三种农田土壤中氨氧化细菌amoA基因多样性比较分析

比较分析中国东部不同季风气候区中海伦黑土(HL)、封丘潮土(FQ)和鹰潭红壤(YT)3种土壤氨氧化细菌amoA基因多样性。采用非培养方法直接从土壤中提取微生物总DNA,用氨氧化细菌amoA基因特异引物扩增总DNA,构建了3种土壤amoA基因文库,并对文库进行限制性长度多态性(RFLP)分析。HL、FQ和YT的amoA基因文库克隆数量分别为49、50和48个,相应的RFLP类型数为10、10和14个OTUs,其中有4个OTUs为三种土壤共有;YT中氨氧化细菌amoA基因多样性指数最高,FQ最低;HL和FQ群落的相似为70%,HL与YT的相似度为50%,而FQ和YT之间仅为42%,说明氨氧化细菌具有地理分布的规律:17个amoA基因序列可以被聚成6个cluster,分属Nitrosospira和Nitrosomonas两个属。三种农田土壤中均存在丰富的氨氧化细菌,表明氨氧化细菌在农田土壤氮素循环中具有重要作用。

环境样品中亚硝酸细菌amoA基因的克隆与测序

对从环境样品中分离的亚硝酸细菌(Ammonia oxidizingbacteria)amoA基因进行克隆与测序,为构建基因工程菌打下基础。采用亚硝酸细菌选择性培养基,从4个不同的畜牧养殖污水处理厂采集的样品(分别编号为1,2,3,4)在室温下富集培养2个月后,采取酚氯仿抽提的方法提取DNA。根据已报道的亚硝化单胞菌(Nitrosomonassp.)amoA基因序列,设计引物AMOB AMOE,并在AMOB,AMOE的5′-端分别加上了BamHⅠ和HindⅢ的限制性酶切位点,以利于进一步酶切和克隆。用AMOB AMOE对4种样品的DNA进行PCR扩增,PCR产物进行琼脂糖凝胶电泳分析。结果表明,4种样品中1号和3号样品扩增得到预期长度的DNA片段,2号和4号样品扩增没有得到预期片段。回收纯化PCR产物与pGEM-T载体连接,构建amoA基因测序载体,并转化E.coliM15。测序结果提交GenBank进行Blast分析。结果显示,扩增得到的DNA片段均与Nitrosomonassp.GH22的amoA基因有99 7%的同源性,可从环境中分离的亚硝酸细菌中克隆出amoA基因。

古菌氨氧化与amoA基因的扩增

氨氧化过程是由变形菌纲中的一小部分细菌类群所进行的专性好氧的化能自养过程,氨氧化细菌(AOB)是硝化反应中负责将NH4+转化为NO2-的一类无机自养微生物,氨氧化古菌(AOA)是独立于AOB进化枝之外的能进行氨氧化作用的古菌。介绍了AOA古菌的发现过程及其氨氧化作用,提取、纯化了amoA基因并利用amoA基因的特征,对它进行扩增,证实了AOA古菌的存在,并为后续研究提供了依据。

沉积物中氨氧化细菌amoA基因荧光定量PCR检测方法的改进

聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)较容易受到某些抑制成分的影响,尤其是在对复杂环境样品进行的荧光定量PCR反应中,定量结果的准确性更易受到影响。为减轻这种抑制作用,以采自长江口邻近海域沉积物的DNA为研究对象,采用稀释模板法和添加BSA法对荧光定量PCR反应进行了优化。结果表明2种方法都有减轻抑制的作用,但若考虑方法的准确性和检测的便捷性,则以添加BSA的方法更为优越,最适添加浓度为0.1～0.5μg/μL。这一检测方法的改进,为研究沉积物中微生物在硝化过程中的重要作用提供了可靠的技术途径。

枣树棉花间作与单作土壤氨氧化细菌amoA基因多样性的比较与分析

以编码氨单加氧酶基因amoA作为氨氧化细菌的功能基因标志物,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和扩增产物序列分析方法,研究南疆枣树与棉花间作和单作不同栽培模式下土壤氨氧化细菌群落结构和多样性差异以及与土壤理化因子的相关性。结果表明,枣树与棉花间作改变了土壤氨氧化细菌群落结构组成,与纯枣林、单作棉田差异显著,相似性低于60%。间作复合系统内冠下区、近冠区及不同层次的土壤中氨氧化细菌群落结构具有水平和垂直方向的空间变异性。系统发育分析表明,枣树与棉花间作、纯枣林和单作棉田土壤中氨氧化细菌均隶属于β-变形菌纲(β-Proteobacteria)的亚硝化螺菌属(Nitrosospira)和不可培养的氨氧化细菌,以Nitrosospiracluster 3a为优势菌。间作土壤中还有cluster 3b、cluster 1和cluster 4,群落组成较单作丰富。典范对应分析结果显示,有机碳(TOC)、全磷(TP)、速效磷(RP)和硝态氮(NO3-N)含量对不同种植模式下氨氧化细菌的种群结构影响显著(P<0.05)。枣树与棉花间作显著提高了土壤氨氧化细菌的多样性,Shannon指数、均匀度指数和丰富度均高于纯枣林和单作棉田。土壤全磷、铵态氮、硝态氮、pH值和土壤含水量是显著影响多样性指数的关键理化因子(P<0.05)。

硝化池中氨氧化细菌amoA基因的检测及其多样性研究

为了分析污水处理系统中氨氧化细菌的种群组成 ,筛选合成了一对对氨氧化细菌氨单加氧酶基因 (amo A )特异结合的引物序列 ,利用 PCR技术对从活性污泥中抽提的细菌总 DNA进行扩增 ,得到不同重组子的 amo A序列片段 .运用 BL AST程序将测序结果与基因库中的公开序列进行比较 ,发现在该污水处理系统中分布有大量亚硝化单胞菌属 (N itrosomonas)细菌 ,其中最主要的是欧洲亚硝化单胞菌 (N itrosomonas europaea) ,由此推测N

云南热泉中氨氧化古菌的accA基因与amoA基因丰度与环境因子NO_2^-和NO_3^-的相关性

【目的】氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)可能通过近期刚发现的3-羟基丙酸盐/4-羟基丁酸盐途径(3-hydroxypropionate/4-hydroxybutyrate cycle,HP/HB)来固定CO2,在海洋和土壤环境下进行化能自养型生长。云南热泉系统已被证明具有丰富的AOA多样性。本论文旨在调查云南不同热泉中,这种CO2固定途径的关健酶——乙酰辅酶A羧化酶基因acc A和古菌氨单加氧酶基因amo A,及原核微生物16S rRNA基因的丰度变化,以及它们与环境因子的相关性。【方法】选择20处代表性热泉沉积物样品,通过荧光定量PCR技术,获得各目的基因丰度;利用R软件包对各样点地化参数进行主成分分析(Principal Component Analysis,PCA),并通过Mantel test检验各目的基因和地化参数间的相关性。【结果】细菌和古菌16S rRNA基因的丰度范围分别在6.6×107至4.19×1011和1.27×106至1.51×1011拷贝/g沉积物;古菌acc A和amo A基因的丰度范围为8.89×103至6.49×105和7.64×103至4.36×105拷贝/g沉积物,Mantel test结果显示acc A和amo A基因丰度间具有极显著的相关性(R=0.98,P<0.001),两者又分别都与热泉内的NO2-和NO3-浓度存在显著相关,与p H值等其它环境因子没有明显统计学意义上的相关性。【结论】云南地区热泉间的细菌和古菌丰度,以及两者比例关系都存在较大差异;相关性的统计结果进一步证明了热泉环境下的氨氧化古菌是通过HP/HB途径进行CO2固定;本次研究并未发现氨氧化古菌的丰度与环境p H存在明显统计学意义上的相关性,这与常温土壤环境的相关研究结果存在不同。

西藏米拉山土壤古菌16S rRNA及amoA基因多样性分析

【目的】本研究旨在了解西藏米拉山高寒草甸土壤中古菌及氨氧化古菌群落结构组成情况。【方法】采用未培养技术直接从土壤中提取微生物总DNA,分别利用通用引物构建古菌16SrRNA基因和氨氧化古菌amoA基因克隆文库。利用DOTUR软件将古菌和氨氧化古菌序列按照相似性97%的标准分成若干个可操作分类单元(OTUs)。【结果】通过构建系统发育树,表明古菌16SrRNA基因克隆文库包括泉古菌门和未分类的古菌两大类,并且所有泉古菌均属于热变形菌纲。氨氧化古菌amoA基因克隆文库中序列均为泉古菌。古菌16SrRNA基因和古菌amoA基因克隆文库分别包括64个OTUs和75个OTUs。【结论】西藏米拉山高寒草甸土壤中古菌多样性比较丰富,表明古菌在高寒草甸土壤的氮循环中可能具有重要的作用。

基于amoA基因扩增子高通量测序的氨氧化古菌多样性分析方法

【背景】对于环境样品中氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)多样性的研究,利用amoA功能基因作为分子标记会比16SrRNA基因有更强的特异性和更高的分辨率,能更准确地反映环境样品中氨氧化古菌的种群结构和分布特征。然而,目前对amoA基因扩增子高通量测序的分析存在两大限制因素:一是缺乏相应的amoA基因参考数据库;二是AOA amoA基因在种水平上的相似性阈值未知,分析过程中没有明确的划分种水平操作分类单元(Operational taxonomic unit,OTU)的阈值。【目的】构建基于amoA功能基因序列分析氨氧化古菌多样性的方法,为基于高通量测序的功能微生物多样性分析提供参考。【方法】基于目前已通过分离纯化或富集培养获得的34株氨氧化古菌及功能基因数据库中收录的环境样品amoA基因序列,构建氨氧化古菌amoA基因参考数据库。通过菌株间两两比对获得的amoA基因相似度与16SrRNA基因相似度的相关性分析,确定amoA基因在种水平上的相似性阈值。基于MOTHUR软件平台,利用建立的参考数据库和确定的阈值对南海一个垂直水体剖面样品的amoA基因序列进行多样性分析。【结果】构建了含有26 091条序列信息的古菌amoA基因参考数据库,确定了89%作为分析过程中古菌amoA基因划分种水平OTU的阈值,对南海水体样品氨氧化古菌的多样性分析结果很好地显示了南海不同深度水层水体中氨氧化古菌的种群结构和系统发育关系,有效揭示了南海氨氧化古菌的垂直分布差异。【结论】建立了基于amoA基因高通量测序的氨氧化古菌多样性分析方法,此方法可以有效分析环境样品中氨氧化古菌的多样性。

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。

土壤氨氧化古菌适应酸性胁迫的ATP酶基因分子进化研究

氨氧化古菌(Ammonia-oxidizingarchaea,AOA)被认为是酸性土壤硝化过程的主要微生物类群,但AOA如何适应酸性胁迫并发挥作用一直是研究难点,而ATP酶(ATPase)是能量代谢的关键,其编码基因可能在AOA适应酸性胁迫过程中发生了趋同性演化。据此,本研究针对5个不同种植年限的马尾松人工林酸性土壤(15 a、24 a、45 a、55 a、63 a),通过深度宏基因组测序获得7360亿碱基对,重构AOA氨单加氧酶amo A基因和ATP酶A亚基(ATPase subunit A)基因的系统发育进化谱系,研究AOA适酸的分子机制。结果表明:根据经典的amo A基因系统发育进化分类,所有5个森林土壤中优势AOA主要包括Nitrososphaerales和Ca.Nitrosotaleales两大类群,但Nitrososphaerales类群与中碱性土壤中的AOA古菌亲缘关系更近,与嗜酸的Ca.Nitrosotaleales类群亲缘关系较远,表明amo A基因的系统进化关系不能解释Nitrososphaerales在酸性土壤中的成功定殖。然而,基于ATPase subunit A基因的系统进化分析则发现,所有酸性森林土壤中嗜酸/耐酸氨氧化古菌均含有亲缘关系较近的V-ATPasesubunitA基因,表明氨氧化古菌可能通过基因水平转移获得V-ATPase基因适应酸性胁迫环境,较好地解释了氨氧化古菌适应酸性胁迫的生境扩展规律。随林龄的增加,Ca.Nitrosotaleales类群丰度先减少后增加,而Nitrososphaerales类群丰度先增加后减少,速效钾是显著影响AOA群落结构的重要环境因子。这些结果表明,不同种植年限下酸性人工林土壤中氨氧化古菌种群发生了明显的分化,V-ATPase基因水平转移可能是氨氧化古菌适应酸性胁迫的重要机制。

基于宏基因组学的酸性森林土壤氨氧化微生物群落特征研究

全球30%以上陆地面积是酸性土壤(pH<5.5),而酸性土壤中氨氧化微生物群落特征研究是破译其硝化过程微生物学机理的基础。尤其随着完全硝化微生物(Complete ammonia oxidizer,comammox)的发现,亟需重新认知酸性土壤中氨氧化微生物类群。以酸性马尾松林为研究对象,综合利用荧光定量PCR(qPCR)、凝胶电泳半定量和宏基因组测序等技术研究土壤中氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和Comammox的相对丰度以及群落组成特征。研究发现AOA和AOB amoA基因丰度分别为2.61×10^(6) copies·g^(-1)和1.45×10^(6)copies·g^(-1);而comammoxamoA基因qPCR结果存在显著的非特异性扩增,导致其丰度被高估,而经凝胶电泳半定量矫正后,约为(1.38~1.47)×10^(6)copies·g^(-1),该结果和土壤宏基因测序揭示的comammox相对丰度基本吻合。此外,宏基因组分析发现经典嗜酸group1.1a-associated仅占AOA总类群的12%,而group1.1b则占88%,尽管目前仍未有嗜酸group 1.1b AOA纯菌株的报道。AOB主要类群为Nitrosospira(约64%),而Nitrosomonas约占36%。Comammox主要类群为clade B(约64%),而clade A仅占36%且均隶属于clade A.1亚枝,这暗示clade B与已报道的嗜中性comammox clade A纯菌株有极大的生理代谢差异。总之,本研究提供了综合利用qPCR、半定量和宏基因组分析土壤氨氧化微生物群落的策略,并建议优化comammox的qPCR引物,同时本研究系统分析了酸性马尾松林土壤中氨氧化微生物的相对丰度和群落组成特征。

转基因水稻秸秆还田对土壤硝化反硝化微生物群落的影响

转基因作物可能通过根系分泌物和植株残体组成的改变及外源基因的转移释放令土壤微生物群落产生变化,影响土壤微生物的生态功能。氨氧化细菌和反硝化细菌是驱动土壤硝化和反硝化过程的关键微生物,其群落结构的变化直接关系土壤氮素的转化与利用。本研究利用荧光定量PCR和PCR-DGGE技术分析了转cry1Ac/cpti双价抗虫基因水稻‘Kf8’秸秆还田降解过程中,土壤氨氧化细菌和反硝化细菌群落丰度与组成的变化,探讨转基因水稻是否存在影响稻田土壤氮素转化与N2O排放的可能。结果显示:无论是氨氧化细菌amo A基因还是反硝化细菌nirS基因,其丰度在转基因水稻‘Kf8’与非转基因水稻‘Mh86’的秸秆还田土壤中都没有显著差异;转基因水稻‘Kf8’和非转基因水稻‘Mh86’秸秆还田降解过程中0~10 cm土层中的amo A基因丰度均显著高于10~20 cm及20~30 cm土层(P<0.05);各深度土层中的nirS基因丰度均存在随秸秆还田时间延长而增加的趋势。水稻秸秆还田降解过程中,转基因水稻‘Kf8’的土壤氨氧化细菌和反硝化细菌的群落多样性指数及组成,均与非转基因水稻‘Mh86’没有显著差异。相关分析结果表明土壤氨氧化细菌和反硝化细菌群落组成均与水稻秸秆还田时间存在显著相关性(P=0.002),反硝化细菌群落组成还与土层深度显著相关(P=0.024)。本研究表明转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻秸秆还田对稻田土壤硝化和反硝化关键微生物群落不会产生明显影响。就土壤微生物群落而言,转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻秸秆还田不存在影响土壤氮素转化与N2O排放的可能。

人工湿地(SEEP)中重要微生物基因的分布

该论文旨在调查人工湿地SEEP的生态效益和影响。SEEP是与蓄水池相关的雨水生态建设项目的简称。该蓄水池具有不可否认的价值,但是却长期被人们忽视。经过集中调查研究之后,发现这和整个环境具有联系。例如,(1)产生数吨温室气体。(2)处理受污染的水源,例如从水中清除N和P资源。(3)关于碳、氮和硫循环的其他生态有利影响。因此,非常值得探索其功能并建立对湿地功能非常重要的基因分布基准线。该文通过使用DNA提取和PCR技术对SEEP中每个区划的不同基因种类(例如,dsr B、mcr A、nir K、nir S和amo A基因)进行了研究并将在此进行报告。

土地利用类型对土壤氨氧化微生物丰度和群落结构的影响

氨氧化是硝化作用的限速步骤,在土壤氮素循环中起着重要作用。目前关于土地利用驱动的土壤理化性质变化对氨氧化微生物影响的相关研究较为匮乏。本试验选取林地、农田和设施蔬菜地3种利用方式土壤,基于荧光定量PCR和Illumina Miseq高通量测序技术,研究了不同土地利用类型土壤中氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)的丰度和群落结构。结果表明:林地AOA丰度显著高于农田和设施蔬菜地,农田AOB丰度显著高于设施蔬菜地和林地,林地AOB丰度最低。农田土壤AOA和AOB的Shannon指数均最高,设施蔬菜地AOA的Shannon指数最低。设施蔬菜地AOA的ACE指数和Chao1指数显著低于林地和农田。林地和农田AOA的主要优势类群是泉古菌门,奇古菌门在设施蔬菜地中为主要优势类群。AOB的变形菌门在林地和农田中为主要优势类群,在设施蔬菜地中仅占23.10%。土壤pH值、全氮和铵态氮含量显著影响AOA的群落结构,土壤pH值和有机碳含量是导致AOB群落结构变化的主要影响因素。以上结果表明,不同干扰程度的土地利用类型,通过影响土壤的理化性质改变AOA和AOB的群落分布。

生物炭配施硝化抑制剂降低稻田土壤NH_(3)和N_(2)O排放的微生物机制

【目的】研究生物炭和硝化抑制剂对稻田土壤主要活性氮气体(NH_(3)和N_(2)O)排放的影响及机制,以提升施用生物炭与硝化抑制剂的减排效果。【方法】采集浙江典型水稻土进行盆栽试验。试验设置5个处理:不施氮肥(N0)、仅施尿素(Urea)、尿素配施硝化抑制剂(DMPP)、尿素配施生物炭(BC)、尿素配施硝化抑制剂和生物炭(BCDM)。从水稻插秧后开始,利用密闭箱−气相色谱法和Drage-Tube法分别监测土壤N_(2)O及NH_(3)排放,在基肥、分蘖肥和穗肥后,取田面水和渗漏水样,测定无机氮浓度。在水稻收获后,采集鲜土提取土壤微生物DNA,利用qPCR技术分析测定氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)的amoA以及氧化亚氮还原酶nosZ的基因拷贝数。【结果】施基肥后,各处理没有显著提升田面水中的NH_(4)^(+)-N浓度;追施分蘖肥和穗肥后,BC和DMPP处理显著提升田面水NH_(4)^(+)-N浓度,最高达35.4 mg/L;BCDM及DMPP处理分别降低田面水NO_(3)^(−)-N浓度达80.0%及56.9%。与Urea处理相比,BC和DMPP单施或配施均显著降低田面水累计氮损失量,降幅最大为95.6%(BCDM)。Urea处理20和40 cm深度土层的累积渗漏氮损失量为N 3.67 kg/hm^(2),BC、BCDM及DMPP处理分别降低了累积渗漏氮损失量16.5%、27.9%及37.4%。与Urea处理相比,BC、DMPP和BCDM处理分别显著降低N_(2)O累积排放量约31.5%、64.0%和57.6%;施加DMPP使氨累积排放量显著增加了10.5%,而BC与DMPP配施或BC单独施用降低了氨累积排放,降幅分别为25.2%和21.6%。水稻生育期内,BC、BCDM、DMPP、N0和Urea处理由氨排放带来的N_(2)O间接排放对N_(2)O总排放的贡献率分别为83.9%、90.2%、90.5%、52.9%和82.0%。qPCR结果显示,与Urea处理相比,BC、DMPP和BCDM处理土壤AOA的amoA基因拷贝数较Urea处理增加48.0%~73.4%,AOB的基因拷贝数降低了62.7%~195.6%(P<0.05)。DMPP和BCDM处理nosZ基因拷贝数较Urea处理分别增加了3.7%和14.8%。【结论】生物炭和DMPP与尿素同时基施可显著降低土壤amoA-AOB基因拷贝数,减缓土壤铵离子的硝化过程,从而降低NO_(3)^(−)-N浓度,减少稻田田面水、渗漏水中的无机氮浓度;增加N_(2)O还原酶nosZ基因拷贝数,促进N_(2)O还原能力,降低N_(2)O(N_(2)O直接排放和NH_(3)带来的间接排放)总排放量32.2%,是同时有效减少N_(2)O排放和氨挥发的有效措施。

植物促生菌对设施土壤氮循环细菌群落及小白菜生长的影响

为研究植物促生菌S3-1菌株对设施土壤氮循环微生物数量、群落结构及小白菜生长的影响,比较了不同处理土壤中氨化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌及好氧性固氮菌的数量,并采用高通量测序分析amo A基因的多样性,同时对小白菜抗坏血酸、硝酸盐含量等指标进行测定。结果表明:菌悬液处理组(SBS)的小白菜叶片长度、可溶性糖和抗坏血酸含量比对照组(CK)分别提高23.14%、29.92%和32.04%,发酵液处理组(SFL)和菌体处理组(SC)小白菜的硝酸盐含量极显著低于LB处理组(P<0.01)。SBS组土壤的氨化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌与好氧性固氮菌的数量较CK和N处理组均有显著提高,其中亚硝化细菌和反硝化细菌数量增加更为显著,且两者之间的数量变化呈显著正相关。高通量测序结果显示:SFL处理组和SC处理组土壤中氨氧化细菌的丰富度指数均显著高于LB处理组;优势群落分析显示:SFL处理组丰度增加的主要是亚硝化螺菌属(Nitrosospira)细菌,而SC处理组丰度增加的主要是亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)细菌;独有种群分析显示:SFL处理组独有的OTUs数量显著高于SC处理组和LB处理组。以上研究表明:S3-1菌株对设施蔬菜营养物质的积累有促进作用,其菌体和发酵液短期内均可抑制蔬菜硝酸盐的积累,同时提高土壤中氮循环关键微生物的数量,对氨氧化细菌群落结构产生了显著影响,有利于提升设施土壤质量及蔬菜品质。

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.

硝化抑制剂对蔬菜土硝化和反硝化细菌的影响

土壤N素循环主要是微生物驱动的转化过程,然而对其的驱动与调控机理了解还很不够。选取长沙黄兴镇蔬菜基地两种蔬菜土研究硝化抑制剂(DCD)对N素转化过程及功能微生物的影响。试验通过室内土壤培养,处理为单施尿素(CK)和尿素与硝化抑制剂双氰胺配合施用(DCD),重复3次。在培养过程中系统监测了土壤中NH+4-N、NO-3-N含量变化,同时采用荧光定量PCR(real-time PCR)方法研究硝化抑制剂对土壤中氮素转化功能基因丰度的影响。结果表明:在培养过程中DCD处理使两个供试土壤的NH+4浓度稳定在较高水平,而NO-3浓度则明显低于对照;施用DCD导致土壤中硝化基因amoA丰度显著减少,而对16S rRNA和反硝化基因nirK丰度没有产生明显影响。因此,DCD在菜地土壤中主要通过抑制氨氧化细菌的繁衍来抑制硝化作用。

pH对酸性紫色土中硝化作用与硝化微生物的影响

硝化作用是对pH高度敏感的典型生物学过程.本实验以重庆市永川区pH=3.8的紫色土为研究对象,pH=6.5紫色土为对照,通过室内培养实验研究了土壤硝化动力学过程,并采用荧光实时定量PCR技术对土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)定量.结果显示:pH=3.8的紫色土净硝化速率为0.56mg/(kg·d)(全文均以N质量分数计),而pH=6.5紫色土的净硝化速率是pH=3.8紫色土的12.8倍,为7.14mg/(kg·d).研究同时发现不同pH的紫色土均符合一级动力学方程,动力学拟合参数表明pH高的紫色土具有更高的潜在硝化速率.硝化反应底物NH_3质量分数随土壤pH增加呈数量级增加,经计算pH=6.5紫色土中NH_3质量分数为1.08×10^(-1) mg/kg,是pH=3.8紫色土(2.46×10^(-4) mg/kg)的439倍.土壤中AOB,AOA丰度测定显示,pH=3.8紫色土中AOB,AOA的氨单加氧酶(amoA)基因拷贝数分别为3.23×10~6,7.17×10~6/g干土,而pH=6.5的紫色土中AOB,AOA的amoA基因拷贝数分别为3.58×10~7,1.67×10~8/g干土.虽然结果显示pH=6.5的紫色土中氨氧化微生物丰度明显高于pH=3.8的紫色土,但pH=3.8的紫色土中氨氧化微生物仍有较高的硝化潜力.结论认为,pH主要通过影响硝化底物NH_3质量分数而直接影响紫色土的硝化强度.