短期不同耕作方式对水稻根际土壤细菌群落结构多样性的影响

[目的]研究短期不同耕作方式对水稻根际土壤细菌群落结构多样性的影响,为阐释耕作对稻田土壤微生物多样性的形成机制提供科学依据.[方法]以旋耕、免耕和粉垄3种不同耕作方式下的水稻根际土壤为研究对象,采用Illumina MiSeq高通量测序技术结合土壤理化性质,分析不同耕作方式下水稻根际土壤细菌群落多样性特征及其与土壤理化因子的关系.[结果]旋耕、免耕和粉垄处理文库覆盖率均较高,分别为98.96%、98.93%和99.04%.Alpha多样性分析结果显示,粉垄处理水稻根际土壤细菌群落多样性Shannon指数显著高于免耕处理(P<0.05,下同).旋耕、免耕和粉垄处理分别获得2747、2734和2813个OTUs,处理间无显著差异(P>0.05).各样本共检测到细菌类群206个种,隶属于47门48纲85目134科217属.物种群落组成分析表明变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门和硝化螺旋菌门是水稻根际土壤细菌主要优势菌群,共占比69.96%~73.51%;不同耕作处理水稻根际土壤细菌群落结构差异主要表现在菌群的相对丰度上,变形菌门、硝化螺旋菌门、浮霉菌门、放线菌门和绿菌门的相对丰度在3种耕作方式间差异显著.旋耕和免耕处理间OTU水平相似性较高.主成分分析结果显示,第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)菌群结构的差异性贡献率分别为43.15%和23.79%,细菌群落结构表现为粉垄处理受PC1影响明显、旋耕和免耕处理受PC2影响明显.冗余分析结果表明前2个排序轴共解释69.09%细菌群落变化;速效磷、碱解氮和pH是影响细菌群落的重要因子,与变形菌门、硝化螺旋菌门、浮霉菌门、放线菌门和绿菌门的群落分布显著相关.[结论]短期不同耕作方式可在一定程度上改变稻田土壤细菌群落多样性,不同耕作方式间的差异主要体现在细菌群落相对丰度上;土壤速效磷、碱解氮和pH是影响水稻根际土壤细菌群落分布的重要因素.从土壤微生物群落形成角度考虑,粉垄栽培优于旋耕和免耕.     

有机栽培模式下棉田节肢动物多样性分析

为明确有机栽培模式与常规栽培模式棉田中土壤节肢动物的多样性差异及其短期的动态变化.在不同月份分别从武汉博茂有机农业生态示范基地和孝感安陆市有机种植示范点2个试验点的有机栽培模式棉田和常规栽培模式棉田中采取土样,其中中大型节肢动物直接捕获,小型节肢动物用Tullgren法分离提取后显微鉴定,分析了土壤中节肢动物的种类和数量以及月动态变化.结果表明,在武汉博茂试验点棉田的土壤节肢动物捕获量明显多于孝感安陆试验点棉田,2个试验点在优势种群上较为固定,但有机栽培模式下的棉田土壤节肢动物数量明显多于常规栽培模式,且稀有种类数目较常规栽培模式要高;有机栽培模式下节肢动物多样性与常规栽培模式下在Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和优势集中性指数上并无差异,由此可知,有机栽培模式棉田节肢动物多样性比常规栽培模式棉田丰富;此外,季节温度变化可能会影响土壤节肢动物的上移和下迁.     

基于高通量测序的有机种植蔬菜地土壤微生物多样性分析

【目的】从微生物角度探究有机种植方式的优越性,揭示影响微生物群落多样性的环境因子,为建立合理的种植制度提供理论依据。【方法】以有机种植与常规种植方式的0~15和15~30 cm土壤为研究对象,采用高通量测序技术分析土壤微生物群落结构的差异,基于db RDA分析明确影响微生物群落结构的关键土壤环境因子。【结果】2种种植方式下土壤微生物的丰富度指数和多样性指数均以细菌高于真菌。有机种植表层0~15 cm土壤细菌和真菌群落的多样性、丰富度和物种的均匀度均较高,且与其他土层有显著差异(P<0.05,下同)。2种种植方式均表现为细菌以变形菌门、真菌以子囊菌门为优势菌门。有机种植方式显著提高细菌群落中放线菌门和绿弯菌门、真菌群落中担子菌门和球囊菌门的相对丰度,其中15~30 cm土层中放线菌门的相对丰度显著高于0~15 cm,而真菌2个菌门的相对丰度在不同土层间未表现出明显差别;常规种植则明显增加细菌中变形菌门和酸杆菌门及真菌中被胞菌门、壶菌门和捕虫霉门的相对丰度。有机种植能增加土壤中Haliangium和Mortierella等有益微生物类群的数量,常规种植则显著提升土传病害致病菌Ralstonia及植物病原菌Fusarium、Colletotrichum的数量和丰度。dbRDA分析表明,土壤环境因子对细菌群落的影响依次为全氮>全磷>有机质>pH>全钾,土壤环境因子对真菌群落的影响依次为全氮>全磷>pH>有机质>全钾。pH、有机质、全氮和全磷是显著影响土壤微生物群落结构的关键因子。【结论】不同土层起核心作用的微生物群落存在明显差异;有机种植能增加土壤中有益微生物菌群的丰度,降低土传病害及致病微生物的丰度。土壤全氮、全磷、有机质和p H是影响微生物群落结构的主要驱动因子。     

黄土丘陵区人工林土壤微生物PLFA标记多样性分析

为研究不同植被下土壤微生物群落结构多样性的差异,采用磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记法,对山西吉县黄土丘陵区典型人工林刺槐、油松以及荒草地的土壤微生物群落结构多样性进行分析研究。结果表明:不同植被下土壤微生物PLFA标记含量存在显著差异,刺槐人工林的土壤微生物PLFA总量最大,细菌、真菌、放线菌的PLFA含量均大于油松人工林和荒草地;细菌PLFA含量在3种样地中的差异显著;2种人工林的真菌PLFA含量接近,而与荒草地差异显著,与荒草地相比,人工林的种植可明显提高土壤中真菌的比例;革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌呈现相同的变化趋势,油松人工林与荒草地2种菌群的PLFA含量接近,而与刺槐人工林差异显著。通过相关性分析发现,不同植被下土壤细菌、真菌、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌各总PLFA与土壤养分因子之间密切相关;不同植被下土壤微生物群落多样性差异显著,刺槐人工林更为丰富,且各个菌群分布更为均匀,油松人工林土壤的微生物群落多样性及菌群分布均匀度与刺槐人工林土壤较为接近,荒草地土壤微生物群落多样性和均匀程度较2种人工林明显偏低。因此从微生物群落结构多样性的角度看,人工林的种植能够明显改善微生物群落结构,改善土壤质量;刺槐人工林是黄土丘陵区人工植被恢复的较好选择。      

土地利用方式对高寒地区湿地土壤细菌群落结构和多样性的影响

土地利用方式的改变会导致土壤生态系统功能发生改变,土壤微生物能够敏感地反映土壤质量及不同生态系统功能的演变.为研究土地利用变化对湿地微生物群落结构的影响,以三江平原3种典型的土地利用方式农田、湿地、林地为研究对象,采集其中的原始湿地、开垦后改种大豆田、林地3种土壤,采用基于细菌16S rRNA基因的高通量测序技术,研究上述土壤细菌的群落结构,并研究其与土壤环境因子间的关系.结果表明,不同土地利用方式土壤中的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria),但土地利用方式明显改变了土壤细菌属的组成和丰度.结合Chao指数和ACE指数,发现农田细菌生物丰富度显著高于林地土壤及湿地土壤,3种土壤中辛普森(Simpson)、香农(Shannon)指数几乎相同,说明细菌群落多样性没有明显差异.相关性分析表明,土壤pH值及有机碳含量是影响微生物群落组成的重要驱动因子.说明土壤利用方式改变后改变了土壤pH值、含水率及土壤养分含量,从而对细菌群落结构产生影响.     

有机种植对麦田土壤微生物群落影响

以麦田土壤微生物为研究对象,利用平板计数、微平板法(BIOLOG-ECO)、聚合酶链式反应与变性梯度凝胶电泳联用技术(PCR-DGGE)探究有机种植方式对麦田土壤微生物群落的影响。平板计数结果表明,在各土层中细菌数量最多,约为1.1×107 CFU/g。BIOLOG-ECO测定结果表明,有机种植表层土样中微生物活性最高,其252h平均颜色变化率(AWCD)达0.68,有机种植较之常规种植能够显著增加土壤微生物群落多样性(P0.05)。在麦田中施用有机肥初期可以提高表层土壤微生物利用碳源的能力。PCR-DGGE结果表明,有机种植的条带数明显多于常规种植,有机种植麦田中细菌种群更为丰富,有机种植可以增加土壤细菌多样性,且不同土层细菌多样性存在差异。对DGGE条带进行了测序分析,常规种植主要优势菌群归属为马赛菌属(Massiliasp.),有机种植中则是埃希氏杆菌属(Escherichiasp.)和志贺氏杆菌属(Shigellasp.)。综上,有机种植可丰富麦田土壤微生物群落,增加土壤微生物多样性。     

栽培方式对菜豆产量、品质及土壤养分的影响

通过田间试验,比较了有机、特别和常规栽培对菜豆产量、品质及土壤养分含量的影响.结果表明,尽管差异不显著,有机栽培的菜豆产最仍是最高的.硝酸盐含量是常规>有机>特别.维生素C、可溶性糖和粗蛋白也都是常规的最高,但差异不显著.有机栽培能够改善土壤的养分水平,其中速效磷含量显著高于特别和常规栽培下的速效磷含最,但速效钾、全氮、碱解氮、土壤有机质含量在3种不同栽培方式下差异不显著.相对于特别和常规栽培,有机栽培下土壤pH变化相对小且差异显著.     

土壤与基质栽培系统对生菜(Lactuca sativa)根际细菌群落的影响

以生菜（Lactuca sativa）“申选5号”与“罗莎红”为材料,采用PCR-DGGE 和Real-Time PCR 技术,分析了土壤栽培系统和基质栽培系统根际细菌群落的差异。Real-Time PCR 检测结果表明,基质栽培的两个生菜品种根际细菌数量均显著高于土壤（P<0.05）;PCR-DGGE图谱条带结果表明,根际细菌群落多样性基质高于土壤。栽培系统是造成多样性差异的主要原因,但也与品种有关：“申选5 号”基质的Shannon-Wiener 指数（H）,Simpson 指数（D）和均匀度（E）均显著高于土壤（P<0.05）;“罗莎红”基质的H 显著高于土壤,而D和E 无显著差异。结合土壤和基质理化性质的RDA 分析结果,土壤和基质具有不同的细菌群落,pH 值与硝态氮是塑造根际细菌群落的主要因子,含水量、碳氮比和有效磷与细菌群落的形成呈正相关。     

盐城滨海湿地土壤微生物群落的季节变化特征

为探讨盐城滩涂湿地典型生境土壤微生物多样性与群落结构特征及其季节动态，选择盐城滩涂湿地淤泥质光滩、互花米草群落、藨草群落、盐地碱蓬群落、芦苇群落5种典型生境，通过16S rRNA高通量测序技术对不同季节0～<10 cm(表层)、10～<30 cm(中层)、30～60 cm(深层)的土壤微生物群落特征进行分析。研究发现，不同生境间，淤泥质光滩微生物多样性高于有植被覆盖的滩涂湿地，且土壤微生物群落结构与植物群落差异较大。不同植物群落间，互花米草群落和芦苇群落土壤微生物多样性较高，土壤微生物群落结构上，互花米草群落和藨草群落相似，芦苇群落和盐地碱蓬群落相似。不同季节间，表层土壤微生物多样性差异较大，中深层土壤差异较小。表中层土壤秋季土壤微生物多样性最高；深层土壤中，互花米草群落秋季最高，本土植物群落夏季最高。总体上，互花米草入侵改变了土壤微生物群落组成结构特征，不同季节间土壤微生物多样性的季节变化规律也与本土植物群落存在一定差异。     

栽培方式对菜豆产量、品质及土壤养分的影响

通过田间试验,比较了有机、特别和常规栽培对菜豆产量、品质及土壤养分含量的影响。结果表明,尽管差异不显著,有机栽培的菜豆产量仍是最高的。硝酸盐含量是常规〉有机〉特别,维生素C、可溶性糖和粗蛋白也都是常规的最高,但差异不显著。有机栽培能够改善土壤的养分水平,其中速效磷含量显著高于特别和常规栽培下的速效磷含量,但速效钾、全氮、碱解氮、土壤有机质含量在3种不同栽培方式下差异不显著。相对于特别和常规栽培,有机栽培下土壤pH变化相对小且差异显著。     

不同蔬菜连作对土壤细菌DNA分子水平多态性影响的研究

 采用从土壤中直接提取微生物总DNA，并用细菌16S rDNA特异性引物进行PCR扩增、变性梯度凝胶电泳（DGGE）、克隆和测序等一系列分子生物学手段，研究了不同蔬菜连作对土壤中细菌群落结构的影响。结果表明,采自同一地区的土壤样品，其DGGE图谱的相似性很高；同时蔬菜连作对土壤中细菌的群落组成产生影响，这种影响同蔬菜作物种类和连作年限有关。研究结果还表明，所取土样中的细菌大多数为Proteobacteria 类细菌，另外Acidobacteria、Sphingobacteria和Actinobacteria 类细菌只占少量比例。     

PCR-DGGE技术分析生物膜工艺微生物群落多样性

为了揭示生物膜法工艺处理模拟生活废水过程总细菌群落结构的多样性,分别取系统启动初期和运行后期瓷板滑面、瓷板粗面、白胶板和黑实验台板上的附着生物膜,通过细胞裂解直接提取基因组DNA,以细菌通用引物进行16S rRNA基因V3区域PCR扩增,将PCR产物进行变性梯度凝胶电泳,获得微生物群落的DNA特征指纹图谱.结果表明,不同区段微生物群落间相似度最高达78.3％,最低达41.4％,不同生物膜样品既存在共同的微生物种属也存在特异微生物种属.但系统启动初期运行后期的生物膜群落结构较稳定,演替不明显.另外,对该生物膜群落的部分优势细菌进行了克隆测序和系统发育树分析,通过鉴定获得5条细菌16S rDNA序列,它们分别与梭状芽孢杆菌属、梭菌属和单胞菌属的同源性在97％以上,这些优势微生物在生物膜工艺去除有机物的过程中起重要作用.     

外来种互花米草盐沼土壤微生物16S rRNA特征分析——以江苏省潮间带为例*

 通过对互花米草盐沼和对应光滩的土壤微生物16S rRNA的特征检测,分析了外来种互花米草的侵入对潮间带生态系统土壤微生物多样性的影响。试验中采集了江苏滨海不同季节光滩与互花米草(Spartina alterniflora)盐沼的土壤,直接提取法分离得到其中的土壤微生物DNA,并采用Sepharose 4B吸附柱对DNA进行纯化,有效地去除了腐殖酸,得到纯度较高的DNA样品模板。通过选取特异引物扩增16S rRNA基因序列,得到了较清晰的结果:有差异的16S rRNA扩增片断通过DGGE被分开,形成可见条带;不同的样品由于其中的微生物多样性的差异,扩增出的条带数量及其在凝胶上的相对位置都有一定的差异。结果显示:互花米草盐沼与光滩的土壤微生物群落多样性皆较低,二者在互花米草生长初期其土壤微生物群落结构具有一定的相似性。但总体来说,外来种互花米草的种植较明显地改变了滩涂的土壤微生物群落结构;此外,滩涂土壤微生物群落随着季节的变化而发生了较大的改变。     

应用PCR-RFLP及PCR-TGGE技术监测农田土壤微生物短期动态变化

在一块农田里于一个月内连续采集5次土样，提取土样微生物总DNA，应用PCR-RFLP及PCR-TGGE技术监测土壤微生物的动态变化。结果表明，细菌16S rDNA和真菌18S rDNA的PCR-RFLP图谱在5个采样时间点上基本一致；细菌的PCR-TGGE图谱平均有40条带，其相似性在90％以上，真菌的平均有20条带，其相似性在70％以上。说明这块农田土壤细菌区系短期内变化不大，而真菌区系存在较小幅度的动态变化，并且细菌多样性远远高于真菌多样性。比较两种分子生物学方法的结果表明，PCR-TGGE技术比PCR-RFLP技术更能精确地反映土壤微生物的动态变化，并且能同时快速地对多个样品进行有效区分。     

用PCR-DGGE和16S rDNA测序解析吐温对绵羊瘤胃细菌多样性的影响

选取装置永久性瘤胃瘘管的中国美利奴绵羊,采用5×5拉丁方试验设计,在绵羊日粮中分别添加5或10 g/d Tween 20,3或6 g/d Tween 80,以空白为对照,采用PCR-DGGE技术研究不同水平的非离子表面活性剂Tween 20和Tween 80对绵羊瘤胃中细菌多样性的影响;对DGGE指纹图谱中的12个优势DNA条带的16S rDNA进行测序和序列分析,在线寻找其相似的细菌分类。结果显示,5个组之间DGGE指纹图谱的相似性在65.4%～75.4%。与对照组相比,除10 g/d吐温20组外,其他各组的细菌丰度均有不同程度的下降。DNA序列分析表明,DGGE图谱中优势条带的16S rDNA序列中有8个条带序列与GenBank中已知序列的相似性大于97%。受吐温20影响的细菌与Microbacteriumoxydans、Schlegelella aquatica、Brevundi monas sp.、Lachnospir-aceae和Methylobacillus sp.有较高的相似性;而受吐温80影响的细菌与Schlegelella aquatica、Acinetobacter soli和Microbacteriumoxydans有较高的相似性。日粮中添加吐温20和吐温80后,高剂量的吐温20使绵羊瘤胃中的优势菌种类增加,吐温80和低剂量的吐温20使优势菌种类下降。在绵羊瘤胃细菌中,受吐温20和吐温80影响的种类不同。     

冻融末期亚高山/高山森林土壤有机层细菌多样性

为了解季节性融冻末期亚高山/高山森林生态系统土壤有机层细菌多样性特征,应用DGGE方法研究了川西亚高山/高山地区4个典型森林群落(冷杉原始林、冷杉次生林、20年生粗枝云杉人工林、15年生粗枝云杉人工林)土壤冻结末期土壤有机层(OL)和矿质土壤层(MS)的细菌多样性。采用化学裂解法提取土壤有机层和矿质土壤层样品总DNA获得了很好的效果,纯化后的总DNA经降落式PCR扩增得到高特异性16SrDNAV3区片段。样品PCR扩增产物经DGGE分离得到大量条带,不同样品间分离所得条带的强度和位置均有差异,表明研究样地在冻融末期具有一定的细菌群落多样性。并且,OL细菌群落结构的相似性、Shannon-Wiener物种丰富度指数和Simpson物种优势度指数随其土壤层次和森林类型的变化而变化,表明冻融末期强烈的环境变化极大地影响了土壤细菌群落结构。另外,将研究地4个样点土壤有机层细菌10个特有条带进行克隆和序列测定,结果显示了耐低温、温度敏感和非敏感优势细菌群落。这些结果表明:冻融末期温度驱动的环境变化深刻影响了亚高山/高山森林OL细菌群落多样性。     

麦田土壤细菌群落16S rDNA V3片段PCR产物的DGGE分析

以郑州市郊冬小麦农田土壤为研究对象,利用改进的土壤DNA提取方法提取土壤微生物基因组,并采用降落式PCR和DGGE电泳技术对细菌16S rDNA V3区进行扩增和产物分离,分析了小麦4个生育时期3个土层深度的细菌群落变化.结果表明,麦田土壤细菌多样性极高,小麦整个生育期土壤中一直存在数种优势菌群.但各时期都有新的不同的细菌出现,整体表现为随着小麦的生长多样性逐渐增加,收获期减少.表层土壤各生育时期菌群数量变化较大,而深层土壤菌群数量变化较小.     

淹水培养过程中水稻土地杆菌科微生物群落结构变化特征

采用淹水非种植水稻土微环境模式系统,对水稻土进行1h和1、5、10、20、30d淹水培养,利用PCR-DGGE技术检测、多元统计分析淹水培养过程中地杆菌科微生物的群落结构和多样性变化规律及其影响因子。结果表明,淹水培养过程中地杆菌科微生物群落结构发生了明显的演替性变化:由r-对策优势种群演替至k-对策优势种群,且群落结构由不稳定向稳定演变(培养1h和1d处理间相似性最低,群落结构变化最大,20d和30d处理间相似性最高,群落结构变化最小);该过程中,地杆菌科微生物物种丰富度指数和Shannon-Weiner指数在1h处理中均为最小,5d处理的最大;CCA相关性分析表明,淹水培养过程中Fe(Ⅱ)浓度与群落结构多样性指数呈正相关,证实该类微生物对于异化铁还原能力具有重要作用;测序结果表明,19个优势DGGE条带与来自水稻土中的未培养地杆菌科微生物亲缘关系相近。     

东北山樱根际细菌群落结构多样性分析

利用PCR- DGGE技术研究了野生与栽培两种生境下东北山樱的表层和根际土壤细菌群落结构的差异,以及野生东北山樱根际与其周围优势植物根际细菌群落结构的区别.用细菌的16S rDNA特异引物,对东北山樱和相邻其他优势植物根区土壤中提取的总DNA进行PCR扩增,通过DGGE技术对PCR产物进行分析.结果表明:无论在栽培条件...     

长期施肥对红壤性水稻土细菌群落结构和数量的影响

 【目的】通过对土壤细菌数量和多样性的研究,揭示长期不同施肥制度对土壤微生物生态的影响规律,为中国稻田土壤科学施肥、维护健康土壤微生物生态系统及农业可持续发展等方面提供重要理论和实践依据。【方法】采用末端限制性片段长度多态性分析（T-RFLP）和实时定量（real-time）PCR方法,研究湖南省望城县施用化肥（NPK）和秸秆还田（NPKS）对水稻土细菌群落结构及其多样性和数量的影响。【结果】T-RFLP分析结果表明红壤性水稻土细菌的优势类群为变形菌（150 bp;相对丰度33%—37%）和放线菌（67 bp;相对丰度20%—25%）,施肥对土壤细菌群落结构及其多样性产生了显著影响。典范对应分析（CCA)表明不同处理间细菌群落结构差异显著,而土壤pH和有机碳是影响土壤细菌群落结构的主要因子。多样性指数分析（香农指数和均匀度指数）显示秸秆还田处理的土壤细菌多样性最高,施肥处理（氮磷钾配施和秸秆还田）的土壤细菌多样性均高于不施肥处理。通过实时PCR技术定量了3种施肥处理的土壤细菌数量（4.34×1010—10.94×1010 个拷贝16S rDNA每克土）,与不施肥相比,施肥后土壤细菌数量增加了50%—100%。【结论】长期施肥对红壤性水稻土细菌群落结构及其多样性和数量均产生了深刻的影响,长期化肥和秸秆还田,土壤质量和土壤肥力提高,土壤细菌种群多样性和数量显著增加。