(冻结后期除外),而岷江冷杉和红桦混交林群落则仅在融冻期和生长季节末期表现为AOB>AOA。这些结果为认识亚高山/高山森林及其相似区域的生态过程提供了一定的科学依据。

长期施肥对黄土旱塬黑垆土氨氧化古菌群落多样性和丰度的影响

【目的】研究长期不同施肥制度下黄土旱塬黑垆土氨氧化古菌群落多样性和丰度的变化,为提高黄土高原地区氮素利用效率、检测土壤质量变化提供重要依据。【方法】利用PCR-RFLP技术和Real-time PCR技术分析无肥(CK)、有机肥(M)、氮肥+有机肥(NM)、磷肥+有机肥(PM)、氮磷肥+有机肥(NPM)等5种长期施肥处理对土壤氨氧化古菌群落结构和丰度的影响。【结果】从5种施肥处理的氨氧化古菌氨单加氧酶A(amoA)的克隆文库中分别得到25、18、29、20、30种RFLP酶切类型。α多样性指数表明各施肥处理土样之间氨氧化古菌多样性差异显著,NPM处理产生的氨氧化古菌多样性最多,而M处理多样性最少。欧氏距离聚类结果表明各施肥处理与对照(CK)处理土壤中氨氧化古菌群落类型趋同性系数最大,说明长期施肥处理使氨氧化古菌群落类型产生了较大变化。各施肥处理土壤中氨氧化古菌amoA基因拷贝数不同,NPM处理的氨氧化古菌丰度最高,与其它施肥处理呈显著性差异。基于amoA氨基酸序列构建的系统发育树将5种施肥处理的主要的优势氨氧化古菌与来自土壤/淡水沉积物的未培养氨氧化古菌聚为一类。【结论】长期不同施肥改变了土壤中氨氧化古菌群落多样性和丰度。

高含氮稻田深层土壤的氨氧化古菌和厌氧氨氧化菌共存及对氮循环的影响

随着海洋生态系统中的厌氧氨氧化反应和氨氧化古菌的发现,自然生态系统的氮循环过程被重新认识,但是目前尚无在陆地深层的相关报道。结合同位素示踪与分子生物学技术探索了稻田深层土壤中anammox与AOA的存在及特性。结果表明,在沼渣处理废水浇灌的高含氮稻田深层土壤中,anammox与AOA共存。通过构建克隆文库发现,此土壤中厌氧氨氧化菌的生物多样性相对较低,35个克隆序列只分为4个独立操作单元(OTU),代表序列与Genebank数据库中已探明的厌氧氨氧化菌Candidatus‘Kuenenia stuttgartiensis’的同源性超过95%;对氨氧化古菌的分析发现,20个克隆子共得到5个OTU,其与基因库中土壤/沉积物进化分支关系最近,序列的同源性部分超过98%。同位素示踪的初步结果表明,anammox产生的氮气占此土壤总氮气生成量的24.1%-29.8%。AOA与anammox的共存为anammox反应的广泛存在与发生提供了新思路。

长期施肥对氨氧化古菌丰度及群落结构的影响

【目的】氨氧化古菌对土壤氮素转化有着重要的作用。本研究以长期定位施肥黄泥田土壤为研究对象探讨了长期不同施肥模式对土壤氨氧化古菌数量和多样性的影响,为制定合理的施肥制度提供理论基础。【方法】试验在福建省农科院试验站上进行,以30年长期定位施肥的红壤性水稻土为研究对象采用荧光定量PCR和克隆文库技术,研究了长期不同施肥模式对氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)丰度及群落结构的影响。试验设4个处理:1)不施肥(CK);2)单施氮磷钾肥(NPK);3)氮磷钾肥配施牛粪(NPKM);4)氮磷钾肥配施秸秆(NPKS)。小区面积为12 m^2每个处理设3个重复。土样采集时间为2012年10月份(水稻收获后),测定土壤养分和氨氧化古菌的数量及多样性。【结果】1)与CK相比,NPKM和NPKS处理显著增加了土壤有机质含量,NPKM和NPKS处理之间无显著差异。2)与CK相比施肥均能提高土壤全氮含量;NPKM和NPKS处理能够显著提高土壤全磷含量,NPKM处理全磷含量最高;仅NPKS处理能显著增加全钾含量。3)与CK相比,长期施肥均能提高土壤有效氮(AN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)的含量,并且NPKM处理AN和AP含量最高,NPKS处理中AK含量最高。4)与CK相比,长期施肥均对土壤pH值无显著影响。5)与CK处理相比,NPKM和NPKS处理的amoA基因拷贝数显著增加增加幅度分别为168.4%和95.7%;单施化肥处理与CK无显著差异。土壤氨氧化古菌数量与土壤有机质含量呈显著正相关,与土壤全磷、有效氮、速效磷和速效钾含量呈极显著正相关。6)长期不同施肥处理影响土壤氨氧化古菌的种群结构,单施化肥增加了土壤AOA的多样性,而化肥配施有机肥则降低了AOA的多样性。7)本试验中得到的土壤氨氧化古菌amoA基因序列均为不可培养的古菌,包括泉古菌(Crenarchaeote)和奇古菌(Thaumarchaeote)。本试验所得氨氧化古菌绝大多数与来自土壤、沉积物的amoA基因克隆非常相似,少数与水体环境相似。【结论】不同培肥模式下,土壤中氨氧化古菌均为不可培养的古菌,包括泉古菌(Crenarchaeota)和奇古菌(Thaumarchaeota),然而水稻土壤养分和氨氧化古菌丰度及群落结构变化显著。单施化肥的作用不明显,有机无机肥配施有利于土壤有机质和养分的积累以及氨氧化古菌的生长增加了氨氧化古菌优势菌群的比例。

鸡粪好氧堆肥过程中氨氧化古菌群落结构的动态变化

应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,研究了好氧堆肥过程氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)的群落结构和多样性变化。结果表明,不同堆肥时期鸡粪好氧堆肥AOA菌群的群落结构发生了明显的变化。与AOA HH-2(GU225872.1)亲缘关系较近的b条带(相似性96%)和未培养泉古菌属[uncultured crenarchaeote NM-152(HQ875225.1)]的m条带(相似性99%)是堆肥过程一直存在的AOA菌属。条带c、b、f、i和条带m、k、l、n代表的种属分属两个大类。AOA群落的Shannon-Weiner指数(H)、均匀度指数(EH)均表现为第30 d>第5 d>第25 d≈第45 d>第3 d≈第12 d>第1 d≈第15 d。对AOA种群数据与不同时期堆体温度、pH、全氮、铵态氮、亚硝态氮和硝态氮等环境因子的冗余分析表明,堆体温度、全氮、亚硝态氮和硝态氮对氨氧化古菌群落演替有着显著的影响(P<0.05),AOA的群落结构在堆肥第1 d、第5 d、第25 d、第30 d、第45 d变化较大。说明这些参数能有效控制鸡粪好氧堆肥过程中AOA的群落结构。

长期施用氮肥和磷肥对渭北旱塬土壤中氨氧化古菌多样性的影响

采用基于氨单加氧酶基因的PCR-RFLP和DNA测序技术,以黄土高原旱地黑垆土为材料,研究长期施用氮肥和磷肥对土壤氨氧化古菌多样性的影响。结果显示,不同施肥处理土壤样品得到的氨氧化古菌的OTU数分别为25(种植不施肥,CK)、21(不施肥不种植,LD)、18(单施氮肥,N)、25(单施磷肥,P)和13(氮、磷共施,NP)。氨氧化古菌的多样性指数H′和优势度指数Ds变化趋势基本相同,分别为P>CK>LD>NP>N和P>CK>NP>LD>N;种群丰富度和均匀度指数在不同处理间变化较大,分别为CK>P>LD>N>NP和P>NP>LD>N>CK。各处理优势氨氧化古菌绝大部分属于Cluster S,少数属于Cluster M,获得的序列全部属于难培养泉古菌门。不同施肥方式的长期定位试验土壤中氨氧化古菌多样性变化较大,而优势氨氧化古菌系统进化定位没有显著变化。

氮源添加对重金属污染土壤氨氧化微生物的影响

矿业活动导致矿区土壤养分流失、土地退化,土壤生态系统敏感且脆弱,恢复过程复杂。其中土壤氮素缺乏是限制该生态系统恢复的主要因子之一。为探讨矿区土壤氮素恢复机制,以广西柳州泗顶矿区重金属污染土壤为研究对象,通过土壤培养实验,采用高通量测序结合荧光定量PCR技术,系统研究了氯化铵(38.114 g∙m^(-1)∙a^(-1)(高浓度)、9.54 g∙m^(-1)∙a^(-1)(低浓度))和尿素(21.43 g∙m^(-1)∙a^(-1)(高浓度)、5.36 g∙m^(-1)∙a^(-1)(低浓度))在不同添加频次(添加12次∙年-1(高频率)和2次∙年-1(低频率))下,对土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)丰度、多样性和群落组成的影响。结果表明,各施氮模式下,amoA-AOB基因丰度显著高于amoA-AOA基因丰度,其丰度范围为(1.56×10^(7)±0.01×10^(7))-(3.58×10^(7)±0.03×10^(7))copies·g^(-1)(氯化铵)和(5.31×10^(7)±0.02×10^(7))-(14.85×10^(7)±0.04×10^(7))copies·g^(-1)(尿素)。AOA群落的ACE、Shannon和Simpson指数均值分别是AOB群落的13.2、1.41和0.627倍,AOA的α-多样性更容易受到不同施氮处理的影响。AOA在门水平上的优势菌门为奇古菌门(Thaumarchaeota)和泉古菌门(Crenarchaeota);在属水平上的优势菌属为亚硝基球菌属(Nitrososphaera)。AOB在门水平上的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria);在属水平上的优势菌属为亚硝化螺菌属(Nitrosospira)和亚硝化弧菌属(Nitrosovibrio)。相关性分析表明土壤有效磷是影响amoA-AOB基因丰度的关键因素(p<0.01)。冗余分析表明,微生物量氮是引起AOA群落组成改变的主要因子;而土壤脲酶活性是引起AOB群落组成改变的主要因子。添加氯化铵和尿素使土壤氨氧化潜势和总硝化潜势增加,分别是对照的1.15-3.03倍和2.15-8.55倍,AOB主导土壤中的氨氧化和硝化过程。研究为明确矿区土壤氮循环变化规律,重建矿区土壤氮库提供了理论依据。

长期集约种植对雷竹林土壤氨氧化古菌群落的影响

应用荧光定量PCR以及PCR-DGGE技术研究了雷竹林长期集约种植过程中土壤氨氧化古菌种群数量及群落结构的演变趋势,并利用典范对应分析(CCA)方法研究影响土壤氨氧化古菌群落的主要环境因子。研究结果表明,水稻田改种雷竹后,土壤氨氧化古菌种群数量显著增加,在4 a时达到最高,但在集约种植后快速下降,9 a雷竹林土壤氨氧化古菌数量最低,随后逐渐稳定。雷竹林土壤氨氧化古菌种群主要为不可培养泉古菌,聚类分析结果表明集约种植前后氨氧化古菌群落结构存在明显差异,长期集约经营雷竹林土壤以适应较低pH值的物种为主要优势种群。CCA分析表明,集约种植时间较长的11 a和15 a林地群落结构较为类似,与7 a和9 a样地明显区分。土壤NO-3-N与氨氧化古菌群落变化的相关性最强,说明氨氧化古菌在雷竹林土壤硝化过程中发挥着重要作用。土壤pH值及速效养分对土氨氧化古菌群落也具有较大影响,它们与NO-3-N合计解释了59.7%的样本总变异,表明土壤酸化以及过量养分的积累对氨氧化古菌群落具有重要影响。

异养硝化、厌氧氨氧化及古菌氨氧化与新的氮循环

自然界中氮循环与微生物的作用密不可分.在过去的几年里,随着异养硝化、厌氧氨氧化和古菌氨氧化过程的发现,人们对氮循环的认识发生了明显的变化.就异养硝化菌、厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌的发现、生化机理及分子生物学等方面进行综述,旨在为今后人们重新认识和构建新的氮循环提供有用信息,并对这些新型微生物今后在污水生物脱氮处理中的应用提出了一些展望和设想.指出今后在污水生物处理系统中,可通过富集异养硝化菌强化同步硝化反硝化、富集厌氧氨氧化菌实现单级自养脱氮、富集氨氧化古菌提高低溶解氧下的脱氮效率.

不同施肥方式对红壤蔬菜田氨氧化细菌和氨氧化古菌群落的影响

通过构建氨单加氧酶基因(amoA)克隆文库,研究在红壤蔬菜田上只施用磷钾化肥(PK)、只施氮磷钾化肥(NPK)、施用腐熟有机肥(DNPK)和施用新鲜有机肥(FNPK)等4种不同施肥处理的土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)群落多样性及与土壤脲酶活性的相关性。结果表明:施加有机肥处理(DNPK和FNPK)的蔬菜田土壤的AOB文库和AOA文库OTU数量和Shannon指数高于只施用无机肥(NPK和PK)处理的蔬菜田土壤;DNPK和FNPK处理的土壤优势AOB菌群为多形亚硝化叶菌(Nitrosolobus multiformis),比例分别为88.5%和68.5%,NPK和PK处理的土壤优势AOB菌群为亚硝化单胞菌属(Nitrosospirasp.),比例分别为54.8%和65.5%;DNPK、FNPK、NPK和PK处理土壤优势AOA菌群均为阿伯丁土壤亚硝化细杆菌侯选种(CandidatusNitrosotalea devanaterra),比例分别为90.9%、84.4%、77.8%和45.2%;施加有机肥处理(DNPK和FNPK)的土壤脲酶活性和氨氧化微生物的多样性指数都高于只施用无机肥处理(NPK和PK);AOA群落多样性指数与土壤脲酶活性呈显著正相关,而AOB群落多样性与土壤脲酶活性相关性不显著。总体来看,有机肥比无机肥处理提高了AOA和AOB群落多样性,且AOA在红壤蔬菜田土壤氨氧化过程中起着更为重要的作用。

O_3浓度升高对麦田土壤氨氧化细菌、氨氧化古菌和硝化细菌数量的影响

硝化作用在氮循环过程中至关重要,包括氨氧化作用和亚硝酸盐氧化作用,通过氨氧化反应和亚硝酸盐氧化反应将N素转化为植物可利用的NO3-形态。利用开顶式臭氧气室(OTCs,open-top chambers)试验平台,通过大田模拟熏气试验,结合Real-timePCR探讨大气O3浓度升高对麦田土壤氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)及硝化细菌(NOB)数量的影响。结果表明,AOB、AOA和NOB对O3胁迫的反应不一样,AOB基因拷贝数基本上随着O3浓度的升高呈现出降低的趋势,而AOA和NOB基因拷贝数随O3浓度的升高变化不明显。冬小麦拔节期,当O3浓度为40、80、120nmol·mol-1时,20～40cm土层的AOB基因拷贝数分别比对照处理降低39.8%、51.2%和59.4%。AOB和NOB基因拷贝数灌浆期多于收获期,0～10cm土层多于10～20cm。AOA基因拷贝数随季节的变化不大。O3胁迫可通过影响AOB、AOA和NOB的数量和活性来影响土壤的硝化反应,从而影响土壤的氮素循环过程。

不同品种水稻土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构组成

本研究通过提取土壤总DNA,利用特异引物进行PCR扩增和变性梯度凝胶电泳(DGGE),研究了不同品种水稻对稻田土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构组成的影响。结果显示:稻田土壤具有丰富的氨氧化细菌和氨氧化古菌,且氨氧化古菌种类更多;不同品种水稻氨氧化细菌群落结构组成差异较大,其中以"天A/Km71"、"闽优1027"和"Km62/1027"3个品种相似性较高,且明显不同于其余3个品种;而氨氧化古菌群落结构组成在不同土层间表现出较大差异,其中以"天A/Km71"和"Km62/1027"的表土与根际土氨氧化古菌群落组成差异最大。研究表明不同水稻品种及土壤层次对氨氧化微生物群落结构组成具有一定影响,证明氨氧化微生物尤其是氨氧化古菌在稻田土壤生态系统中占有重要地位。

长期施用尿素对东北黑土中氨氧化古菌群落的影响

【目的】表征34年施肥条件下东北黑土中氨氧化古菌(AOA)群落特征,明确不同尿素水平对其丰度和群落结构的影响,并与土壤化学性质进行关联分析,探讨引起影响东北黑土中AOA群落变化的主效环境因子,为进一步揭示黑土土壤硝化作用过程和机制,以及改良施肥方式提供依据。【方法】依托黑龙江省农业科学院34年长期定位试验,选取3组不同施肥处理:无尿素组(对照CK和磷钾处理PK)、一倍尿素组(单施一倍氮肥处理N1,氮磷处理NP,氮磷钾处理NPK和氮钾处理NK)和二倍尿素组(单施二倍氮肥处理N2)共7个处理的耕层土壤为研究对象,借助454高通量测序和Real-time PCR技术,以AOA Arch-amo A基因为分子标靶,解析不同尿素水平对黑土中AOA群落组成和丰度的影响,并对AOA群落结构与环境因子进行相关性分析。【结果】随着尿素施用量的增加,黑土中AOA的Arch-amo A拷贝数由2.64×107/g土壤显著降低至8.34×105/g土壤,且黑土p H是引起其数量降低的直接原因;OTU水平上的聚类和非度量多维度分析(NMDS)结果均表明,相同尿素水平的各处理AOA群落结构相似,不同尿素水平处理间的AOA群落差异显著;冗余分析表明,土壤p H、水溶性有机碳和硝态氮浓度是影响土壤AOA群落变化的主效环境因子(P<0.05);系统发育分析表明,东北黑土中AOA主要有Nitrososphaera和Nitrosotalea两个属:无尿素组中99.3%和一倍尿素组中90.1%的Arch-amo A序列归类于Nitrososphaera,二倍尿素组中67.9%的Arch-amo A序列归类于Nitrosotalea。【结论】本研究表征了长期不同施肥下黑土中的AOA群落特征,通过与土壤化学性质耦合分析,确定了引起黑土中AOA群落变化的主要因素。长期施用氮肥的黑土中,AOA Arch-amo A拷贝数和群落结构受尿素施用量的影响显著,低倍尿素提高其多样性,而高倍尿素则使之降低,土壤p H、有机碳和硝态氮浓度是导致AOA群落差异主要因素。