一株玉米秸秆纤维素降解放线菌的筛选、鉴定及酶学特性研究

为解决玉米秸秆固废污染和秸秆资源有效利用问题,采用刚果红染色法(水解圈法)和3,5-二硝基水杨酸(DNS)法从玉米秸秆还田土壤中筛选到一株纤维素降解菌,并对该微生物进行生理生化和分子生物学鉴定,发现该菌株降解纤维素效果较好,经鉴定该菌株为纤维素链霉菌(Streptomyces cellulosae),命名为SJS-15,并对该菌株的酶学特性及纤维素降解能力进行了初步研究。结果表明,菌株SJS-15在发酵培养基中的纤维素酶活(CMC)峰值为30.5 U/mL,最适反应pH为6.0,滤纸酶活(FPA)峰值为25 U/mL,最适反应pH为8.0,两种酶均能在温度20~60℃,pH 4.0~10.0范围内保持较高酶活性。纤维素分解实验表明菌株SJS-15对玉米秸秆和滤纸有分解能力,40 d时对玉米秸秆降解率为35.6%(质量分数,下同),对滤纸降解率为18.6%。扫描电镜结果显示经菌株处理的玉米秸秆较对照有明显降解痕迹。菌株SJS-15具有良好的抗逆性和玉米秸秆纤维素分解能力,可作为玉米秸秆还田和堆肥发酵的高效菌株进行进一步研究。

人参果生育期根际土壤细菌结构对施氮量的响应

【目的】研究不同氮(N)素水平对人参果生育期内根际土壤细菌群落组成和多样性的影响,为人参果合理施肥提供理论依据。【方法】人参果(Solanum muricatum Aiton)田间试验于2020、2021年在甘肃省武威市进行。试验设施N 0、50、100、150 kg/hm^(2)4个处理,记为N0、N50、N100、N150。氮肥等分为5份,每隔30天随滴灌施入一次,共计5次,追肥前1天进行根际土壤样品采集,分析土壤细菌多样性和结构组成。【结果】与N0处理相比,N50处理提高了开花期—成熟期土壤细菌α-多样性,其中Shannon、Chao1和ACE(abundance coverage-based estimator)指数分别平均提高了1.19%、4.46%和4.86%;N100处理土壤细菌α-多样性与N0相近,而N150处理分别降低了3.31%、2.79%和6.20%。人参果根际优势菌群为变形菌门(Proteobacteria,30.80%)、厚壁菌门(Firmicutes,4.77%)、酸杆菌门(Acidobacteriota,5.88%)、蓝藻菌门(Cyanobacteria,1.16%)、泉古菌门(Crenarchaeota,1.24%)、拟杆菌门(Bacteroidota,7.21%)、放线菌门(Actinobacteriota,4.02%)、芽单胞菌门(Gemmatimonadota,4.81%)、粘球菌门(Myxococcota,3.60%)。与N0相比,N50处理提高了开花期—成熟期厚壁菌门、酸杆菌门、泉古菌门、粘球菌门和芽单胞菌门的相对丰度;N100、N150处理的酸杆菌门相对丰度分别降低了2.99%、15.66%。人参果根际核心菌属为假单胞菌属(Pseudomonas)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、德沃斯菌属(Devosia)、RB41、MND1和Haliangium等。与N0处理相比,人参果生育期内N50处理根际假单胞菌属、德沃斯菌属的相对丰度分别增加了8.07%、32.41%,N100有利于MND1菌属的生长繁殖,而N150处理降低了RB41、鞘氨醇单胞菌属、芽孢杆菌属、MND1和Haliangium的相对丰度。【结论】中低施氮水平对人参果根际土壤细菌的多样性无不利影响,还可提高根际假单胞菌属、德沃斯菌属、MND1、Haliangium、鞘氨醇单胞菌属等有益菌属的相对丰度,有利于维护根系生长的健康环境。而高量氮肥会抑制人参果生育中后期根际细菌的多样性和促生菌的生长,因此,种植人参果应将氮肥水平控制在50~100 kg/hm^(2)。

水稻卷叶等位突变体e202的鉴定和基因精细定位

良好的叶片形态是保证作物产量因素之一,一定程度的卷曲能够使水稻叶片保持直立、不下垂,有利于改善群体的受光面积,使其接收更多的光能,提高光合利用率。利用EMS诱变水稻中花11成熟种子,从M_(2)后代中筛选到一个叶片内卷、挺直的突变体,命名为e202。通过表型鉴定,发现e202表现出多种缺陷表型,与野生型中花11相比,不定根数目减少、根长变短,圆锥花序发育异常,小花形态、花药、花粉形态有畸形,育性极显著降低,叶绿素含量显著升高,气孔密度降低。树脂切片观察叶片结构,与对照相比,由于泡状细胞数目的增加和体积的减小,导致叶片的卷曲。同时切片观察花药,e202中仅形成极少数花粉粒,导致育性降低。我们通过图位克隆技术将候选基因定位到第10染色体440 kb的物理区域内,对区间内基因分析和测序发现Os10g0562700(LOC_Os10g41310)基因第4个外显子上,第1935位置缺失了1个碱基G,导致后续氨基酸错乱,蛋白翻译提前终止。综上表明,e202是REL2的一个新等位突变体,本研究为揭示REL2参与水稻叶片卷曲和花的发育等提供了一定的理论基础。

四川省稻田土壤的抗生素抗性基因多样性研究

为了全面明晰四川省稻田土壤中抗生素抗性基因的丰度和多样性,及其与环境因子的相关性,对7个不同地区的稻田土壤采用高通量荧光定量PCR技术,对283种抗生素抗性基因和12种可移动遗传元件遗传标记引物进行检测,揭示抗性基因的污染状况及空间分布规律。结果表明,7个稻田土中共检出166种不同的抗生素抗性基因和9种可移动遗传元件,每个土壤分别检出56~84种抗生素抗性基因。7个稻田土的抗生素抗性基因组成各异,且都存在其独有的抗生素抗性基因。不同稻田土的抗生素抗性基因的相对和绝对丰度均不同,抗生素抗性基因的绝对丰度范围为9.55×10^8~2.83×10^10 copies·g^-1(干质量),相对丰度为0.012±0.006 copies·cell^-1。7个稻田土的抗生素抗性基因和可移动遗传元件的丰度都呈极显著正相关(P<0.01),说明抗生素抗性基因的水平转移可能促进抗生素抗性基因的迁移和富集,加剧了农田土壤的抗生素抗性基因污染。总体相对丰度较高的抗生素抗性基因类型为多重耐药类(49.26%)、大环内脂类-林可酰胺类-链阳性菌素B类(11.30%)和β-内酰胺类(10.87%)。冗余分析表明土壤肥力重要指标总氮与7个稻田土中的抗生素抗性基因多样性极显著相关(P<0.01)。四川不同地区的稻田土抗生素抗性基因分布规律各异,农业耕种活动可能影响土壤抗生素抗性基因的多样性。

几种多环芳烃在不同类型稻田土壤中的降解行为

为揭示我国不同类型稻田土壤中多环芳烃(PAHs)的降解率,采集了8个地区的稻田土壤,分别加入菲、荧蒽和苯并[a]蒽进行室内培养试验,分析不同类型稻田土壤中PAHs降解速率的差异及其与土壤理化性质的关系。结果表明,不同类型稻田土壤中PAHs降解能力由大到小依次为四川石灰性紫色土、黑龙江黑土、重庆中性紫色土、山西褐土、北京潮土、安徽黄褐土、河南潮土和湖南黄壤。不同类型稻田土壤中PAHs降解率在培养7 d时均可达51.5%,28 d后降解率大于80%。土壤中PAHs易降解程度由高到低依次为菲、荧蒽和苯并[a]蒽。除四川石灰性紫色土和重庆中性紫色土外,PAHs能显著增加其他类型土壤中总细菌数量和菲降解过程中的双加氧酶功能基因phnAc数量。冗余分析结果表明,土壤中菲和荧蒽降解速率与土壤中NH_4^+-N和有机质含量呈显著正相关(P<0.05),与pH值和含水量呈负相关。土壤中苯并[a]蒽降解速率与土壤理化性质均无显著相关性(P>0.05)。不同类型稻田土壤中PAHs自然降解速率和留存时间有所差异,可通过在土壤中添加氮肥等营养物质促进PAHs的降解。

不同林分土壤中氨氧化微生物的群落结构和硝化潜势差异及其驱动因子

【目的】探究人为干扰较多的果园和观赏林土壤中氨氧化微生物的群落结构和硝化潜势差异及影响因素,为深入了解不同林分氮循环规律提供参考依据。【方法】以四川省南充市6种林分土壤(凤垭山和西山森林土壤及枇杷园、竹林、梨园、芭蕉园土壤)为研究对象,进行硝化潜势测定,以及基于氨氧化微生物amoA基因的荧光定量PCR和测序分析,并耦合土壤理化性质进行冗余分析。【结果】土壤有机质、总氮和硝态氮(NO3--N)含量及硝化潜势在不同林分土壤中差异显著(P<0.05,下同),土壤硝化潜势在7.01～59.88 mg/(kg·d),以森林土壤的硝化潜势最高,改耕为单一果林和观赏林后硝化潜势显著降低。6种土壤的氨氧化古菌(AOA)丰度(1.88×108～10.8×108copies/g干土)均高于氨氧化细菌(AOB)(2.87×107～27.6×107copies/g干土),AOA/AOB丰度比值为1.25～15.00,且该比值与土壤有机质含量呈显著负相关。相关性分析结果表明,土壤有机质和总氮含量与AOA菌群结构分别呈极显著(P<0.01)和显著相关,而土壤有机质含量与AOB菌群结构呈显著相关。冗余分析结果表明,不同土壤中AOA和AOB群落结构有所差异,6种土壤中的主导AOA菌群隶属于陆地分支Group 1.1b的54d9-like cluster,AOB的主导菌群隶属于Nitrosospira cluster 3。【结论】在土壤理化性质和硝化潜势显著差异的不同林分土壤中,氨氧化微生物群落结构存在明显的分异特征,土壤总氮和有机质为其主导驱动因子。

水稻OsLPL2/PIR基因抗旱耐盐机制研究

干旱威胁着全球农业生产,限制了农业可持续发展的前景。植物叶表皮在生长发育、抵御逆境胁迫、与外界环境进行水分和气体交换中,发挥了至关重要的作用。本研究中,利用水稻(Oryza sativa) less pronounced lobe epidermal cell 2-1 (lpl2-1)和less pronounced lobe epidermal cell 2-2 (lpl2-2)突变体为研究材料,与野生型中花11(Zhonghua 11,ZH11)经干旱胁迫和不同浓度盐处理,发现lpl2-1和lpl2-2对逆境胁迫响应更敏感,复水后统计成活率极显著降低,低于对照1/2。相比ZH11,lpl2-1和lpl2-2株高变矮,根长变短,相同叶序气孔密度、气孔开度均极显著增加,且表皮扁平细胞边缘锯齿状凸出变平滑,嵌套不紧密,导致lpl2-1和lpl2-2比ZH11水分散失更多;离体叶片失水实验也证明了lpl2-1和lpl2-2叶片在等时间内失水更快,失水率更高;且过表达Os LPL2转入lpl2-1中,OE-Os LPL2/lpl2-1转基因阳性植株恢复了lpl2-1平滑表皮及对干旱和盐胁迫的敏感表型。研究结果表明,Os LPL2基因不仅控制水稻表皮细胞形态建成,而且通过调控气孔密度、气孔开度、根生长发育等在响应植物逆境胁迫过程发挥关键作用。本研究为揭示水稻Os LPL2参与干旱胁迫的应答分子调控机制提供了一定的理论基础。