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。

玉米不同生长时期潮土固氮细菌nifH基因的丰度和多样性

为了探究潮土环境下植物生长对土壤固氮细菌群落结构和数量的影响,采集中国北方潮土玉米不同生长时期的根际和非根际土壤,利用荧光定量PCR和末端片段长度多态性分析方法,研究了北方潮土玉米不同生长时期固氮细菌nif H基因丰度和多样性的变化.结果表明,根际土和非根际土固氮细菌nif H基因丰度随玉米生长时期的推进均呈现先升高后降低的趋势,乳熟期最高,根际土的在拔节期最低,而非根际土的在完熟期最低.相关分析结果表明,土壤有机质是驱动土壤固氮细菌nif H基因丰度变化的关键因子,非根际土固氮细菌nif H基因丰度同时受含水量的显著影响.根际土和非根际土固氮细菌优势种群结构在玉米各生长时期均相同,但所占比例有所差异.PCA分析也表明,土壤固氮细菌群落结构受玉米生长时期和土壤采样区域的影响均不显著.玉米不同生长时期土壤固氮细菌nif H基因的Shannon指数变化明显,根际土和非根际土均呈先增高后降低的趋势,根际土的在抽雄期最高,拔节期最低,非根际土的在乳熟期最高,完熟期最低;不同生长时期间的Evenness指数则无显著差异,且根际土和非根际土之间也没有显著差异.RDA分析结果显示,土壤硝态氮含量对固氮微生物群落结构有显著影响.

典型生境中氨氧化古菌和厌氧氨氧化细菌的分布和丰度

运用分子生物学方法研究了某富营养化湖泊污泥（以下简称湖泊污泥）、某长期施肥的稻田土壤（以下简称稻田土壤）和某污水处理厂硝化污泥（以下简称硝化污泥）中氨氧化古菌（AOA）和厌氧氨氧化（ANAMMOX）细菌的分布及丰度。结果表明,湖泊污泥、稻田土壤和硝化污泥中AOA的amoA基因Shannon指数分别为1.64、2.14、0.57,稻田土壤的生物多样性最丰富;但以上3种生境中AOA的amoA基因丰度分别为（1.45±0.13）×10^7、（7.24±0.25）×10^5、（3.46±0.22）×10^5拷贝数/g（以干质量计,下同）,湖泊污泥中最大。湖泊污泥和稻田土壤中的AOA与水/沉积物中的古菌亲缘关系相近,既有来自水/沉积物分支,又有来自土壤/沉积物分支;硝化污泥中的AOA与土壤/沉积物中的古菌亲缘关系相近,全部来自土壤/沉积物分支。湖泊污泥、稻田土壤和硝化污泥中ANAMMOX细菌的16SrRNA基因Shannon指数都较小,生物多样性不丰富,但hzsB基因的丰度分别达到（1.32±0.17）×10^8、（2.88±0.28）×10^8、（7.76±0.25）×10^8拷贝数/g。湖泊污泥、稻田土壤中ANAMMOX细菌的优势种属于Brocadia属;硝化污泥中ANAMMOX细菌的Brocadia和Kuenenia几乎各占一半。

稻草还田对水稻土固氮基因(nifH)组成结构和多样性的影响

以中国科学院桃源农业生态试验站长期定位施肥试验为平台,选取稻草还田(C)、氮磷钾(NPK)、氮磷钾加稻草还田(NPK+C)和不施肥对照(CK)4个处理,在晚稻的分蘖期、孕穗期和成熟期分别采集土样,利用实时定量PCR(Q-PCR)和末端限制性片段多态性(T-RFLP)等分子生物学方法研究长期稻草还田对水稻土含nifH基因固氮微生物群落丰度、组成和多样性的影响.结果表明:与对照相比,稻草还田和单施化肥处理均显著增加nifH基因的丰度(分蘖期除外),NPK+C处理中含nifH基因的微生物数量最高;nifH基因组成也受到长期施肥的影响,其中CK处理nifH基因组成与各施肥处理明显不同,C与NPK处理间nifH基因组成存在一定差异,而NPK与NPK+C处理间无显著差异.长期施肥不会引起含nifH基因微生物群落多样性的显著改变.可见,稻草还田不仅引起nifH基因群落的组成发生变化,而且导致其数量显著增加,因而可增加土壤的固氮能力.

水稻秸秆还田时间对土壤真菌群落结构的影响

为揭示水稻秸秆还田对土壤真菌群落结构的长期影响,采用荧光定量PCR和PCR-DGGE技术分析了秸秆还田90,180,270 d和360 d的土壤真菌基因丰度和群落结构组成演变趋势,并利用冗余分析(RDA)研究土壤真菌群落结构变化与环境因子的关系。结果表明:随着秸秆还田时间的增加,土壤真菌群体数量和多样性指数(H、R和E)显著增加,在360 d时达到最高。对DGGE图谱的特征条带进行胶回收、测序,系统进化分析表明,土壤真菌主要种群包括:接合菌(Zygomycete sp.)、盐腐霉菌(Pythium salinum)、肉盘菌(Uncultured Sarcosomataceae)、牛粪盘菌(Ascobolus stercorarius)、大链壶菌(Lagenidium giganteum)、青霉菌(Penicillium sp.)、曲霉属真菌(Aspergillus sp.)和疏绵状丝孢菌(Thermomyces lanuginosus)、灰绿曲霉菌(Aspergillus glaucus)、禾谷多粘菌(Polymyxa graminis)和枝顶孢霉菌(Acremonium sp.),其中青霉菌(Penicillium sp.)、曲霉属真菌(Aspergillus sp.)和枝顶孢霉菌(Acremonium sp.)具有纤维素降解能力,而枝顶孢霉菌(Acremonium sp.)在90 d时成为新的优势菌群。RDA分析表明,90 d和180 d秸秆还田与对照土壤的真菌群落结构较为类似,270 d和360 d的秸秆还田与对照土壤的真菌群落结构发生了明显变化。土壤有机碳、pH和速效磷是引起土壤真菌群落结构及多样性变异的主要因素。

沼液对狼尾草地土壤微生物群落的影响

为探明沼液浇灌对土壤肥力及微生物的影响,揭示沼液提高土壤肥力的机制,本文采用氯仿熏蒸法、荧光定量PCR(fluorescence quantitative PCR)和PCR-DGGE法研究不同梯度沼液浇灌量(折纯N量200,150,100,50kg N·hm-2)对狼尾草(P.americanum×P.purpureum)地土壤微生物的影响。结果表明,与对照相比,沼液浇灌能显著提高土壤微生物生物量N和C,且沼液浇灌量与微生物量N和C的增量显著相关。沼液浇灌还能显著增加细菌16SrDNA基因和真菌SSU rDNA基因丰度,其中200kg N·hm-2处理含16SrDNA基因和SSU rDNA基因的微生物数量最多,沼液浇灌量与土壤中含16SrDNA基因和SSU rDNA基因的微生物数量呈显著正相关,但显著降低固氮菌nifH的基因丰度。沼液浇灌人工草地对包括细菌、真菌和固氮菌在内的土壤微生物群落多样性无显著影响,可促进含16SrDNA基因和SSU rDNA基因的微生物繁殖,但在一定程度上会抑制含nifH基因的微生物的繁殖,改变土壤含16SrDNA基因、SSU rDNA基因和nifH基因的微生物数量。

沼液对种植狼尾草的山地红壤可溶性有机氮和土壤微生物特征的影响

通过沼液浇灌人工草地定位试验，研究浇灌不同浓度梯度沼液下土壤可溶性无机氮、可溶性有机氮、可溶性有机碳、微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）、细菌16SrDNA基因、真菌SSUrDNA基因、固氮菌nifH基因丰度及细菌、真菌、固氮菌群落多样性的变化。结果表明，人工草地土壤可溶性氮以有机氮为主，占可溶性总氮含量的77．87％～88．88％，沼液浇灌使人工草地土壤可溶性有机氮含量呈增加趋势，但这种变化未达到显著水平；沼液浇灌能显著提高SMBN、SMBC和MQ，还能显著增加细菌16SrDNA基因和真菌SSUrDNA基因的丰度，降低固氮菌nifH基因的丰度，但对细菌、真菌和固氮菌多样性无显著影响，表明沼液短期浇灌可促进土壤微生物的繁殖，但对微生物群落构成无显著影响；沼液与SMBC、细菌16SrDNA基因丰度、真菌sSUrDNA基因丰度之间显著正相关，sON与土壤真菌SSUrDNA基因丰度显著正相关，与固氮菌nifH基因丰度显著负相关（p〈0．05）。

土壤微生物敏感菌及信号调节途径对邻苯二甲酸二甲酯的响应

邻苯二甲酸二甲酯(Dimethyl phthalate,DMP)是一类具有生物毒性的有机化合物,已被中国环境监测中心和美国环保署列为优先控制污染物之一。土壤微生物对土壤环境变化能够作出精准且快速的反应,并能预测土壤的污染状况。因此,研究土壤微生物对邻苯二甲酸二甲酯污染的响应显得十分必要。试验通过土壤微生物宏基因组测序,探讨了DMP污染对土壤微生物敏感菌的丰度、多样性及信号调节途径的影响。首先,用DMP处理未污染土壤,使DMP终浓度为0、5、10、20、40 mg·kg^(-1),然后,暗培养20 d,进行土壤宏基因组测序。结果发现与芳香族化合物降解相关的菌种的相对丰度受到DMP污染促进,而其余在土壤中占比例较大且变化较显著的菌种的相对丰度受到DMP的抑制,且抑制效应与污染物浓度呈正相关;DMP污染导致土壤微生物群落Simpon和Shannon多样性降低;土壤微生物的ABC转运系统、双组分系统(TCS)和磷酸转移酶系统(PTS)总基因丰度及相关酶的基因丰度均受DMP污染的促进。研究表明DMP污染改变了土壤微生物敏感菌种的丰度,干扰土壤微生物基因表达调控系统,进而有可能引起土壤生态系统失衡,影响土壤健康。阐述DMP对土壤微生物的生态毒理效应对优化环境生态系统服务功能、改善环境质量具有科学意义和实际价值。

纳米氧化锌和菲对长江口附近海域沉积物反硝化作用及功能菌群落结构的影响

本研究在长江口附近海域采集表层沉积物,采用实验室模拟培养与分子生物学手段相结合的方法,通过测定纳米氧化锌(ZnO NPs)和菲(Phe)胁迫下沉积物中NO^(-)_(3)-N和NO^(-)_(2)-N浓度和反硝化还原酶活性及反硝化细菌基因丰度和群落多样性变化,目的是比较研究ZnO NPs和Phe对河口区沉积物反硝化作用及功能菌群落结构的影响,并探讨其作用过程和可能的作用机制。结果表明:ZnO NPs和Phe对沉积物硝酸盐还原能力和亚硝酸还原能力均产生抑制作用,浓度越高,抑制作用越强,其中亚硝酸盐还原过程受到2种污染物抑制更强烈,加重了沉积物亚硝酸盐的累积。ZnO NPs对沉积物硝酸盐还原能力、硝酸还原酶活性、narG基因丰度的抑制程度大于Phe,Phe对沉积物亚硝酸盐还原能力、亚硝酸还原酶和nirS基因丰度的抑制程度大于ZnO NPs,表明对反硝化还原酶和反硝化功能基因的抑制是外源污染物胁迫影响反硝化过程的主要机制。ZnO NPs和Phe降低了沉积物反硝化菌群落多样性水平,增加沉积物中Halomonas的优势度,降低了Bacillus的优势度,但Phe对沉积物群落多样性和组成的影响更加明显,说明Phe对长江口海区的生态影响大于ZnO-NPs。

培养条件下双酚A对稻田土壤微生物群落特征的影响

双酚A(bisphenol A,BPA)作为人工合成的典型环境激素分布极为广泛,然而不同浓度和土壤通气条件下BPA对土壤微生物群落(细菌、真菌)特征的影响鲜见报道.本文采用荧光定量PCR(fluorescence quantitative PCR)技术、聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)相结合的方法研究不同BPA浓度(0、0.25、0.50、1.00、2.00 mg·kg-1)和土壤通气条件(有氧和厌氧)对稻田土壤微生物群落特征的影响。结果表明,土壤通气条件一致情况下(有氧条件或者厌氧条件下),不同BPA浓度添加下微生物丰度指数差异显著,而微生物均匀度指数、香农维纳多样性指数及丰富度指数差异不显著;BPA浓度为0.50 mg·kg-1时,微生物基因丰度在厌氧条件下达到最大值,而在有氧条件下微生物基因丰度却达到最小值;双因素方差分析表明:BPA浓度、土壤通气条件及其交互作用对细菌基因丰度影响差异显著,而只有土壤通气条件对真菌基因丰度影响差异显著.结果表明相对于微生物多样性指数,丰度指数能更加灵敏地指示土壤微生物多样性的变化,BPA浓度为0.50 mg·kg-1时是影响土壤微生物基因丰度变化的一个临界值,相对于真菌基因丰度指数而言,细菌基因丰度指数对BPA添加浓度及土壤通气条件响应更加灵敏.