Indication of Soil Microbial Activity by Electrical Signals of Microbial Fuel Cells with Re-Vegetated Red Soils

Electrical signals generated by microbial fuel cells (MFCs) may potentially indicate overall soil microbial activity. This study aimed to validate whether a significant correlation existed between soil microbial activity and electrical signals in different soils. Re-vegetated red soils with four vegetation types and unplanted eroded red soil were collected and packed into MFCs. The voltage of the MFCs was recorded during operation. Electrical signals including start-up time (ST), peak voltage, and coulomb quantity were extracted from the voltage curves. Soil dehydrogenase activity (DHA) was determined as a reference method to verify the reliability of the electrical signals. After MFC operation, the anodic bacterial community was analyzed by Illumina sequencing based on the 16S rRNA gene. The results indicated that ST was significantly correlated with DHA, along with soil organic carbon content. The linear regression model described the optimal relationships for ST and DHA. Clostridium and Acinetobacter constituted the dominant genera on the anode of the MFCs. The results demonstrated that ST may indicate soil microbial activity in re-vegetated red soils.     

健康与感染青枯病烟株根际土壤与茎秆真菌群落结构与多样性

为研究感染青枯病后烟株根际土壤与茎秆真菌群落结构与多样性的变化,对健康和感染青枯病烟株的根际土壤、病株茎秆发病组织和健株茎秆健康组织等样品中真菌ITS区的rDNA进行了PCR扩增、用Illumina MiSeq测序技术对扩增DNA片段进行高通量测序,并分析不同样品的真菌群落组成与多样性。结果表明,所有烟株根际土壤中优势门为子囊菌门Ascomycota和接合菌门Zygomycota;所有茎秆样品中优势门为担子菌门Basidiomycota和子囊菌门。在属水平,被孢霉属Mortierella、镰刀菌属Fusarium和隐球菌属Cryptococcus为所有土壤中的主要菌属,Boeremia主要存在于发病烟株根际土壤中,而木霉属Trichoderma主要存在于健康烟株根际土壤。发病茎秆病害组织中优势属为小画线壳属Monographella、隐球菌属、鬼伞属Coprinopsis和赤霉属Gibberella;发病茎秆病健交界处组织中优势属为隐球菌属、红酵母属Rhodotorula和小画线壳属。健康烟株茎秆组织中优势属为隐球菌属、链格孢属Alternaria和红酵母属;健康烟株中与发病茎秆病健交界处组织等高茎秆中优势属为镰刀菌属、隐球菌属、链格孢属和Gibellulopsis。青枯菌侵染烟株后根际土壤、发病茎秆病害组织和发病茎秆病健交界处组织的真菌群落中物种丰富度与多样性均显著提高,且发病茎秆病害组织与发病茎秆病健交界处组织真菌群落的变化大于根际土壤。研究结果为烟草青枯病的生物防治提供了参考。     

甘蔗根际土壤 AM 真菌群落季节性变化研究

为了探明甘蔗根际土壤 AM 真菌群落季节性变化规律及其影响因素，2016 年 4 月、8 月、10 月和 12 月在里建甘蔗试验基地，采集 4 个施肥水平（0%、25%、50%、100%）下的甘蔗根际土壤，采用高通量测序技术分析不同施肥水平下 AM 真菌群落季节变化规律。结果表明：4 个季节共检测到 10 属 AM 真菌，AM 真菌 Chaol、Shannon-Wiener 指数 Shannon-Wiener 和 Invsimpson index 指数从春季到冬季呈先降后升的趋势，夏季最低；4 个季节共检测出 281 个 AM 真菌 OTUs（operational taxonomic units），春季、夏季、秋季、冬季的 OTUs 数目分别为160、68、103、198 个。4 个季节甘蔗根际土壤中球囊霉属（Glomus）占有绝对的优势，之后是类球囊霉属（Paraglomus）和多样孢囊霉属（Diversispora）。此外，也有少量的原囊霉属（Archaeospora）、巨孢囊霉属（Gigaspora）、无梗囊霉属（Acaulospora）、盾巨孢囊霉属（Scutellospora）和两性球囊霉属（Ambispora）。不同季节 AM 真菌群落组成差异显著，但总体来说冬季和春季种群结构相似，夏季和秋季相似，而夏季和秋季的 AM 真菌种类比春季和冬季的 AM 真菌种类多。     

长期施用尿素对东北黑土中氨氧化古菌群落的影响

【目的】表征34年施肥条件下东北黑土中氨氧化古菌（AOA）群落特征,明确不同尿素水平对其丰度和群落结构的影响,并与土壤化学性质进行关联分析,探讨引起影响东北黑土中AOA群落变化的主效环境因子,为进一步揭示黑土土壤硝化作用过程和机制,以及改良施肥方式提供依据。【方法】依托黑龙江省农业科学院34年长期定位试验,选取3组不同施肥处理：无尿素组（对照CK和磷钾处理PK）、一倍尿素组（单施一倍氮肥处理N₁,氮磷处理NP,氮磷钾处理NPK和氮钾处理NK）和二倍尿素组（单施二倍氮肥处理N₂）共7个处理的耕层土壤为研究对象,借助454高通量测序和Real-time PCR技术,以AOA Arch-amoA基因为分子标靶,解析不同尿素水平对黑土中AOA群落组成和丰度的影响,并对AOA群落结构与环境因子进行相关性分析。【结果】随着尿素施用量的增加,黑土中AOA 的Arch-amoA拷贝数由2.64×10⁷/g土壤显著降低至8.34×10⁵/g土壤,且黑土pH是引起其数量降低的直接原因;OTU水平上的聚类和非度量多维度分析（NMDS）结果均表明,相同尿素水平的各处理AOA群落结构相似,不同尿素水平处理间的AOA群落差异显著;冗余分析表明,土壤pH、水溶性有机碳和硝态氮浓度是影响土壤AOA群落变化的主效环境因子（P＜0.05）;系统发育分析表明,东北黑土中AOA主要有Nitrososphaera和Nitrosotalea两个属：无尿素组中99.3%和一倍尿素组中90.1%的Arch-amoA序列归类于Nitrososphaera,二倍尿素组中67.9%的Arch-amoA序列归类于Nitrosotalea。【结论】本研究表征了长期不同施肥下黑土中的AOA群落特征,通过与土壤化学性质耦合分析,确定了引起黑土中AOA群落变化的主要因素。长期施用氮肥的黑土中,AOA Arch-amoA拷贝数和群落结构受尿素施用量的影响显著,低倍尿素提高其多样性,而高倍尿素则使之降低,土壤pH、有机碳和硝态氮浓度是导致AOA群落差异主要因素。     

健康和患病凡纳滨对虾幼虾消化道菌群结构的比较

凡纳滨对虾养殖过程中,早期阶段是病害易感阶段,而消化道菌群结构与对虾健康关系密切。因此,探讨幼虾的消化道菌群尤其是弧菌类细菌与对虾发病的关系对病害有效防治具有重要意义。本实验采用Illumina测序研究了凡纳滨对虾健康和患病幼虾的消化道细菌群落结构,并基于纯培养和16S r DNA,rec A和pyr H基因序列比对,分析了幼虾消化道中弧菌的主要种类组成。结果发现,健康幼虾消化道中α-变形菌纲和厚壁菌门丰度较高,而患病幼虾中γ-变形菌纲、拟杆菌门、放线菌门和β-变形菌纲较高,其中放线菌门丰度差异显著。基于科水平的响应比分析,发现患病幼虾消化道中动性球菌科和噬菌弧菌科的丰度显著降低,而弧菌科的丰度显著升高。相似度分析发现,驱动群落变异的OTU主要来源于弧菌属、海洋杆状菌属、冷杆菌属、假交替单胞菌属以及未分类至属的红杆菌科和微杆菌科。健康幼虾消化道弧菌组成以锡那罗亚州弧菌为主,而患病幼虾消化道弧菌组成以坎氏弧菌为主。尽管健康和患病幼虾消化道内细菌群落结构整体差异不显著,但一些重要类群丰度变化显著,其特征与已知的生态功能一致。     

中国毛虾贮藏过程细菌群落多样性分析

为了揭示常温条件下虾皮在不同贮藏时期细菌种群分布及优势菌变化规律,进一步确定微生物类型与虾皮贮藏期质量品质之间的相关性,采用传统分离与Illumina MiSeq测序相结合的方法,对25℃和37℃2种贮藏温度下虾皮的微生物多样性、优势种群及其变化规律进行分析。结果表明,采用传统培养法共鉴定出虾皮中2个属(Staphylococcus和Bacillus)的4种细菌,菌相相对单一,而通过Illumina MiSeq测序技术,共鉴定出12个属的细菌。贮藏过程中,虾皮细菌菌群的丰度均呈降低趋势,多样性由丰富到单一。在25℃和37℃贮藏条件下虾皮优势腐败菌均是碱杆菌(Alkalibacillus)、葡萄球菌(Staphylococcus)及芽孢杆菌(Bacillus),而不同贮藏时期细菌菌群结构有所差异。25℃贮藏9 d后以及37℃贮藏6 d后虾皮细菌群落结构发生显著变化,37℃下贮藏虾皮菌群结构变化较快。相对传统培养法,Illumina MiSeq测序方法可获得关于细菌群落变化更丰富和准确的数据,提供了更加完整和真实的微生物多样性和群落结构信息。本研究结果为揭示虾皮贮藏过程中品质影响的微生物作用机制和虾皮多样化产品开发及质量控制提供了理论依据。     

利用Illumina高通量测序对复合重金属污染下根际和非根际稻田土壤细菌的研究

There is an increasing concern about rice (Oryza sativa L.) soil microbiomes under the influence of mixed heavy metal contamination.We used the high-throughput Illumina MiSeq sequencing approach to explore the bacterial diversity and community composition of soils in four paddy fields,exhibiting four degrees of mixed heavy metal (Cd,Pb and Zn) pollution,and examined the effects of these metals on the bacterial communities.Our results showed that up to 2 104 to 4 359 bacterial operational taxonomic units (OTUs) were found in the bulk and rhizosphere soils of the paddy fields,with the dominant bacterial phyla (greater than 1％ of the overall community) including Proteobacteria,Actinobacteria,Firmicutes,Acidobacteria,Gemmatimonadetes,Chloroflexi,Bacteroidetes and Nitrospirae.A number of rare and candidate bacterial groups were also detected,and Saprospirales,HOC36,SC-I-84 and Anaerospora were rarely detected in rice paddy soils.Venn diagram analysis showed that 174 bacterial OTUs were shared among the bulk soils with four pollution degrees.Rice rhizosphere soils displayed higher bacterial diversity indices (ACE and Chao 1) and more unique OTUs than bulk soils.Total Cd and Zn in the soils were significantly negatively correlated with ACE and Chao 1,respectively,and the Mantel test suggested that total Pb,total Zn,pH,total nitrogen and total phosphorus significantly affected the community structure.Overall,these results provided baseline data for the bacterial communities in bulk and rhizosphere soils of paddy fields contaminated with mixed heavy metals.