Biolog-ECO解析黄瓜连作营养基质中微生物群落结构多样性特征

【目的】营养基质栽培作为一种有效缓解土壤连作障碍的栽培方式而被广泛应用,但随着栽培年限增加,也会表现出连作障碍现象。目前针对营养基质连作障碍产生机理的研究相对较少,生产上主要采用更换营养基质的方式维持生产力,造成大量的资源浪费。本研究从微生物群落功能多样性方面探索营养基质连作障碍产生机理,为找到合理修复营养基质的方法奠定基础。【方法】以日光温室黄瓜槽式连作栽培的营养基质（稻草+土壤+膨化鸡粪）为试材,采用Biolog-ECO方法计算Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数、McIntosh指数及丰富度指数,进而揭示微生物群落结构多样性,采用主成分分析法探索不同连作茬次营养基质中微生物群落结构变化的特征与规律。【结果】黄瓜平均单株产量随着连作茬次的增加在连作第5茬达到最高值,连作11茬显著低于第1茬水平。营养基质pH随着黄瓜连作茬次的增加逐渐降低,连作13茬时显著低于其他茬次。有机碳、速效氮、磷、钾含量均在连作第5茬的营养基质中含量达到最高值;连作第11茬时,速效氮及速效钾含量显著低于第1茬;有机碳和速效磷含量则在连作第13茬显著低于第1茬。微生物群落碳代谢主成分分析结果显示连作7茬以后营养基质中微生物碳源利用情况与之前各茬次间差异显著。微生物群落多样性指数结果表明,香农指数、McIntosh指数及丰富度指数均在连作第5茬达到最大值,香农指数和丰富度指数在第11茬开始显著低于第1茬,McIntosh指数在第13茬显著低于1茬。同时,随着连作茬次的增加,营养基质中微生物对单一碳源L-精氨酸、D-半乳糖内酯、吐温40、吐温80、丙酮酸甲脂、甲基D葡萄糖苷、N-乙酰基-D-葡萄胺的代谢活性明显降低;而对L-天冬酰胺酸、2-羟基苯甲酸、4-羟基苯甲酸、腐胺、D-甘露醇的代谢活性明显提高。【结论】采用营养基质栽培黄瓜,连作第5茬黄瓜产量显著高于其他茬次,微生物碳代谢能力、微生物多样性各项指标及对单一碳源的高利用碳源数均在各茬次中最高;在连作第11茬后微生物碳代谢能力显著下降,微生物多样性水平显著降低,微生物对羧酸类碳源利用率明显提高,说明偏好羧酸类碳源微生物种群得到富集,微生物群落结构发生单一化现象。     

海南岛海防林替代树种的筛选——基于土壤微生物群落功能多样性方法

运用Biolog-ECO技术,以万宁沿海3个地区8种优势植物群落为研究对象,研究了不同植被类型、不同土层土壤微生物群落碳源代谢的多样性.结果表明:(1)土壤微生物对单一碳源的利用强度随培养时间的增加呈递增趋势,上层土对碳源的总体利用能力较下层土的强;(2)两个土层的Shannon多样性指数榄仁树均最低,上层土白楸最高,下层土蕨类+野牡丹+桃金娘等最高;(3)土壤微生物群落对4类碳源的利用率因植被类型而异,且糖类是导致上层土壤微生物代谢差异的敏感碳源;糖类和氨基酸是导致下层土壤微生物代谢差异的敏感碳源;(4)土壤微生物对单一碳源的利用强度与其多样性呈极显著正相关.     

覆盖作物多样性对猕猴桃园土壤微生物群落功能的影响

以丹江口水源涵养区猕猴桃园为研究对象,运用Biolog微平板技术,研究不同种类覆盖作物处理(2、4、8种和清耕对照)下土壤微生物群落功能多样性的差异。结果表明,覆盖作物处理土壤微生物群落对碳源的利用程度、功能多样性指数和丰富度指数均高于清耕对照。覆盖作物及清耕对照处理土壤微生物Shannon-Wiener多样性指数、丰富度指数与土壤含水量、有机碳、pH、微生物量碳氮呈显著正相关关系。主成分分析与碳代谢图谱分析表明,猕猴桃园增加覆盖作物种类提高了土壤微生物对碳源的利用能力,且对D-甘露醇、L-精氨酸、L-天门冬酰胺、L-苯丙氨酸、γ-羟丁酸、α-丁酮酸、4-羟基苯甲酸、吐温40的利用能力显著高于清耕对照。此外,4种覆盖作物处理对猕猴桃园土壤生态环境的影响优于2种和8种。研究表明,猕猴桃园增加覆盖作物多样性改变了土壤环境因子,影响了土壤微生物群落的代谢活性和功能多样性。     

辽西油松侧柏混交林对土壤微生物群落功能多样性的影响

为探讨油松(Pinus tabulaeformis)、侧柏(Platycladus orientalis)混交林造林模式对土壤微生物群落功能多样性的影响,以朝阳市建平县白山林场试验区油松纯林(YC)、无植物种植土壤(NP)和油松-侧柏二者的混交林(YB)为研究对象,运用Biolog-Eco技术,对不同造林模式土壤微生物代谢功能多样性进行研究,对不同造林模式土壤微生物群落功能多样性进行分析。结果表明:不同造林模式土壤微生物群落代谢活性差异显著,总碳源的利用能力(AWCD)的顺序为:YBYCNP,油松、侧柏混交林土壤微生物代谢最快,活性最强。3种造林模式土壤微生物对6大碳源的利用率存在差异,混交林土壤微生物对L-天门冬酰胺、L-苯基丙氨酸、吐温40、吐温80、i-赤藓糖醇、D-甘露醇和4-羟基苯甲酸7种碳源的利用代谢能力显著高于油松纯林(p0.05)。Biolog代谢指纹图谱分析表明混交林土壤微生物对吐温80的利用能力最高,AWCD值为1.6537;油松纯林土壤微生物对L-精氨酸的利用能力最高,AWCD值为1.547。主成分分析显示,YB和YC土壤微生物群落具有相似的碳源利用模式,土壤微生物群落代谢功能相似。3种造林模式土壤微生物Shannon指数(H)和Simpson指数(D)无明显差异,物种Mclntosh指数(U)依次为YBYCNP。油松和侧柏混交后可以提高土壤微生物活性。由此可见,在辽西半干旱区营造油松-侧柏混交林是可行的。     

黑土区水土保持林对表层土壤微生物群落碳代谢多样性的影响

采用Biolog-ECO 微平板检测法,以典型黑土区美青杨林、水曲柳林、落叶松林和樟子松林土壤为对象,研究了 不同类型水土保持林表层土壤(0 ~10 cm)微生物群落碳代谢多样性的变化特征。结果表明:1)培养144 h 时,4 种 林地土壤碳源平均颜色变化率(AWCD)的变化范围为0.11 ~ 0.62,且表现为美青杨林最高,依次分别为水曲柳林 和落叶松林,樟子松林最低;2)土壤微生物群落碳代谢多样性丰富度指数、Shannon-Winner 指数、Simpson 指数和 McIntosh 指数的变化范围分别为4 ~22、1.37 ~3.00、0.62 ~0.94 和1.46 ~5.21,同样表现为美青杨林最高、其他依 次分别为水曲柳林、落叶松林和樟子松林的规律;3)4 种林地土壤微生物均以多聚物类为主要利用碳源,除此之外, 阔叶林土壤微生物主要利用的碳源类型还包括氨基酸类和羧酸类;4)土壤微生物群落碳代谢多样性指标与土壤理 化性质相关性极为密切。可以认为,阔叶林提高土壤微生物群落碳代谢多样性的作用优于针叶林,研究结果可为 典型黑土区水土保持林的构建提供参考。      

花生根系分泌物对土壤微生物学特性及群落功能多样性的影响

为研究花生根系分泌物对根际微生物群落功能多样性的影响,通过向土壤中添加花生根系分泌物溶液的方法,研究了不同浓度的外源花生根系分泌物对土壤微生物量碳(MBC)、微生物商(q MB)、基础呼吸(BRC)和代谢商(q CO2)的影响,并利用Biolog技术研究了土壤微生物群落功能多样性的变化。结果表明:施入不同浓度花生根系分泌物后土壤MBC和BRC呈现显著性差异,其中,BRC随浓度升高而呈上升趋势,当施入高浓度根系分泌物时达到最大值,较CK提高21.15%;MBC的变化趋势为:高浓度中浓度CK低浓度,其中高浓度处理比CK提高11.55%,低浓度处理较CK降低2.16%。只有在高浓度根系分泌物处理下,q MB才出现显著差异,较CK提高11.63%。施入高浓度根系分泌物土壤的平均吸光值(AWCD),Shannon和Mcintosh指数均高于CK及其他两个处理,分别较CK提高21.53%、5.64%和8.82%,并达到显著差异水平。主成分分析结果表明:不同处理土壤微生物碳源利用特征出现分异,中浓度根系分泌物处理与CK土壤微生物群落代谢特征相近,其明显不同于高浓度根系分泌物处理的土壤,说明它们对单一碳源的利用能力不同,其群落代谢特征存在差异,其中对碳源的利用差异主要表现在6种碳源上,分别为L-天冬酰胺、D-甘露醇、α-环式糊精、D-氨基葡萄糖酸、D-纤维二塘和α-D-乳糖。高浓度的根系分泌物能够明显改变土壤微生物学特性及群落功能多样性。     

生物复混肥对土壤微生物群落功能多样性的影响

在温室盆栽条件下,利用Biolog微平板技术,研究玉米施用无机复混肥、有机无机复混肥和生物复混肥后土壤微生物群落功能多样性的变化。结果表明,不同施肥处理土壤微生物群落AWCD、Shannon多样性指数(H)和Shannon均匀度指数(E)以生物复混肥处理最高,CK处理最低;土壤微生物群落利用6类碳源的能力随玉米生长期的延长而降低,但是中后期各处理的土壤微生物对6类碳源的利用率差异不显著,土壤微生物利用的碳源主要是糖类、多胺类、氨基酸类和多聚物类。土壤微生物群落主成分分析表明,不同处理土壤微生物碳源利用特征出现分异:生物复混肥处理主要分布在第1主成分正方向,其他处理主要分布于第1主成分的负方向,起分异作用的主要碳源是糖类、羧酸类和氨基酸类。生物复混肥处理能够提高土壤微生物代谢活性和土壤微生物群落功能多样性,无机肥和CK处理土壤微生物碳源利用特征相似。     

水平潜流人工湿地微生物群落的碳源代谢特性和功能多样性研究

为深入研究人工湿地的碳去除机理,利用Biolog微平板,研究了水平潜流人工湿地基质微生物群落结构及代谢特性。平均色度变化表明基质上层微生物群落碳源代谢能力要高于下层;主成分分析结果表明人工湿地不同部位的基质微生物群落具有不同的群落结构;对不同碳源利用特性的分析表明,人工湿地基质微生物对糖类利用较强,而前部上层微生物对氨基酸和羧酸利用能力显著高于其他部位微生物,但对聚合物利用能力低于其他点;功能多样性指数研究显示,不同样点间丰度差别较小,而多样性和均匀性指数上层要高于下层,前部下层微生物群落的均匀性指数显著低于其他样点。研究表明,水平潜流人工湿地不同部位的基质微生物群落具有不同的群落结构和代谢功能。     

黑土区不同林龄落叶松人工林土壤微生物群落功能多样性的对比研究

采用Biolog-ECO微平板检测法,以21、30、40和52年生落叶松人工林土壤为对象,研究了典型黑土区0～20 cm土层范围内土壤微生物群落碳源代谢的多样性变化特征。结果表明:1）在培养168 h时,落叶松人工林地上层（0～10 cm）和下层（10～20 cm）土壤的微生物碳源平均颜色变化率（AWCD）的变化范围分别为0.41～1.40和0.20～0.69,且均随林龄的增加而逐渐增大。2）落叶松人工林微生物群落功能多样性指数随林龄的增加呈逐渐升高的趋势,即52 a40 a30 a21 a,且上层土壤的微生物功能多样性高于下层。上层和下层土壤的丰富度指数、Shannon Weiner多样性指数、Simpson指数和McIntosh指数的变化范围分别为12～25和6～14、2.55～3.12和1.83～2.62、0.89～0.95和0.76～0.91、4.22～9.49和2.52～6.18。3）落叶松人工林土壤微生物群落对6类碳源的利用率均随林龄的增加而增大,且碳水类、多聚物类和胺类是导致上层土壤微生物代谢差异的敏感碳源,碳水类、羧酸类和胺类是导致下层土壤微生物代谢差异的敏感碳源。4）落叶松人工林土壤微生物多样性指标与土壤理化性质相关性极为密切。可以认为,随着林龄的增加,落叶松人工林微生物功能多样性逐渐提高,这为进一步揭示其林地土壤质量的演变提供了参考。      

MB-EMBA和ASCA方法在玉米/马铃薯生长期根际微生物多样性动态数据分析中的运用

在农作系统中,深入分析环境、栽培模式对根际微生物多样性的数据结构及其规律的影响,对解释间作效应有科学意义。研究中,运用时间序列模型MB-EMBA和ASCA可以解析玉米/马铃薯生长期根际微生物多样性动态数据。结果表明,MB-EMBA、ASCA可以很好地解释环境与间作对根际微生物代谢群落及细菌物种多样性的影响。MB-EMBA方法分析表明,对Biolog动态数据,玉米单间作根际微生物在不同生育时期对碳源利用的差异明显,可在不同的试验点筛选出碳源标记,马铃薯间作根际微生物利用的碳源种类多于玉米间作根际微生物利用的碳源种类。ASCA结果表明,高杆作物玉米单间作每个时期差异都在0.05水平显著,在玉米生长期1、2、3时间节点间作玉米根际微生物的活力、物种多样性高于单作,在不同环境条件下玉米单作与间作根际微生物代谢活力大于细菌群落多样性;马铃薯单间作根际微生物代谢群落及细菌多样性比较复杂,矮杆作物马铃薯更易受玉米、环境的影响。因此,MB-EMBA和ASCA分析可为解析生物动态数据分析提供新思路。     

地下煤火不同燃烧阶段上覆土壤微生物群落功能多样性

[目的]了解不同燃烧阶段地下煤火上覆土壤微生物群落功能多样性.[方法]利用BIOLOG指纹图谱方法,分析新疆吉木萨尔县境内不同燃烧阶段地下煤火风化期、氧化期、自燃期、全面燃烧期、硫磺析出期、芒硝析出期和熄灭期的上覆土壤微生物功能多样性.[结果]地下煤火不同燃烧阶段上覆土壤理化性质差异显著,自燃期硝态氮含量最高,熄灭期有机质含量最低;不同时期微生物群落碳源利用能力及多样性均低于对照;主成分分析表明,土壤微生物在31种碳源构建的二维体系分布差异明显,微生物群落结构在地下煤火发生发展过程中呈现动态变化;相关性分析显示,土壤pH是影响地下煤火上覆土壤微生物群落利用碳源差异的显著因素.[结论]地下煤火降低上覆土壤微生物群落功能多样性,不同燃烧阶段微生物群落功能多样性差异显著,这对地下煤火区生态恢复具有一定参考利用价值.     

外加镉处理下生物质炭对土壤微生物碳代谢功能多样性的影响

采用Biolog-Eco微平板法,通过模拟实验探究外源Cd胁迫下不同量(0%、2.5%、10%,W/W)秸秆生物质炭输入后土壤微生物在碳代谢功能方面的响应机制。平均吸光度(AWCD)值、多样性指数、碳源利用特征和主成分分析结果均表明:Cd污染条件下,生物质炭的施用提高了土壤中微生物群落碳源代谢活性及功能多样性,2.5%生物质炭处理下的提高效果尤为显著。土壤微生物Mc Intosh指数上升了70.59%,群落物种均一度发生巨大的变化;土壤微生物对羧酸类、氨基酸类碳源化合物的利用能力分别提高了10倍和5倍,其中2.5%低质量分数生物质炭提高了土壤微生物对羧酸类和糖类碳源化合物利用率,10%高质量分数生物质炭却提高了氨基酸类碳源化合物的利用率。进一步分析显示,羧酸类、其他类和聚合物类碳源化合物促使两个生物质炭处理组与单加Cd对照组在碳源利用率上存在差异。     

格氏栲林窗土壤微生物群落功能多样性季节动态特征

  目的  林窗作为森林生态系统中的小尺度干扰,对森林土壤养分循环与微生物群落功能多样性维持起着重要作用。明确不同林窗大小土壤养分和微生物群落功能多样性及其季节动态响应机制,有助于改善格氏栲林土壤生态环境。  方法  以格氏栲天然林林窗为对象,采用Biolog微平板法,研究不同林窗大小土壤理化性质、碳源利用能力和代谢特征的季节动态变化规律。  结果  （1）林窗生长季土壤温度、速效钾含量显著高于非生长季,pH值、速效磷含量显著低于非生长季。林窗形成促进了土壤pH值升高与速效钾积累,加速了微生物对碱解氮与速效磷的吸收和利用。（2）林窗生长季土壤微生物平均颜色变化率在培养的中后期显著高于非生长季。林窗内土壤微生物在生长季中主要利用碳源为羧酸、多聚物和氨基酸类,在非生长季中主要利用碳源为氨基酸类和羧酸类。（3）林窗土壤微生物功能多样性指数中,生长季Shannon-Wiener和Pielou指数显著高于非生长季,Simpson指数显著低于非生长季。林窗面积对生长季土壤微生物群落功能多样性指数影响不明显。非生长季小林窗Simpson指数最高,中林窗Shannon-Wiener指数和Pielou指数最高。（4）广义线性模型表明,林窗生长季的土壤温度和土壤速效钾含量升高有利于土壤微生物常见种优势度升高;非生长季土壤碱解氮含量降低,速效钾含量升高有利于微生物功能多样性升高。  结论  生长季林窗内土壤微生物群落功能多样性保持较高水平,土壤养分循环效率高;非生长季非林窗土壤环境有利于土壤微生物生长代谢,维持土壤生态系统功能。林窗形成导致土壤温度与速效养分含量的异质性是影响土壤微生物群落代谢特征和功能多样性的主要因素。      

马里亚纳海沟表层沉积物中微生物的群落组成和功能特征

深渊是迄今人类认识最少的海洋环境之一。深渊蕴含着丰富的微生物生物量，表现出活跃的有机碳周转特征，是深海有机碳降解的“热点”区域。然而，人类对深渊微生物的物种组成和代谢潜力还知之甚少。本文通过宏基因组技术与生物信息学分析，研究马里亚纳海沟“挑战者深渊”表层沉积物（水深10,853米）中的微生物群落组成和功能特征，揭示深渊表层沉积物中微生物驱动深海生物地球化学循环的潜在机制及其相应的生态效应。研究结果表明，变形菌门（Proteobacteria）、奇古菌门（Thaumarchaeota）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetes）是马里亚纳海沟表层沉积物中微生物的优势类群。表层沉积物中微生物的代谢分析表明其主要营异养代谢，可以降解多种有机物，包括一些难降解有机碳化合物（如邻苯二甲酸盐或其他芳香族化合物）。这些结果说明深渊沉积物中的微生物群落具有多样化的有机碳代谢能力，可以支持其开展活跃的有机碳降解过程。除了异养代谢过程，氨氧化等自养代谢过程在本研究的深渊微生物群落中也占据着重要地位，说明自养固碳可能是深渊表层沉积物中有机碳的重要来源。     

生物质炭对草坪土壤微生物碳代谢群落结构的影响

【目的】探明不同用量生物质炭对草坪土壤微生物多样性特征的影响,为生物质在草坪土壤中的应用提供理论依据。【方法】以草坪土壤为研究对象,以不施用生物质碳为对照,设8、20、40和200 kg/m2共4个生物质炭用量处理,对照和4个处理分别标记为BC0、BC8、BC20、BC40和BC200。播种5个月后采集0~30 cm土壤,测定土壤有机碳、全氮、水溶性碳和微生物量碳含量及土壤微生物碳代谢群结构,分析不同用量生物质炭对草坪土壤微生物碳代谢群落的影响。【结果】与对照BC0相比,施用生物质炭处理的土壤全氮含量显著增加（P<0.05,下同）,BC40和BC200处理的土壤有机碳显著增加,BC200处理的水溶性碳显著增加,而土壤微生物量碳无显著变化（P>0.05）。BC20处理的土壤平均光密度（AWCD）值较对照BC0提高12.4%,BC200处理的AWCD值则较对照降低51.3%。BC20处理增加了生物群落结构AWCD值,利用胺类物质微生物活性显著提高;BC200处理降低了土壤微生物数量,对利用多聚物类物质微生物的负面影响最小。主成分分析结果表明,第一主成分可解释变异的86.06%,主要为代谢吐温40、吐温80、L-丝氨酸、D-半乳糖酸内脂、D,L-α-磷酸甘油和4-羟基苯甲酸等六种碳源物质引起的,能有效区分适量（BC8、BC20、BC40）和过量（BC200）施用生物质炭含量处理的草坪土壤。相关分析结果表明,土壤微生物量碳与i-赤藓糖醇的光密度值呈显著正相关;土壤有机碳和水溶性碳含量与L-精氨酸、L-丝氨酸等多种碳源的光密度值呈显著或极显著（P<0.01）负相关。【结论】适量施用生物质炭可提高草坪土壤的微生物数量和活性。施用生物质炭的草坪土壤利用L-精氨酸、L-天门冬酰胺的能力较强,但对利用L-苏氨酸、i-赤藓糖醇、D-木糖和2-羟基苯甲酸等碳源基质的利用能力较弱。建议在种植草坪草时,生物质炭的施用量控制在20 kg/m2以内。     

燕麦根际土壤细菌多样性对盐胁迫的响应

为探究燕麦（Avena sativa L.）在不同盐胁迫处理下根际土壤微生物的群落多样性及变化特征，选取领袖（Souris,S）和爱沃（Everleaf,E）2个燕麦品种为试验材料，分别设置0(Y0)、3(Y1)、6(Y2)和9(Y3) g·kg-1NaCl胁迫处理。采用高通量测序技术对不同盐胁迫处理下燕麦根际土壤微生物进行测序，分析微生物群落多样性及其与土壤盐胁迫的相关性。结果表明，2个燕麦品种根际土壤细菌群落的多样性在4种盐胁迫处理下存在差异，其中S-Y2的群落丰度最高，S-Y3的多样性最丰富。在不同分类水平上，细菌变形菌门（Proteobacteria）、放线菌纲（Actinobacteria）、根瘤菌目（Rhizobiales）、norank＿c＿Subgroup＿6科和norank＿c＿Subgroup＿6属的相对丰度较高。盐胁迫影响燕麦根际微生物的群落组成，随着盐胁迫程度的增加，其菌落组成的相对丰度发生显著变化。通过对操作分类单元（OTU）丰度的16S功能预测和COG、KEGG代谢通路数据库对比发现，燕麦根际微生物的功能富集于新陈代谢、遗传信息处理、环境信息处理、细胞过程和...     

洪湖养殖区水环境中微生物的耐药性及其群落功能多样性研究

为探讨抗生素对水产养殖环境微生物的影响,本研究通过采集洪湖养殖区地下水、湖水和鱼塘水,分别分析其细菌、真菌、放线菌数量及相应耐药(磺胺甲恶唑)微生物的分布规律,探讨耐药微生物数量及耐药微生物占比与磺胺抗生素浓度之间的相关性,并采用Biolog法研究不同水体中微生物群落功能多样性差异。结果表明,不同水体中微生物数量分布规律为:鱼塘水湖水地下水,而湖水和鱼塘水中的微生物数量受人为活动影响差异较大。三类水体均有不同程度耐药微生物检出,耐药微生物数量分布规律为:鱼塘水湖水地下水;耐药微生物占比分布规律为:湖水鱼塘水地下水。地下水中耐药微生物数量与磺胺抗生素浓度无显著相关性,而地表水中耐药细菌、耐药真菌数量及与磺胺吡啶和磺胺二甲基嘧啶浓度呈显著正相关;地表水中耐药细菌与耐药放线菌占比均与磺胺砒啶呈显著相关。Biolog多样性分析结果表明,地表水微生物群落代谢活性和碳源利用性均高于地下水,说明洪湖湖水和鱼塘水利用不同碳源的微生物物种较丰富。研究表明,不同环境水体中微生物的数量和耐药性以及群落功能多样性均有差异,该差异与人类活动和抗生素浓度有一定相关性。