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。     

青藏高原三种典型生境中硝化微生物分布和群落结构

以青藏高原3种典型生境(荒漠草地、湿地和盐碱地)为研究对象，通过amoA功能基因qPCR和16SrRNA基因扩增子测序，研究了其氨氧化古菌(ammonia-oxidizingarchaea,AOA)、氨氧化细菌(ammonia-oxidizingbacteria,AOB)、亚硝酸盐氧化菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和完全硝化细菌(complete ammonia oxidizer,CMX)的分布与群落结构特征。qPCR结果表明，荒漠草地和盐碱地中3种氨氧化微生物，其丰度顺序为AOA>CMX>AOB，而在湿地中则为CMX≥AOA>AOB。各生境中AOA主要类群为土壤类群(即group 1.1b)，且其中约半数属于Nitrosocosmicus属分支，该分支在北极冻土中也有分布。荒漠草地和湿地中AOB主要为亚硝化螺菌属(Nitrosospira spp.,71.21%～100%)，而盐碱地主要为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas spp.,75.51%～88.71%)。3种生境中NOB主要类群均为硝化螺菌属(Nitrospira ...     

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。     

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。     

长期偏施氮肥对桑园土壤氨氧化微生物的影响

氮肥能够影响土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的丰度和种群结构。利用实时荧光定量PCR(RT-PCR)和变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术研究不同氮肥施用年限(4年,4Y;17年,17Y;32年,32Y;0年,0Y)桑园土壤氨氧化微生物丰度及种群结构变化。结果发现,长期施用氮肥导致桑园土壤酸化,与4Y土壤相比,32Y土壤p H降低0.88。4Y处理土壤AOB amoA基因的拷贝数最高,而在32Y土壤中AOA amoA基因拷贝数最高。各处理AOB amoA基因拷贝数为每克干土6.46×10~5～8.32×10~7,明显高于AOA amoA基因拷贝数每克干土1.70×10~4～1.20×10~5。AOB种群丰度与潜在硝化速率(PNR)呈显著正相关,而AOA种群丰度与土壤pH和PNR的相关性不显著,表明AOB在硝化作用中发挥更为重要的作用。DGGE条带分析表明,氮肥施用年限对AOB种群结构影响较大,而对AOA种群结构影响较小。结果表明,桑园中AOB种群在氮循环中占主导地位,并且长期施用氮肥对桑园土壤AOB丰度和种群结构影响较大,而对AOA影响最小。     

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。     

岩溶地貌部位对土壤微生物丰度与酶活性的影响

以中国地质科学院岩溶地质研究所桂林丫吉岩溶试验场为研究区,单氨加氧酶的编码基因amoA的部分序列作为氨氧化细菌(AOB)指示基因,利用荧光定量PCR技术,结合平板菌落计数法和土壤酶活性测定,探讨了岩溶地貌部位及土壤成因对微生物群落丰度和酶活性的影响。结果发现,受岩溶地貌部位和土壤成因的影响,土壤酶活性、土壤微生物总数在垭口、坡地、洼地呈增加的趋势,而氨氧化细菌丰度则呈现降低的趋势。结果表明,土壤氨氧化细菌丰度与真菌数呈极其显著的正相关,而与蔗糖酶活性呈极其显著负相关。     

水氮耦合对设施农田土壤自养和异养硝化作用的影响

水氮措施影响设施土壤氮素的转化及硝化微生物活性,但水氮耦合对设施土壤自养和异养硝化作用差异的影响尚不明确。以连续8年设施水氮耦合田间定位试验土壤为研究对象,控制不同土壤田间持水量(WHC)(40%WHC、60%WHC和80% WHC)进行室内微宇宙培养试验,通过添加乙炔抑制剂抑制自养硝化途径,研究水氮耦合对设施土壤自养和异养硝化速率及参与自养硝化的氨氧化微生物的影响,分析氨氧化微生物氨氧化古细菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)对自养硝化作用的贡献。结果表明,水氮耦合下,不同硝化途径NH4+-N、NO^3--N含量以及参与自养硝化的AOA amoA和AOB amoA基因拷贝数均有显著差异。无乙炔培养7 d后,NO^3--N含量显著增加,而NH4+-N含量显著降低,AOA amoA和AOB amoA的基因丰度显著增加。添加乙炔后,NO^3--N、NH4+-N含量基本保持恒定,AOA amoA和AOB amoA基因丰度显著减少。水氮耦合显著影响自养和异养硝化速率,冗余分析(RDA)表明,NH4+-N含量、AOB amoA、NO^3--N-C2H2、AOA amoA可分别解释自养和异养硝化速率变异的68.9%、34.9%、32.8%和24.4%。设施土壤存在自养硝化和异养硝化两种途径,60%～80%WHC各施氮处理均以自养硝化为主,占总硝化速率的65%～86%;仅40%WHC下,氮纯养分量300和525 kg·hm-2处理以异养硝化为主,占总硝化速率的61%～77%。AOB和AOA共同驱动自养硝化,且AOB贡献更大。     

硝化抑制作用机理研究进展

总结了氨氧化细菌(AOB)和氨单加氧酶(AMO)的特性及氨(NH3)的催化氧化过程,综述了烷烃、烯烃、炔烃、芳烃、含硫(S)化合物、氮(N)杂环化合物和双氰胺(DCD)的硝化抑制作用机理。     

紫色土硝化过程中氨氧化细菌和古菌对温度的响应

采用室内恒温培养法,探究4℃、15℃、28℃和40℃条件下中性紫色土硝化作用的差异及氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)对不同温度的响应模式。结果表明:28℃条件下硝化作用最强,净硝化率为3.40 mg N kg~(-1) d~(-1),40℃条件下硝化作用较弱,净硝化率为1.52 mg N kg~(-1) d~(-1),15℃条件下硝化作用发生延迟,净硝化率为2.40 mg N kg~(-1) d~(-1),4℃条件下硝化作用被抑制。28℃条件下的硝化动力学过程符合一级动力学模型(R2为0.996),15℃和40℃条件下的硝化动力学过程符合零级动力学模型(R2分别为0.969和0.984),说明15℃和40℃条件下限制硝化作用的因子可能是硝化微生物活性。AOB amoA基因拷贝数在28℃条件下达到最大,而AOA amoA基因拷贝数在40℃条件下达到最大。AOA和AOB amoA基因拷贝数在培养期间的变化表明AOB和AOA可能在中性紫色土硝化作用中共同发挥作用。在培养过程中,AOA与AOB amoA基因拷贝数之比在15℃和28℃条件下,由1 d时的7.38和8.92下降为28 d时的1.51和2.12,呈显著降低趋势(P 0.05);在40℃条件下,AOA与AOB amoA基因拷贝数之比在培养过程中呈先显著升高后降低的趋势(P 0.05)且显著高于4℃、15℃和28℃三个温度条件(P0.05);而4℃条件下AOB和AOA amoA活性均受到抑制。相比于AOB,AOA可能更适应高温环境。