长期施肥黑土phoD微生物群落特征及其对有机磷组分的影响

【目的】通过分析长期施肥对黑土有机磷组分和phoD微生物群落特征的影响,探究土壤有机磷组分对微生物关键群落特征的响应,为黑土磷高效利用和制定科学的施肥策略提供理论依据。【方法】依托吉林省公主岭市始于1989年的黑土长期施肥试验,选取5个施肥处理:不施肥(CK)、施氮钾肥(NK)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾+秸秆(NPKS)和氮磷钾+有机肥(NPKM)。以2018年采集的0—20 cm土层的土壤样品为研究对象,采用化学连续浸提法,定量分析不同活性的有机磷组分;采用Illumina Miseq高通量测序平台和实时荧光定量(Real-time PCR)技术,定性和定量分析土壤中phoD微生物群落特征;通过相关分析及方差分解分析,综合探究phoD微生物群落组成、土壤有机磷组分与土壤性质之间的关系。【结果】(1)除NPKM处理外,各施肥处理间总有机磷含量无显著差异,但有机磷组分含量及其占总有机磷的比例差异较大。与CK相比,NK与NPKM处理均显著增加了活性有机磷(LOP)和中活性有机磷(MLOP)含量,NK处理LOP与MLOP分别增加了108.7%和27.5%;NPKM处理LOP与MLOP分别增加了446.6%和38.1%。与NPK处理相比,NPKS处理下LOP和MLOP含量显著降低了57.7%和24.0%。(2)化肥配施有机物料(NPKS、NPKM)改变了phoD微生物的群落组成,而对其多样性无显著影响。NPKS处理显著提高Pseudomonas丰度;NPKM处理显著提高Gemmatimonas的丰度。同时,NPKS处理还显著提高了phoD基因的绝对丰度和碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性。(3)相关性分析表明,phoD微生物群落组成与LOP和MLOP之间有显著的关系。方差分解分析表明,对有机磷组分含量和比例变化而言,phoD微生物群落组成单独解释率分别为12.1%和10.2%,而其与ALP活性共同的解释率分别为58.5%和58.7%,与有机碳(SOC)共同的解释率分别高达67.5%和64.7%。由此可见,群落组成与土壤性质(ALP活性、SOC)共同影响有机磷组分,且影响效果优于单独指标。【结论】长期施肥改变了phoD微生物群落组成,其与ALP活性、与SOC分别共同解释有机磷组分的变化。化肥配施秸秆通过改善phoD微生物群落特征,显著提高碱性磷酸酶活性,从而促进有机磷矿化,提高黑土磷素的利用效率。

四川凉山会东县不同海拔农田土壤phoD基因群落组成及多样性特征

通过分析四川省凉山会东县农田土壤phoD基因群落组成及多样性对不同海拔高度的响应,以期深入认识凉山高原地区不同海拔农田土壤磷素及涉磷微生物群落的分布特点,为建立合理的施肥制度提供科学依据。以凉山州会东县不同海拔高度(1700 m、1900 m、2100 m)土壤为研究对象,通过化学分析和高通量测序技术对土壤理化性质、有机磷组分和含量以及phoD基因群落进行分析。结果表明,pH与海拔高度呈正相关。海拔2100 m的土壤全磷和有效磷含量最高,1900 m的有机磷(OP)、活性有机磷(LOP)、中等活性有机磷(MLOP)和中稳性有机磷(MROP)含量最高,而1700 m海拔的无机磷含量最高。对于不同海拔下的phoD基因群落变化,Shannon指数在高海拔地区最高。同时,3个海拔高度下phoD群落结构差异明显,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)是3个海拔高度的主要门类,而慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)是低海拔1700 m的主要优势属。土壤pH和总磷(TP)是驱动不同海拔土壤phoD基因群落组成的关键因子。综上,凉山会东高原地区不同海拔高度农田土壤中的phoD基因群落变异明显(P<0.05),且受到土壤pH和总磷的显著影响(P<0.05)。农业生产上应采取因地制宜的施肥措施。

有机种植对茶园土壤phoD基因细菌群落结构的影响

【目的】土壤编码碱性磷酸酶基因phoD微生物作为土壤中重要的功能微生物群之一,研究有机种植模式对茶园土壤phoD基因细菌微生物群落结构的影响,为评估有机茶的土壤生态效应评估提供数据支撑。【方法】采用高通量测序手段,系统分析了3种类型样地,即林地(WD)、常规茶园(CT)和有机茶园(OT)土壤phoD细菌群落多样性、群落结构变化趋势及其影响因子。【结果】与WD土壤相比,茶园土壤pH显著下降0.47~0.61个单位,长期施用化肥茶园导致土壤速效养分显著增加,尤其是CT土壤中速效磷含量达到了484.3 mg·kg^(-1)。与WD土壤相比,CT和OT土壤phoD细菌Alpha多样性指数显著降低(Simpson指数除外),CT和OT土壤phoD细菌Alpha多样性指标大多差异不显著(P<0.05)。从3种类型样地土壤样品中共检测到phoD细菌15个门、27个纲、50个目、67个科、99个属,195个种。主要细菌优势门为未知分类菌门(unclassified)、变形菌门(Proteobacteria)、unclassified_d__Bacteria和放线菌门(Actinobacteria)。优势菌属以unclassified、unclassified_d__Bacteria、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)为主。组间群落差异分析(LEfSe)表明,31个差异物种对种植模式非常敏感,不同种植模式富集了不同的phoD细菌类群。主成分分析结果显示,种植模式显著改变了土壤phoD细菌群落结构。相关分析和冗余分析结果表明,土壤全氮、碱解氮、全钾和pH是驱动phoD功能微生物群落结构的主要环境因子。【结论】林地转变为茶园后,不同种植模式改变了土壤理化性质,从而驱动了土壤phoD细菌群落组成、结构和多样性变化。

蓝藻生消对巢湖沉积物phoD碱性磷酸酶基因细菌群落结构的影响

phoD基因编码的碱性磷酸酶驱动沉积物有机磷矿化并释放生物可利用磷,促进了富营养化湖泊蓝藻的生长与暴发,但对富营养化湖泊蓝藻生消周期phoD基因细菌群落动态变化的认识依然有限.本文研究了中国典型富营养化湖泊巢湖蓝藻生消过程沉积物碱性磷酸酶活性(APA)、phoD基因细菌多样性和群落结构的动态变化及其与环境的关系.结果显示:巢湖沉积物APA活性在蓝藻生长与暴发阶段显著升高,且与水温、pH、溶解氧(DO)等环境因子显著相关.蓝藻生消各阶段沉积物phoD基因细菌群落的优势菌属均由Pseudonocardia和Friedmanniella构成;与蓝藻潜伏期和衰亡期相比,生长初期与暴发期大多数样点沉积物Pseudonocardia的丰度显著降低而Friedmanniella显著升高.携带phoD基因的菌属丰度呈显著的时空变化,其中菌属丰度的空间异质性较高.蓝藻生长初期与暴发期的phoD基因细菌群落的Ace指数与Shannon多样性指数显著大于潜伏期与衰亡期.研究表明,携带phoD基因细菌群落结构的变化主要受APA、DO、叶绿素a、水温、总磷以及无机磷的驱动;春季蓝藻的生长消耗大量上覆水溶解性无机磷,激发了沉积物APA活性并诱发Friedmanniella生长从而缓解水体磷限制.

PGPR菌剂对植烟土壤理化性状及phoD基因群落结构的影响

为探明PGPR菌剂对土壤磷素循环的微生物调控机制,以凉山州会理市的植烟田为研究对象,采集烤烟成熟期耕层土壤,通过化学分析和高通量测序技术,对细菌型、放线菌型和真菌型3种PGPR菌剂处理土壤的理化性质、磷酸酶活性及phoD基因群落组成进行了分析。结果表明,与常规施肥相比,施用3种PGPR菌剂均能显著提高土壤有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量,放线菌型PGPR菌剂能显著提升土壤的磷酸酶活性。PGPR菌剂能提高植烟土壤phoD基因群落的多样性,门水平优势菌群为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和蓝菌门(Cyanobacteria)等,属水平优势菌属为链霉菌属(Streptomyces)、无枝酸菌属(Amycolatopsis)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)等。冗余分析显示,速效钾、pH、速效磷等环境因子是影响植烟土壤phoD基因群落结构的主要因子。综上所述,PGPR菌剂能显著改善植烟土壤养分状况,提高土壤磷酸酶活性,改变烤烟耕层phoD基因群落结构。

长期施用化肥对红壤磷形态、磷酸酶活性及phoD基因丰度和多样性的影响

以湖南省祁阳县的国家红壤肥力与肥料效益长期试验地为平台,采用单施氮肥(N)、氮钾配施(NK)、氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)4种不同组合的无机肥料添加方式,结合实时定量PCR和高通量测序技术,探究长期施用化肥对土壤磷形态、磷酸酶活性及phoD基因丰度和多样性的影响。结果表明:与单施氮肥处理相比,氮与磷、钾配施可以缓解土壤酸化趋势,氮磷配施能够显著增加土壤中各形态磷含量。与单施氮肥处理相比,氮磷、氮钾处理显著提高了土壤碱性磷酸酶活性、土壤总细菌丰度及phoD基因丰度;氮磷钾配施显著提高了土壤碱性磷酸酶活性和土壤总细菌丰度,但显著降低土壤phoD基因丰度。磷酸酶编码基因phoD基因群落的α-与β-多样性在处理间不存在显著差异,且所有处理中来源于假单胞菌属与紫色杆菌属的phoD基因分别超过总序列的45%。此外,链霉菌属、马赛菌属以及短波单胞菌属与土壤磷素存在显著的正相关关系。以上结果表明:在不同养分输入条件下,调节功能菌群丰度及磷酸酶活性的关键因素不同。氮磷钾的合理配施能够增加土壤磷含量和磷酸酶活性,改变phoD基因丰度和群落结构,提高土壤的供磷能力,但长期施用化肥会使土壤微生物物种趋于单一化。

三峡库区消落带土壤中携带phoD基因的细菌群落结构特征

为研究三峡库区消落带土壤中解磷细菌群落特性,于2021年5月在干流消落带采集了不同高程的土壤样品,分析了土壤的总磷(TP)、无机磷(IP)和有机磷(OP)、酸性磷酸酶(ACP)和碱性磷酸酶(ALP)活性,测定了携带phoD基因的细菌群落结构,并探究其与土壤性能指标的关系。结果表明,消落带土壤中携带phoD基因细菌群落的丰富度随高程的降低而下降(P<0.05),不同高程土壤中的优势门和属排序存在差异;各高程间表现出显著差异的细菌有1门1纲1目4科6属,其中Verrucomicrobia门的一支类群在175 m高程土壤的丰度更高,而Streptosporangiaceae科和Aquisphaera属分别在155 m和165 m的低高程土壤中有更高丰度,可能来源于底层沉积物。Spearman相关性分析表明,携带phoD基因的细菌群落多样性与高程、IP含量显著相关。db-RDA分析表明,TP和IP是主导消落带土壤携带phoD基因的细菌群落结构的环境因子。

珠江水体中细菌碱性磷酸酶基因phoD的多样性

碱性磷酸酶(APase)是最主要的有机磷水解酶,在无机磷匮乏的情况下,APase释放的无机磷供藻类利用,致使藻类大量繁殖,因此,对APase基因多样性的研究有利于揭示对水体富营养化有重要影响的微生物类群.基于此,本文以珠江水体为研究对象,构建了珠江广州段穗石、坦尾和南沙3个点细菌的pho D基因克隆文库.限制性酶切片段多态性(RFLP)分析结果表明,上述3个点的pho D基因分别含有15、17、13个操作分类单元(Operational Taxa Unit,OTU),穗石点的多样性(Shannon指数和Simpson指数)均高于其他两个点;pho D基因序列系统发育分析表明,珠江水体中pho D基因主要来源于Plesiocystis、Limnohabitans、Pirellula等属的细菌,而Limnohabitans属的pho D基因在文库中含量最高,占文库的44%~50%.研究表明,珠江水体中细菌的pho D基因具有较高的多样性,这些基因编码的碱性磷酸酶可能在珠江水体的富营养化过程中有重要的作用.

有机物料投入对喀斯特地区土壤磷素赋存形态与含phoD基因细菌群落的影响

针对喀斯特地区有机物料盈余、土壤养分贫瘠和易流失的特点,设置长期有机物料还田小区定位试验,试验包括6个处理:不施肥对照(CK)、无机肥(NPK)、无机肥+玉米秸秆(NPKS)、无机肥+农家肥(NPKM)、无机肥+滤泥(NPKL)和无机肥+甘蔗灰(NPKA).研究不同有机物料投入对土壤磷赋存形态和磷活化功能微生物(含有机磷矿化基因细菌)群落结构的影响.通过3 a断续的观测,结果表明,土壤全磷(TP)、速效磷(Olsen-P)和二钙磷(Ca_②-P)含量呈逐年增加趋势,而氯化钙磷(CaCl_②-P)含量呈先降低再增加的趋势;与不施肥对照相比,有机物料投入尤其是滤泥配施能显著提高土壤全氮(TN)、TP、Olsen-P、CaCl_②-P和Ca_②-P含量,其次是甘蔗灰和农家肥配施处理;相关分析表明,CaCl_②-P、Ca_②-P和Olsen-P均与土壤交换性钙(Ca-ex)含量显著正相关;冗余分析(RDA)表明土壤TN、Ca-ex、有机碳(SOC)和土壤全钾(TK)含量是影响土壤磷组分的关键因子.高通量测序分析含有机磷矿化基因(含phoD基因)细菌群落结果表明,与不施肥对照相比,秸秆还田配施无机肥处理显著增加土壤含phoD基因细菌丰富度,但各处理间含phoD基因细菌群落结构无显著差异.RDA分析结果表明,土壤Ca-ex、TK、Olsen-P、pH和SOC是驱动含phoD基因细菌群落变化的关键因子.总体上看,无机肥配施滤泥、甘蔗灰和农家肥是广西喀斯特地区农田土壤较为合适的养分管理方式.研究可为喀斯特地区有机废弃资源利用与土壤磷素管理提供科学依据.

土壤phoC和phoD微生物群落对化肥和有机肥配施生物炭的响应

土壤微生物对土壤养分转化具有重要的影响,phoC和phoD作为编码磷酸酶的功能基因,其为检测环境中微生物种类、丰度和群落结构组成提供了有效手段,而研究化肥和有机肥配施生物炭处理下植株根际和非根际土壤phoC和phoD微生物群落多样性变化的规律,又可为生物炭的农业利用提供科学依据.以玉米秸秆和稻壳为供试材料,采用盆栽试验的方法,设置对照(CK)、传统施肥(F)、化肥+20t·hm^(-2)稻壳生物炭(FP)、化肥+10 t·hm^(-2)稻壳生物炭+10 t·hm^(-2)玉米生物炭(FPM)、有机肥+20 t·hm^(-2)稻壳生物炭(PP)和新鲜有机肥+20 t·hm^(-2)稻壳生物炭(NPP)6个处理,通过采用T-RFLP和荧光定量PCR技术解析根际和非根际土壤phoC和phoD的群落结构,阐明phoC和phoD对添加生物炭的响应特征.结果表明:(1)根际土和非根际土中,phoD的群落结构比phoC更复杂,化肥和有机肥配施生物炭后增加phoC的末端限制性片段数;(2)化肥和有机肥配施生物炭使得非根际土phoC拷贝数较CK均有所降低,FP、FPM、PP和NPP处理较CK分别降低了9.18%、11.46%、10.97%和13.76%,有机肥配施生物炭使得根际土phoD的拷贝数较CK有所增加,PP和NPP处理较CK分别增加了2.48%和5.16%;(3)土壤中的总磷是影响非根际土壤phoC微生物群落结构的主要因子(P<0.01),而根际土中phoC微生物群落结构受到多种环境因子的调控,pH是影响phoD拷贝数最关键的环境因子,且phoD拷贝数与土壤硝态氮和pH有显著的相关性.化肥和有机肥配施生物炭可促进土壤磷转化功能微生物的生长繁殖,对提高磷肥利用率具有重要意义.

一株产高酶活性碱性磷酸酶解淀粉芽孢杆菌的分离及其phoD碱性磷酸酶基因的克隆与表达

【背景】碱性磷酸酶作为工具酶被广泛应用于各个领域,在免疫学检测方面应用较多的是PhoA家族的碱性磷酸酶,尚无关于PhoD家族的碱性磷酸酶在免疫学检测方面的研究。【目的】筛选出一株产高酶活性PhoD家族碱性磷酸酶的细菌,并将其phoD基因进行克隆表达,研究PhoD的酶学性质,为PhoD家族的碱性磷酸酶在免疫学检测方面的应用奠定一定的基础。【方法】采取有机质丰富的土样在有机磷平板中进行细菌分离,以4-硝基苯磷酸二钠盐(4-nitrophenyl phosphate disodium salt hexahydrate,p-NPP)为底物测定有机磷平板中单菌落的酶活性,选取酶活性高的菌株作为目的菌株,克隆其phoD基因。【结果】筛选到一株产碱性磷酸酶酶活性高的菌株S2-4,通过16S rRNA基因序列同源性比较分析,鉴定该菌株为解淀粉芽孢杆菌,克隆了其phoD基因并进行诱导表达。研究了纯化后PhoD的酶学性质,PhoD的最适反应温度为70℃;最适反应pH为9.8;PhoD最适Ca^(2+)浓度为3 mmol/L,Mg^(2+)对PhoD的酶活性有抑制作用,K^(+)、Zn^(2+)、Mn^(2+)和Fe^(2+)对PhoD的酶活性没有明显影响;以p-NPP为底物,在25℃下测得PhoD的Km为5.94 mmol/L,Vmax为31.46μmol/(L·min),k_(cat)值为103.59 s^(−1),为大肠杆菌碱性磷酸酶EAP k_(cat)值的1.60倍。【结论】菌株S2-4能产高酶活性的碱性磷酸酶,其含有的PhoD为单体酶,催化效率高于EAP,是比EAP具有更大优势的标记酶。

攀西地区不同轮作制度对土壤phoD基因群落结构的影响

【目的】通过分析攀西高原不同轮作模式对土壤肥力和phoD基因群落结构的影响,以期深入认识该生境下土壤磷素循环机制,建立合理的轮作制度。【方法】以攀西高原五种不同轮作制度下的休闲期土壤为研究材料,通过化学分析和高通量测序技术对土壤理化性质以及土壤中phoD基因群落结构与多样性进行研究。【结果】不同轮作制度处理下,相较于撂荒处理,土壤有效磷含量显著提高,全氮、碱解氮、有机碳含量显著降低(P<0.05)。土壤中酸性磷酸酶活性(Acid phosphatase,ACP)显著高于碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)和中性磷酸酶(Neutral phosphatase,NP),且在大麦-烤烟轮作制度中最高(13358 U g^(−1))。就phoD基因的shannon多样性指数而言,在大麦-烤烟轮作制度下最高,而在苦荞-烤烟轮作下最低。不同轮作制度下phoD群落结构差异明显,变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)是不同轮作模式的主要门类,慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)为主要优势属。冗余分析显示,有机碳、pH是该生境下驱动phoD基因群落结构变化的重要理化因子。【结论】与撂荒相比,轮作明显改变了土壤肥力和磷酸酶活性,形成了不同的土壤phoD基因群落结构。五种轮作制度中以苦荞-烤烟轮作对phoD基因多样性指数影响最为显著,大麦-烤烟轮作对土壤养分含量和碱性磷酸酶活性影响最大。

不同蓝莓品种根际phoD基因相关土壤解磷细菌群落结构分析

【目的】研究不同品种兔眼蓝莓(Vaccinium ashei Reade,简称RB)对phoD(碱性磷酸酶基因)相关土壤解磷细菌群落组成的影响,阐明解磷细菌对土壤磷素的转化以及植物生长的意义。【方法】通过对12个兔眼蓝莓品种根际土壤中phoD进行高通量测序,分析phoD基因相关土壤解磷细菌群落的多样性及组成,解析根际解磷细菌与蓝莓品种以及土壤理化性质之间的相互作用关系。【结果】在12个兔眼蓝莓品种中,蓝莓‘森土里昂’(‘Centurion’, RB4)品种具有最高的群落多样性;蓝莓根际phoD基因相关土壤解磷细菌群落核心细菌群由α-变形菌纲根瘤菌目、红螺菌目、β-变形菌纲伯克氏菌目、γ-变形菌纲黄单胞菌目、海洋螺菌目、假单胞菌目和放线菌门链霉菌目组成;蓝莓根际phoD基因相关土壤解磷细菌群落可以分为RBⅠ、RBⅡ两组,其中RBⅠ组的α-变形菌纲细菌相对丰度显著高于RBⅡ组;土壤总磷(TP)和phoD基因相关土壤解磷细菌群落组成是速效磷(AP)的主要影响因素。【结论】蓝莓不同品种和土壤性质对根际phoD基因相关解磷细菌群落丰度有显著影响,而群落多样性则与对照无显著差异,这可为进一步阐明酸性土壤条件下植物和根际解磷细菌之间的共生关系提供有效的数据支持。

基于高通量测序的土壤可培养有机解磷菌多样性研究

采用常规细菌培养基(BPM)、无机解磷菌培养基(IPM)和有机解磷菌培养基(OPM)分别对土壤解磷菌进行平板培养,经3次传代富集,获得可培养微生物菌落集合,连同原位土壤,以phoD基因为分子标靶进行高通量测序分析,评价土壤本底和可培养解磷菌多样性差异,及其在不同培养基中的富集规律。结果表明:基于phoD基因的高通量测序结果能够较大程度覆盖土壤本底和菌落富集物中phoD相关解磷菌种群,Goods coverage指数大于98.3%。土壤可培养解磷菌phoD基因的α多样性显著低于原位土壤,其中Shannon和Simpson指数在IPM中最低,而在BPM和OPM中无显著差异;Chao 1指数在不同培养基富集物中均无显著差异,仅为原位土壤的5.3%~8.4%。在微生物属水平对phoD基因序列进行分类注释发现,原位土壤共检测到34属可分类解磷菌,可培养解磷菌的比例约为26.5%~41.2%。原位土壤和不同培养基富集物之间的phoD相关解磷菌共有属仅为6个,多为可培养的优势属,包括Pseudomonas、Bradyrhizobium、Cupriavidus、Sinorhizobium、Xanthomonas和Actinoplanes。进一步通过LEf Se(LDA effect size)差异分析显示,共有属中有4个在不同培养基中存在显著富集差异,Cupriavidus在IPM和OPM中显著富集,而Pseudomonas、Bradyrhizobium和Xanthomonas在BPM和OPM中显著富集。此外,Burkholderia仅在OPM中被检测。最后,在属水平上还存在大量pho D基因序列目前无明确分类,在所测序列中占比为0.13%~59.6%。本研究通过将传统微生物培养技术与高通量测序技术相结合,定量评价了培养基成分对土壤可培养解磷菌pho D基因多样性的影响,揭示了pho D相关解磷菌的可培养特性和生理特点,为发掘和利用土壤解磷菌资源提供了参考。未来亟待培养技术创新,以定向分离和鉴定更多解磷菌,增强对环境解磷资源微生物的全面认识。

磷肥用量对红壤区稻田土壤磷酸酶活性及解磷菌分布的影响

为明确施用磷肥对土壤磷活化的影响及微生物驱动机制,以为红壤区磷肥管理和高效利用提供理论依据,本试验以红壤区稻田土为供试材料,采用室内培养法,施入磷酸二氢钾,设置磷素水平分别为20 (P20)、50 (P50)、80 mg/kg (P80),25℃下培养一周,研究不同磷肥用量对稻田土壤有效磷含量、磷酸酶活性及解磷菌分布的影响。结果表明,土壤磷有效性指数(土壤有效磷增加量占施磷量的百分比)随施磷量的增加而升高。磷素施用量为20、50、80 mg/kg时,土壤有效磷含量分别提升4.53、12.65、25.69 mg/kg,土壤磷有效性指数分别为22.65%、25.30%和32.11%。土壤酸性磷酸酶活性高于中性磷酸酶和碱性磷酸酶,且酸性磷酸酶对磷肥的响应更强烈,P50处理土壤磷酸酶活性最高,其次是P20处理,P80处理最低。phoD高通量测序结果表明,施用磷肥显著降低土壤中含phoD基因解磷菌的α多样性,影响解磷菌的群落组成,P50处理的OTU769(未知类群)相对丰度高达约30%,可能促进了磷酸酶活性及有效磷含量的增加。P80处理的OTU1036和OTU975(假单胞杆菌)总相对丰度约50%,二者可能更多通过分泌有机酸溶解无机磷以增加有效磷含量。较高的磷肥施用量提高了有效磷供给效率,磷酸酶活性的增加可能是中等磷肥用量处理下有效磷增加的重要原因之一,而高磷肥用量处理下假单胞杆菌对无机磷的溶解可能起更重要的作用。

长期增施有机肥对土壤不同组分有机磷含量及微生物丰度的影响

为探究不同施肥模式对土壤不同组分有机磷(Po)含量,细菌、真菌、有机磷转化相关微生物(phoD微生物)丰度和碱性磷酸酶(ALP)活性的影响。以长期施肥定位试验点土壤为试验材料,采用单因素随机区组设计,共选取不施肥(CK)、施氮钾肥(NK)、施氮磷钾肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机无机肥配施(NPKM)5个处理。结果表明:与CK和NK处理相比,M处理土壤有机磷含量显著提高52.3%和47.8%,NPKM处理有机磷含量显著提高34.7%和30.6%。M处理土壤有效磷含量分别为CK和NK处理的34.2和31.0倍,NPKM处理有效磷含量分别为CK和NK处理的25.3和23.0倍。与CK处理比较,M和NPKM处理土壤活性Po、中度活性Po、中稳性Po和高稳性Po含量显著增加。M和NPKM处理土壤细菌、真菌、phoD微生物丰度和ALP活性均显著高于CK、NK和NPK处理。土壤活性Po、中度活性Po、中稳性Po和高稳性Po含量与phoD微生物丰度呈显著正相关(P<0.05);活性Po、中稳性Po和高稳性Po含量与ALP活性呈显著正相关(P<0.05),且不同组分有机磷受phoD微生物丰度和ALP活性的影响程度由大到小依次均为高稳性Po、活性Po、中稳性Po和中度活性Po。土壤增施有机肥增加了土壤有机磷及不同组分有机磷含量,提高了细菌、真菌、phoD微生物丰度和ALP活性。

秸秆促腐菌剂对稻麦轮作土壤养分变化特征的影响

采用大田小区的试验方式,通过分析常规施肥+秸秆还田(CK)和常规施肥+秸秆还田+秸秆促腐菌剂(IT)两个处理土壤团聚体、理化性质和酶活性以及phoD微生物群落结构和多样性,研究稻麦轮作秸秆还田条件下秸秆促腐菌剂配施对土壤养分变化特征及解磷菌微生物多样性的影响。结果表明,促腐菌剂处理秸秆腐解率显著提升42.1%,土壤团聚体水稳定性显著增加,土壤平均重量直径(MWD)显著提升46.7%,大团聚体数量(R0.25)和几何平均直径(GMD)分别增加62.5%和22.2%,但无显著差异。促腐菌处理土壤有机质、速效氮和速效磷含量以及土壤碱性磷酸酶活性分别提高11.8%、59.8%、62.6%和33.8%,但土壤pH、EC以及腐殖酸、全量氮磷钾和速效钾含量等无显著差异。促腐菌处理小麦产量增加不显著,而籽粒全磷含量较CK显著提升28.1%。基于phoD基因的微生物群落对比分析,IT处理显著增加了phoD微生物群落物种数量,同时显著改变phoD微生物群落结构,但两个处理phoD微生物群落多样性指数无显著差异。冗余分析(RDA)结果显示,phoD微生物群落结构与pH、速效氮和MWD均呈显著相关。添加秸秆促腐菌剂有助于改善土壤结构,增加土壤有效磷含量和优化土壤phoD微生物群落结构,从而有效改善农田土壤磷养分的供应效率。

菜田种养结合模式下施肥方式对土壤编码碱性磷酸酶基因微生物群落的影响

为明确菜田种养结合模式下施肥方式对土壤编码碱性磷酸酶基因phoD的微生物群落结构和多样性的影响机制,通过Illumina MiSeq高通量测序手段,系统分析了4种不同施肥方式,即不施肥(CK)、施常规化肥(CF)、施有机肥(OF)、有机无机肥混施(MF)对花菜收获时0−20cm土层土壤理化性质、碱性磷酸酶(ALP)、微生物量磷(MBP)以及phoD微生物群落的影响。结果表明:(1)与CK相比,OF处理可显著提高土壤有机质、总氮、速效磷和Ca含量47.83%、38.46%、104.81%和69.21%(P<0.05);OF和MF处理均显著提高ALP活性;CF和OF分别显著增加MBP含量56.12%和195.16%,OF处理中MBP含量最高(105.40mg·kg^(−1));(2)菜田种养结合模式不同施肥处理中假单胞菌属(Pseudomonas)为优势属,CF和MF较CK显著降低了假单胞菌属相对丰度33.39%和45.52%;施肥降低土壤phoD微生物Chao1指数,MF提高其多样性(Simpson)和均匀度(Simpsoneven);(3)影响phoD微生物群落结构的关键环境因子为MBP、AP、ALP;phoD微生物α多样性指数与土壤性状指标无显著相关性。因此,菜田种养结合模式下,不同施肥处理改变了土壤理化和生物性质,从而驱动了土壤phoD微生物群落组成、结构和多样性变化。

解淀粉芽孢杆菌YP6中碱性磷酸酯酶AP2的生物信息学分析及酶学性质

对解淀粉芽孢杆菌YP6基因组中编码碱性磷酸酯酶(AP2)的基因进行生物信息学分析、异源表达和酶学性质研究。结果表明,该基因长1752 bp,编码583个氨基酸,通过氨基酸序列分析,预测AP2的分子量为66 kDa,等电点为8.62,是一种结构稳定、亲水性高且有信号肽的碱性蛋白;经保守结构域分析和多序列比对,发现AP2具有PhoD超家族,并且含有与其它PhoD酶相同或相似的金属离子结合位点。酶学性质测定结果显示,AP2的最适温度30℃,最适pH 5.5,属于一种新的PhoD酶;在金属离子变化过程中,Mn^(2+)、Ba^(2+)和Co^(2+)始终对AP2有激活作用,Fe2+和Fe3+始终对AP2有抑制作用;不同浓度的EDTA-2Na、L-组氨酸、L-丝氨酸和L-半胱氨酸均能抑制AP2的活性;AP2对底物DPP和pNPP的kcat/Km值分别为1.1×10^(5) L/(mmol·s)和8.8×10^(2) L/(mmol·s)。

不同土地利用方式对土壤磷有效性和溶磷细菌群落结构的影响

为探究不同土地利用方式对土壤磷有效性和溶磷细菌群落的影响,以海南省白沙县龙眼园(LO)和由龙眼园转化的有机茶园(OTP)、传统无机茶园(CTP)土壤为研究对象,利用Illumina高通量测序技术分析土壤phoD功能微生物的群落结构,研究土壤速效磷与phoD功能微生物和酸性磷酸酶的相关性。结果表明:龙眼园转换成无机茶园后,在0~10 cm土层,pH、总氮(TN)、总磷(TP)、速效钾(AK)和有机碳(SOC)含量显著降低。同时,在10~20 cm土层,pH、总氮(TN)、总磷(TP)和有机碳(SOC)含量也显著降低。在0~10 cm土层,土壤速效磷(AP)含量在龙眼转化成有机茶园和无机茶园后分别降低了16%和71%。在10~20 cm土层,有机茶园土壤速效磷(AP)提高了56%,而无机茶园的速效磷(AP)含量降低了65%。相似性分析表明,土地利用方式明显改变了土壤phoD微生物群落结构。但是,土层深度并没有改变phoD微生物群落结构。RDA分析表明,土壤pH、总钾(TK)、速效钾(AK)和硝态氮(NO_(3)^(–)-N)是驱动phoD功能微生物群落结构分异的主要环境因子。土壤速效磷(AP)含量与phoD功能微生物密切相关,其中Betaproteobacteria在调控土壤磷的有效性中发挥重要作用。研究结果表明,龙眼园转化成茶园改变了phoD微生物群落结构,同时降低了有机茶园土壤总磷(TP)和无机茶园土壤有效磷(AP)含量。与无机茶园相比,有机管理可以提高土壤速效磷(AP)含量。