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(pH5.5),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2.61×106 copies·g~(-1)和1.45×106copies·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)×106copies·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。     

硝化微生物在土壤团聚体中的分布及其对种植方式的响应

【目的】硝化微生物在农田土壤氮转化过程发挥重要作用，深入开展团聚体中硝化微生物分布研究，有助于揭示土壤结构-微生物-土壤营养元素循环间的相互影响机制。【方法】选取旱地黄棕壤为研究对象，比较了玉米连作（M-M）和玉米/花生轮作（M-P）两种种植方式下土壤团聚体的性质和硝化潜势（NP）的变化，并通过荧光定量PCR和高通量测序研究了团聚体中不同类型硝化微生物功能基因的丰度和群落组成差异。【结果】与M-M相比，M-P能够显著提高团聚体pH、NH4+和全碳（TC）含量。M-P使NP显著提高，但团聚体粒径对NP无显著影响。氨氧化细菌（AOB）amoA基因丰度在M-P中高于M-M，且在较小粒级团聚体中分布更多，而氨氧化古菌（AOA）和全程氨氧化细菌（Comammox）amoA基因的分布模式与AOB大致相反，表明AOB更能适应较小团聚体环境，而AOA和Comammox倾向在较大团聚体中占据竞争优势。此外，与M-M相较，M-P团聚体间AOA/AOB和Comammox/AOB比值的差异减小，表明轮作促使土壤硝化微生物在不同粒级间的分布更加均匀。进一步对属水平土壤团聚体硝化菌群落组成分析，结果显示M-P提高了Nitrolancea属亚硝酸盐氧化细菌（NOB）和Candidatus Nitrosocosmicus属AOA的占比，降低了Nitrospira属NOB的占比，对AOB各属无显著影响。而团聚体粒径仅对Nitrosospira属AOB的占比产生显著影响。NH4+含量和pH是影响土壤团聚体NP和硝化微生物群落变化的最主要因子。NP与AOB amoA基因丰度显著正相关，与AOA amoA基因丰度负相关。但在群落组成上，Nitrosospira属AOB，Candidatus Nitrosocosmicus属AOA和Nitrospira属NOB均与NP呈现正相关。【结论】土壤团聚体粒径和种植方式能较大程度影响硝化微生物的分布，然而，不同硝化微生物在团聚体间分异机制具有明显差异，该研究为完善禾豆轮作下土壤硝化微生物在微域环境的生态适应机制提供了理论支持。     

石灰性紫色土硝化作用及硝化微生物对不同氮源的响应

土壤中发生的硝化作用是对p H高度敏感的典型过程。本文采用室内恒温培养法,结合定量PCR和高通量测序,研究石灰性紫色土硝化作用以及氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)、亚硝酸盐氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)的丰度与群落结构对不同氮源的响应。结果表明:不同氮源均刺激土壤硝化作用的发生,CO(NH2)2处理下的净硝化速率最大,约是CK处理的4.76倍,(NH_4)2SO4和NH_4Cl处理下的净硝化速率分别为N 3.88和3.34 mg kg-1d-1。相比于(NH_4)2SO4和CO(NH2)2处理,NH_4Cl处理降低了硝态氮的累积量,抑制了铵态氮的减少量。AOB amo A基因拷贝数在28 d培养过程中变化显著(p0.05),在(NH_4)2SO4和CO(NH2)2处理中呈先增长后降低趋势,在NH_4Cl处理中呈持续增长趋势;而AOA amo A基因拷贝数无显著变化(p0.05)。说明石灰性紫色土硝化作用的主要推动者是AOB,而不是AOA。在28 d培养过程中,亚硝酸盐氧化细菌占总微生物的比例高于氨氧化细菌和古菌,意味着石灰性紫色土中可能存在全程氨氧化微生物(Comammox)。高通量测序的结果表明:石灰性紫色土中AOB的优势种群为亚硝化螺菌Nitrosospira Cluster 3,AOA的优势种群是土壤古菌Group 1.1b,NOB的优势种群是硝化螺菌Nitrospira。     

O_3浓度升高对麦田土壤氨氧化细菌、氨氧化古菌和硝化细菌数量的影响

硝化作用在氮循环过程中至关重要,包括氨氧化作用和亚硝酸盐氧化作用,通过氨氧化反应和亚硝酸盐氧化反应将N素转化为植物可利用的NO;形态。利用开顶式臭氧气室（OTCs,open-topchambers）试验平台,通过大田模拟熏气试验,结合Real-timePCR探讨大气O,浓度升高对麦田土壤氨氧化细菌（AOB）、氨氧化古菌（AOA）及硝化细菌（NOB）数量的影响。结果表明,AOB、AOA和NOB对O,胁迫的反应不一样,AOB基因拷贝数基本上随着O,浓度的升高呈现出降低的趋势,而AOA和NOB基因拷贝数随O_3浓度的升高变化不明显。冬小麦拔节期,当O_3浓度为40、80、120nmol·mol。时,20-40em土层的AOB基因拷贝数分别比对照处理降低39．8％、51．2％和59．4％。AOB和NOB基因拷贝数灌浆期多于收获期,0-10cm土层多于10-20em。AOA基因拷贝数随季节的变化不大。O_3胁迫可通过影响AOB、AOA和NOB的数量和活性来影响土壤的硝化反应,从而影响土壤的氮素循环过程。     

围垦对崇明东滩湿地全程氨氧化微生物的影响

全程氨氧化微生物（comammox）的发现根本改变了学术界对硝化过程的认识，但其地理分异规律及对氮转化过程的贡献仍不清楚。本研究选择长江口崇明东滩不同围垦年限（0、27、51、86年）稻田表层耕作土壤，采用好氧培养试验测定土壤硝化潜力；通过标靶功能基因amoA实时荧光定量硝化微生物的数量变异特征，包括全程氨氧化细菌（comammox）、氨氧化细菌（AOB）和古菌（AOA）。结果表明，与围垦0年的自然滩涂湿地相比，围垦27、51、86年的水稻土净硝化速率从2.24mg N /(kg·d)分别增加至19.3、11.6和11.4mg N /(kg·d)，增幅高达5.1-8.7倍。土壤氨氧化古菌AOA的丰度与围垦年限显著正相关。自然滩涂湿地中氨氧化古菌AOA和AOB的数量分别为0.34×107 copies/g和1.14×107 copies/g，围垦86年后增幅最高可达27.9倍。自然滩涂湿地中comammox Clade A和Clade B amoA基因拷贝数高于围垦稻田土壤，且Clade A随着围垦年限增加其丰度显著增加。统计分析发现，氨氧化细菌AOB与土壤硝化速率显著正相关，可能在围垦水稻土氨氧化过程中发挥了重要作用；而全程硝化细菌comammox Clade A和Clade B与土壤总有机碳（TOC）、铵含量（NH4+）呈显著负相关关系，可能更适应于营养贫瘠的滩涂自然湿地土壤。     

尿素和生物炭施用对菜地土壤氨氧化作用的影响

研究将生物炭(40000 kg hm~(-2))和不同用量的尿素(0, 150, 300, 450 kg hm~(-2))施用于酸性红壤中,连续种植四季作物后采集菜地土壤样品,通过定量PCR方法测定添加硝化抑制剂后土壤氨氧化微生物数量和土壤氨氧化潜势的变化,并分析氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)对土壤氨氧化潜势的相对贡献,深入探讨生物炭和氮肥添加对菜地土壤氨氧化微生物和氨氧化潜势的影响。结果表明,与未添加生物炭相比,添加生物炭处理土壤容重降低了7.1%～11.5%,pH值提高了0.20～0.56个单位,有机质含量增加了13.5%～19.1%;与未施氮肥处理相比,无机氮的含量增加了38.5%～77.8%(未添加生物炭)和17.1%～59.5%(添加生物炭)。添加生物炭和氮肥处理AOA的基因拷贝数没有显著差异(P 0.05),氮肥添加提高了AOB的基因拷贝数147.5%～385.6%(未添加生物炭)和69.5%～514.0%(添加生物炭)。添加生物炭处理,随氮肥施用量的增加,氨氧化潜势降低了13.4%～20.7%。因此,本研究中氮肥添加使AOB的amoA基因拷贝数显著增加、氨氧化潜势显著下降,对AOA没有显著影响(P 0.05);AOA对氨氧化潜势起到了主导作用;生物炭和尿素添加通过改变土壤的无机氮含量、pH、有机质含量影响土壤氨氧化过程。     

施肥和淹水管理对水稻土氨氧化微生物数量的影响

全程氨氧化细菌(Completeammoniaoxidizers,Comammox)的发现被认为是氮循环研究的重要进展,但复杂土壤中Comammox与氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria, AOB)和氨氧化古菌(Ammonia-oxidizingarchaea,AOA)共存的环境驱动机制尚不清楚。针对紫色水稻土长期定位试验的植稻淹水(夏季植稻施肥并且全年淹水)管理、休耕冬干(不植稻、不施肥,仅在夏季植稻期间淹水,冬季排水落干)管理,研究了施肥和水分管理对水稻土硝化潜势及氨氧化微生物类群丰度的影响。结果表明,植稻淹水土壤的硝化潜势显著高于休耕冬干,分别为25.0 mg·kg~(-1)·d~(-1)、2.11mg·kg~(-1)·d~(-1),相差可达12倍之多。实时荧光定量PCR分析表明,两种管理方式下水稻土中均能检测到Comammox、AOA和AOB,并且其数量均为ComammoxAOAAOB。植稻淹水中Comammox丰度分别为AOA的8.5倍、AOB的77.3倍,而休耕冬干中Comammox丰度分别为AOA的4.1倍、AOB的490.3倍。相比于休耕冬干管理,植稻淹水刺激了Comammox分支A(Clade A)、AOA和AOB的生长,三者增长倍数分别为9、3、42,但Comammox分支B(Clade B)的降幅高达两倍之多。这些结果表明,与休耕冬干管理相比,28年长期植稻淹水,可能导致水稻土氨氧化微生物类群长期处于低O_2胁迫,并选择性促进了Comammox Clade A和AOA的生长,高强度施肥则显著促进了AOB生长,而Comammox Clade A和AOA则具有更广的铵态氮底物适应范围。未来应通过稳定性同位素示踪DNA技术,明确水稻土中数量上占优势的Comammox的功能意义及其与AOA和AOB的相对重要性。     

氨氧化基因丰度和潜在氨氧化速率对加拿大一枝黄花入侵和土壤类型的响应

  【目的】  土壤类型和植物入侵影响土壤微生物群落结构和功能，基于此，我们研究加拿大一枝黄花 (Solidago canadensis) 入侵两种类型土壤后，土壤中氨氧化古细菌 (AOA) 和氨氧化细菌 (AOB) 的基因丰度和潜在氨氧化速率 (PAOR) 的变化规律及影响机理。  【方法】  云南和浙江是加拿大一枝黄花入侵的重点地区，本研究在云南省滇池周边的海东湿地公园、捞鱼河湿地公园和安乐村 (土壤类型均为冲积土) 以及浙江省东部的杭州湾湿地公园、临海上盘镇和路桥镇峰江村 (土壤类型均为黄泥田土)，分别选择一块采样地，面积为100～150 m2。在每块采样地加拿大一枝黄花入侵 (Mono) 和未入侵 (Nat) 之处，划出0.5 m × 0.5 m，采集土壤和植物样品。Mono和Nat地块相距10～20 m，每个地块重复3次。采用qPCR和室内培养技术分析土壤中AOA、AOB基因丰度和PAOR，用植物生态和土壤化学方法分析植物生物量和土壤化学性状。  【结果】  加拿大一枝黄花入侵后，冲积土中AOA丰度和PAOR显著下降，黄泥田土中AOA丰度和PAOR却显著提高，而AOB丰度在两种类型土壤中均显著提高。Nat冲积土中AOA丰度和PAOR大于黄泥田土，而Mono条件下冲积土中AOA丰度和PAOR小于黄泥田土，AOB丰度在两种土壤类型中均变化较小。Mono样地植被地上部分和地下部分生物量、土壤有机质含量和pH是影响冲积土和黄泥田土AOA丰度和PAOR的重要因素。与AOA不同，冲积土AOB丰度仅受植物地下部分生物量的影响，而黄泥田土AOB丰度同时受植物地下部分生物量、土壤总磷含量和pH影响。  【结论】  加拿大一枝黄花入侵大大增加了植被地上部和地下部生物量，进而为微生物提供了大量的碳源，同时提高了土壤pH，因此，氨氧化细菌AOB的丰度显著增加。土壤类型仅影响AOA的丰度，对AOB和氨氧化潜力没有显著影响，而加拿大一枝黄花入侵显著影响两类土壤中的AOA、AOB丰度以及氨氧化潜力。     

土地利用方式对万木林土壤氨氧化微生物丰度的影响

以我国亚热带地区典型花岗岩发育酸性红壤为研究对象,选取福建建瓯万木林自然保护区封禁保护下5种自然植被和1种人工种植植被土壤,采用荧光实时定量PCR(Real-time PCR)技术测定了土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的群落丰度,采用15N稳定同位素成对标记和数值模型相结合的方法测定了土壤初级硝化速率。结果显示,长期封禁保护下的自然植被土壤pH低,土壤AOB数量偏低。人为种植和管理显著提高了土壤pH,促进了AOB的生长,其丰度比自然条件下提高了2个数量级,土壤初级硝化速率也显著提高,并与AOB数量存在显著的相关性,表明AOB是硝化作用的主要贡献者。5种自然植被条件下AOA的amoA基因拷贝数占泉古菌16S rRNA基因的比例都小于1%(0.01%～0.64%),在农业利用方式下上升到5.32%,表明并非所有泉古菌都具备氨氧化功能基因amoA,氮肥施用可能促进了氨氧化古菌的生长。     

水稻生育期内红壤稻田氨氧化微生物数量和硝化势的变化

利用荧光定量PCR(Real-timePCR)技术,通过特异引物检测amoA基因拷贝数分析了水稻不同生育期红壤稻田土壤中氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(Ammonia oxidizing archaea,AOA)的数量变化,并测定了土壤潜在硝化势。结果显示:红壤稻田土壤中AOA数量显著高于AOB,二者比例在1.6～120.7之间;红壤稻田根层土中AOA数量显著高于表土,随水稻生长根层和表土中AOA数量均逐渐增加,且根层土中增加幅度更大;在水稻生长前期表土中AOB数量较多,孕穗期后根层土中AOB数量显著增加且高于表土。水稻生长期内土壤潜在硝化势也具有逐渐增加趋势,且根层土潜在硝化势增加幅度更大。根层土中潜在硝化势与AOB和AOA数量均呈显著正相关,而表土中潜在硝化势只与AOA数量存在显著正相关。研究表明,红壤稻田土壤中AOA数量更为丰富,且与硝化作用的关联程度更为密切,证实了氨氧化微生物在红壤稻田土壤微生物组成及其生态系统功能中的重要性。     

The role of ammonium oxidizing communities in mediating effects of an invasive plant on soil nitrification

Invasive plants often benefit from changes that they impose on soil microbes via positive plant–soil feedback, but the mechanisms that underlie these changes, and the legacy of their effects, remain poorly quantified. We investigated the impacts of an invasive annual grass, Microstegium vimineum, on the structure and functioning of soil microbial communities in a multi-year, field-based common garden experiment. Given previous reports that M. vimineum can both elevate nitrification rates in soil and benefit from enhanced nitrate availability, we sought to answer the following questions: 1) Does M. vimineum alter the abundance or composition of soil nitrifying microbial communities (ammonia oxidizing archaea and bacteria, AOA and AOB, respectively)? 2) Are such effects reversible or do soil legacy effects persist after M. vimineum is no longer present? After three years, invaded plots had greater AOA abundances than uninvaded native dominated plots, as well as different AOA community structure. However, after seven years, and following a period of M. vimineum replacement by native plants in the invaded plots, AOA abundances and nitrification rates declined toward levels found in uninvaded plots. Collectively, our results suggest that while the impacts of M. vimineum invasions on nitrogen cycling likely relate to their association with AOA, these effects may not persist if M. vimineum declines over time and native plants and their associated microbes are able to re-establish.     

Effects of inorganic fertilizer and manure on soil archaeal abundance at two experimental farms during three consecutive rotation-cropping seasons

Soil archaeal population dynamics at two experimental sites of the same clay-loam type in Ottawa and Woodslee, Ontario, were investigated to determine fertilizer and manure effects following their different long-term crop rotation and fertilization schemes. Phylogenetic analysis of cloned soil archaeal 16S rRNA gene libraries of both sites identified them with group 1.1b of Thaumarchaeota. The gene population dynamics subtly varied in the order of 10⁷ copies g⁻¹ soil when monitored by quantitative real-time PCR during three growing seasons (2007–2009). In Ottawa, where plots were amended with dairy-farm manure, soil thaumarchaeal gene abundance was double of the unamended plots. At the Woodslee N-P-K-fertilized plots, it remained at least 30% fewer than that of the unfertilized ones. These cultivated plots showed soil carbon limitation while the fertilized ones were low in soil pH (ca. 5.5). Surface soils from an unfertilized sod plot and an adjacent deciduous forest had higher total carbon content (C:N ratio of 9 and 11, respectively). Their thaumarchaeal gene abundance varied up to 4.8 × 10⁷ and 7.0 × 10⁷ copies g⁻¹ soil, respectively. The former value was also attained at the manure-amended plots in Ottawa, where the C:N ratio was just below 10. Where soil pH was above 6.0, there was a weak and positive correlation between soil total C and the estimated gene abundance. Such gene population dynamics consistently demonstrated the stimulating and suppressive effects of dairy-farm manure (Ottawa site) and inorganic fertilizers (Woodslee site), respectively, on soil thaumarchaea. At both sites archaeal amoA and 16S rRNA gene abundance were similarly affected. Archaeal amoA gene abundance also outnumbered bacterial amoA abundance, suggesting that ammonia-oxidizing archaea might be dominant in these soils. Only minor crop effects on gene population dynamics were detected.     

Ammonia oxidizer abundance in paddy soil profile with different fertilizer regimes

Studies about ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and archaea (AOA) are often focused on topsoil, but little is known about their activity and distribution in subsoil. A long-term fertilizer experiment was conducted to assess the effects of different fertilizer treatments on AOB and AOA in vertical soil profiles of paddy soil plots that received no nitrogen fertilizer control (CK), NPK chemical fertilizers (CF), organic–inorganic mixed fertilizer (OIMF) and organic fertilizer (OF). Soil properties, potential nitrification rate (PNR) and amoA gene abundance of AOB and AOA were measured and analyzed by two-way ANOVA and correlation analysis. Quantitative PCR analysis of amoA genes showed that AOA were more abundant than AOB in all the soil samples. AOB declined sharply with soil depth. Compared with CK and OF treatments, CF and OIMF treatments had higher abundance of AOB throughout the soil profiles. However, AOA tend less responsive to soil depth and fertilizers compared to AOB. This caused the AOA/AOB ratios in subsoil higher than in topsoil, and in CK and OF higher than in CF and OIMF treatments. These results suggest that AOA are more abundant and can be better adapted to nutrient-poor subsoils than AOB, and autotrophic nitrification could likely be determined by a complex suite of environmental factors in vertical profiles of the paddy soil tested.     

冬种绿肥对水稻土硝化作用的影响

冬闲田种植绿肥是传统的水稻土培肥增产措施,但绿肥-水稻种植系统中,不同绿肥种类对硝化作用的影响规律及调控机制尚不明确.采用盆栽试验,研究了冬种紫云英、油菜、黑麦草对土壤性状及硝化作用的影响,并通过特异性细菌抑制剂(卡那霉素和大观霉素)研究了氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)对硝化作用的相对贡献.结果表明,冬种三...     

pH regulates key players of nitrification in paddy soils

Increasing lines of evidence have suggested the functional importance of ammonia-oxidizing archaea (AOA) rather than bacteria (AOB) for nitrification in upland soils with low pH. However, it remains unclear whether niche specialization of AOA and AOB occurs in rice paddy wetlands constrained by oxygen availability. Using DNA-based stable isotope probing, we conclude that AOA dominated nitrification activity in acidic paddy soils (pH 5.6) while AOB dominated in alkaline soils (pH 8.2). Nitrification activity was stimulated by urea fertilization and accompanied by a significant increase of AOA in acid soils and AOB in alkaline soils. DNA-based stable isotope probing indicated significant assimilation of ¹³CO₂ for AOA only in acidic paddy soil, while AOB was the solely responsible for ammonia oxidation in the alkaline paddy soil. Phylogenetic analysis further indicated that AOA members within the soil group 1.1b lineage dominated nitrification in acid soils. Ammonia oxidation in the alkaline soil was catalyzed by Nitrosospira cluster 3-like AOB, suggesting that the physiological diversity of AOA is more complicated than previously thought, and soil pH plays important roles in shaping the community structures of ammonia oxidizers in paddy field.     

海水稻根际效应对滨海盐碱地土壤氨氧化微生物的影响

滨海盐碱地的特殊环境严重限制了土壤氮素转化和利用。微生物介导的水稻根际氨氧化过程是盐碱稻田土壤氮循环的关键过程,但限于研究盲点和技术不足,海水稻根际效应对滨海盐碱地土壤氨氧化微生物群落结构的影响仍少有报道。据此,本研究以“海稻86”为研究对象,分别设置低盐浓度(2 g·kg^–1)和高盐浓度(6 g·kg–1)两组处理进行盆栽试验。结果显示：种植海水稻70 d后,高盐和低盐处理根际土壤的pH分别下降了0.82和0.70个单位,土壤有机质(SOM)含量下降了6.41和4.46 g·kg^–1,腐殖质(HU)含量提高了5.76和4.45 g·kg^–1,全氮(TN)含量减少0.46和0.37 g·kg^–1,表明海水稻可通过降低盐碱地土壤pH,加速有机质分解转化,提高土壤氮循环速率。水稻根际作用可显著提高土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和微生物呼吸强度,并在种植第55天达到最高,在高盐处理中分别达到850.0 mg·kg^–1、72.2 mg·kg^–1     

长期施肥对水稻土剖面氨氧化古菌和细菌丰度及组成的影响

长期施肥影响稻田土壤理化性质和硝化微生物群落,但长期施肥对稻田不同土层氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)群落结构的影响尚不明确.以湖南宁乡稻田不同施肥制度长期定位试验为平台,选取不施肥(CK)、施秸秆有机肥(ST)、有机-无机肥配施(OM)和施全量化肥(NPK)4个处理,采用实时荧光定量PCR和Illumina...     

红壤稻田不同生育期土壤氨氧化微生物群落结构

以福建省红壤稻田土壤为对象,通过提取土壤总DNA,利用特异引物进行PCR(聚合酶链反应)扩增和DGGE(变性梯度凝胶电泳)并结合DNA克隆测序,研究了水稻生长过程中稻田土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构的变化。结果显示:稻田土壤具有丰富的氨氧化细菌和氨氧化古菌资源。水稻生长过程中土壤氨氧化细菌群落组成较为稳定,只表现出水稻生长前期(苗期、分蘖期)和中后期(孕穗期、成熟期)间存在一定差异。而土壤氨氧化古菌群落组成变化较大,在水稻生长的苗期、分蘖期、孕穗期和成熟期4个时期间均存在一定差异。在水稻生长过程中,土壤氨氧化细菌群落多样性指数无显著性变化,但氨氧化古菌群落多样性指数随水稻生长明显提高,孕穗期后才达到平稳。水稻生长前期土壤硝化势也具有显著上升趋势,孕穗期时达到最高,而后有所下降。土壤硝化势与氨氧化古菌群落多样性指数具有显著正相关性,与氨氧化细菌没有相关性。研究表明,氨氧化古菌对红壤稻田土壤硝化作用的影响程度较大,证实了氨氧化微生物尤其是氨氧化古菌在稻田土壤微生物组成及其生态系统功能中的重要性。     

模拟条件下土壤硝化作用及硝化微生物对不同水分梯度的响应

以江苏滨海县一植稻土壤为研究对象,在微宇宙培养条件下设置了不同水分处理(最大持水量的30%、60%、90%和淹水2 cm深),研究了硝化作用及硝化微生物对水分变化的响应特征。结果表明:淹水处理显著降低了土壤的氧化还原电位(Eh),但所有处理土壤Eh变化范围为330~500 m V,土壤整体处于氧化态。在每7天向土壤加入10 mg kg-1NH+4-N的连续培养过程中,各个水分处理均观察到明显的NH+4-N降低和NO-3-N累积的现象,60%WHC处理下土壤硝态氮累积最显著和迅速,90%WHC处理次之,随培养时间延长,30%WHC和淹水处理也观察到明显的硝化作用。淹水处理中氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的数量显著高于非淹水处理,且淹水处理中AOB在DGGE图谱上的条带更加清晰明亮,而氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)的群落组成和数量在不同水分处理间无明显变化。表明该土壤中AOB对水分条件变化响应灵敏,是该土壤的硝化作用、尤其是淹水条件下硝化作用发生的主要原因。