连作年限对设施百合土壤微生物多样性的影响

为探究不同年限连续栽培百合的设施土壤细菌和真菌群落组成变化及其与环境因子间的关系,采用Mi Seq高通量测序技术,对连作4年(C4)、连作5年(C5)和连作7年(C7)设施百合红壤中细菌和真菌群落组成和多样性的变化进行了研究。结果显示,所有样品测序后获得细菌和真菌有效序列分别是249003和451044个,细菌和真菌OTUs总数分别是906和298个。Alpha多样性分析显示,随连作年限延长设施百合红壤中细菌香农指数和辛普森指数显著升高,真菌香农指数和辛普森指数显著下降。在物种组成分析中,属于细菌优势菌种的有变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinomycetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi),且C4、C5和C7处理土壤中优势菌种占细菌总数比例分别是85.17%、81.04%和81.64%;而真菌菌门中,只有子囊菌门(Ascomycota)一个优势菌种,并且C4、C5和C7处理土壤中优势菌种占真菌总数比例分别93.69%、92.20%、84.31%。不同连作年限土壤中,子囊菌门镰刀菌属(Fusarium)丰度比例达44.02%～58.83%。相关性分析显示,p H值、有机碳、总氮与变形菌门、放线菌门、酸杆菌门丰度显著相关;p H与青霉属(Penicillium)显著正相关,与镰刀菌属显著负相关。由此可以认为,连作后土壤细菌微生物群落多样性指数显著上升,真菌微生物多样性显著下降,同时土壤中细菌的优势菌种有变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门,在真菌群落组成中子囊菌门占主导,连作后子囊菌门中占主导地位的镰刀菌属数量的增长可能是引起设施百合红壤连作障碍的主要原因之一。     

基于基因组重测序数据高效筛选梨SSR标记多态性引物

【目的】基于重测序数据开发一种快速筛选样品间SSR标记多态性的方法。【方法】通过基因组重测序技术对2个砂梨品种'早生新水’和'秋水’、1个西洋梨栽培品种'早红考密斯’以及3个梨属野生种豆梨、川梨和杜梨进行重测序,对已报道的446对梨SSR引物和新开发16对引物进行多态性测试,使用Magicblast匹配测序产生的Reads到上述SSR位点序列,获得SSR两侧保守序列之间的长度,筛选出多态性的引物。使用荧光PCR对部分筛选出的多态性引物进行验证。【结果】单个SSR位点在不同样品间获得匹配的平均Reads数能够超过16条,每个样品均获得了220个以上位点的信息,380对引物在不同样品间能够获得多态性的片段。精确分析了梨LG3早熟候选区域29个SSR位点在'早生新水’和'秋水’中的扩增情况,共鉴定出9个多态性表现好的位点。荧光PCR验证结果显示,通过预备筛选的引物表现出良好的多态性。【结论】本研究的方法一次能够筛选多对SSR引物,在常规PCR前可以预先获得不同引物的多态性信息,从而提高引物筛选效率。本方法不仅能应用于梨重测序数据快速筛选SSR引物,对其他动植物上的类似研究同样适用。     

菌株Trametes hirsuta zlh237发酵液对污染土壤中多环芳烃的降解及群落结构分析

[目的]利用中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室分离获得的菌株Trametes hirsuta zlh237,研究生物强化(接种菌株T.hirsuta zlh237发酵液)对污染土壤中3种多环芳烃(PAHs)[Phenanthrene、Pyrene和Benzo[a]pyrene(BaP)]的降解效果,为该菌株在PAHs污染土壤中的应用提供科学依据.[方法]采用高效液相色谱(HPLC)检测7个处理土壤(接种菌株T.hirsuta zlh237发酵液的Phenanthrene、Pyrene和BaP污染土壤分别标记为PheBA、PyrBA和BaPBA,接种灭菌发酵液的污染土壤分别标记为Phe、Pyr和BaP,原始土壤标记为CK)中3种PAHs含量,利用ABTS法检测土壤中漆酶活性,并运用高通量测序技术分析修复后土壤中细菌群落结构的变化.[结果]菌株T.hirsuta zlh237在3种PAHs污染土壤中均能生长,接种菌株发酵液15 d后,3种PAHs均有一定降解,其中BaP降解效果最佳,降解率达33.99%;且菌株T.hirsuta zlh237在3种污染土壤中均能分泌漆酶.高通量测序Alpha多样性指数分析结果表明,污染土壤接种菌株T.hirsuta zlh237发酵液后,Chao1指数和Shannon指数显著增加(P<0.05),不同处理土壤样品的Chao1指数和Shannon指数排序均为:PheBA>PyrBA>BaPBA>CK>Phe>Pyr>BaP.Beta多样性的主成分分析(PCA)结果表明,接种菌株T.hirsuta zlh237发酵液能改变污染土壤细菌群落结构组成;在门分类水平上,污染土壤样品中变形菌门(Proteobacteria)为优势门;在属分类水平上,接种菌株T.hirsuta zlh237发酵液的污染土壤样品中鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)为优势菌属,接种灭菌发酵液的污染土壤Phe和Pyr样品中苯基杆菌属(Phenylobacterium)为优势菌属,而BaP样品中假单胞菌属(Pseudomonas)为优势菌属.[结论]菌株T.hirsuta zlh237发酵液在PAHs污染土壤中能分泌漆酶,对3种PAHs均有一定的降解效果,且能改变污染土壤细菌群落结构组成,在一定程度上对PAHs污染土壤有较好的修复效果.     

球等鞭金藻三级培养过程中细菌群落多样性分析

球等鞭金藻三级培养过程中生长差异明显,在完全灭菌的一级培养中生长最佳,在未灭菌的三级培养中生长最差。为揭示培养过程中藻际细菌群落多样性与其生长差异的相关性,以球等鞭金藻(Isochrysis galbana)为研究对象,利用Illumina HiSeq平台通过高通量测序的方法对球等鞭金藻三级培养过程中细菌群落多样性进行研究。结果表明,一、二、三级培养组之间的藻际细菌群落组成差异明显。Shannon和Simpson指数分析说明,一级培养组中细菌群落多样性显著低于二级和三级培养组。MetaStat分析发现,一级和三级培养组之间存在两株丰度显著差异的细菌,其中麦氏交替单胞菌(Alteromonas macleodii)在三级培养下丰度显著高于一级,而红球菌(Rhodococcus erythropolis)相反。进一步通过2216E平板涂布法分离并鉴定了麦氏交替单胞菌等17株球等鞭金藻藻际环境细菌;系统进化树构建结果显示,整个进化树分成13个分支,分别对应13个属,包括交替单胞属(Alteromonas)、假交替单胞属(Pseudoalteromonas)、海杆菌属(Marinobacter)等。本研究结果为探索藻菌互作机理奠定了基础,有助于提高水产养殖过程中球等鞭金藻的产量和质量。     

温度胁迫对幼体大海马基因转录表达的影响

为探究大海马幼体在高温和低温胁迫条件下基因表达水平的变化规律,采用Illumina平台的PE150测序功能对大海马幼体肝脏进行了转录组测序。对照组、高温胁迫组和低温胁迫组测序数据组装后获得22 513个单基因簇(Unigene),N50为2 223 bp,平均长度为1 122.71 bp。与对照组相比,高温胁迫组共获得14 009个差异表达基因,其中5 543个差异表达基因上调,8 466个差异表达基因下调;低温胁迫组共获得20 030个差异基因,14 016个差异表达基因上调,6 014个差异表达基因下调。差异表达基因经KEGG数据库富集发现,高/低温胁迫均导致大海马体内抗氧化途径相关基因表达(HSP70、HSP90、SOD等)发生显著改变;另外,高温胁迫还造成大海马免疫系统相关基因(PIK3R、Akt、IL-10、TLR等)以及细胞凋亡相关基因(CYCS、CASP9、CASP3等)表达显著改变;低温胁迫造成DNA损伤修复(MSH、DDB2、XRCC2、RAD52、Ogg1、PMS2等)、脂肪酸代谢(StARD7、ApoA4、CYP51、Fadsd6等)和细胞凋亡(P21、P53、BAX等)相关基因显著上调。选择HSP70、Fadsd 6与IL-10等13个差异基因验证,RT-qPCR结果与RNA-Seq测序结果基本一致。本研究结果为深入探究大海马温度应激的调控机制奠定了一定的理论基础,而且有助于预防极端温度对大海马造成损伤。     

东北黑土nirS型反硝化细菌群落和网络结构对长期施用化肥的响应

【目的】探明长期施用氮磷钾化肥对东北黑土农田土壤nirS型反硝化细菌群落和网络结构的影响,为更加合理的肥料配施提供理论依据。【方法】基于农业农村部黑龙江耕地保育与农业环境科学观测实验站平台,选取不施肥(NoF)、氮肥(N)、磷肥(P)、钾肥(K)、氮钾肥(NK)、氮磷肥(NP)、磷钾肥(PK)、氮磷钾肥(NPK)8个施肥处理,借助荧光定量PCR、Illumina MiSeq高通量测序和分子生态网络技术,分析东北黑土nirS型反硝化细菌丰度、群落及网络结构,及影响反硝化细菌群落变异的主要环境因子。【结果】1)长期施用氮肥均在显著增加nirS基因拷贝数的同时,降低了nirS型反硝化细菌的群落多样性,而磷、钾肥对其影响并不显著。2)Proteobacteria是所有处理中的优势反硝化细菌门,相对丰度为16.96%~27.34%,且氮肥的施用促进了隶属于该菌门中Bradyrhizobium的生长。3)PCoA分析结果显示,8个施肥处理nirS型反硝化细菌群落主要分成施氮肥和不施氮肥两组,说明长期氮肥的施用显著改变了东北黑土反硝化细菌的群落结构。结合Mantel test的结果可知,土壤pH是影响nirS型反硝化细菌群落改变的主要因素。4)分别构建施氮肥和不施氮肥的反硝化细菌分子生态网络,发现施氮肥和不施氮肥网络结构存在很大差异,长期施用氮肥明显简化了nirS型反硝化细菌的网络结构,同时使其网络结构稳定性降低,易受外界环境扰动。【结论】尽管施用化学氮肥有利于土壤养分的增加,但其土壤nirS型反硝化细菌群落及网络结构发生了较大改变,而磷、钾肥的施用对反硝化细菌群落无显著影响。本试验结果为进一步研究东北黑土区农田土壤反硝化微生物对不同施肥管理的响应机制提供了重要科学依据。     

秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同时期土壤酶活性及细菌群落结构的影响

  【目的】  通过研究秸秆还田下氮肥运筹对夏玉米不同生育期土壤酶活性和细菌群落结构的影响，揭示土壤细菌群落对不同施肥措施的响应规律，为调节土壤养分，提高作物产量，改善土壤生物功能提供科学依据。  【方法】  基于河南农业科学院原阳试验基地5年连续定位试验，选取不施肥 (CK)、单施化肥 (氮肥基追比1∶1，N)和秸秆全量还田下氮肥基追比1∶1 (SN1)、1∶1.5 (SN2) 和1∶2 (SN3) 共5个处理，于2016年夏玉米抽丝期和收获期采集0—20 cm土壤样品，采用常规方法测定土壤基础理化性质，采用荧光微型板酶检测技术测定土壤酶活性，采用Illumina Miseq高通量测序方法测定土壤细菌群落结构。  【结果】  秸秆还田下氮肥基追比对玉米产量及氮肥利用率产生明显影响，相比于N处理，SN1处理显著增产9.98%；SN1和SN2处理氮肥利用率分别提高9.83、5.10个百分点。在夏玉米抽丝期和收获期，相比于N处理，秸秆还田下各氮肥运筹处理不同程度地提高了土壤pH、有机碳、全氮和速效钾含量，其中均以SN1处理增幅最为明显。在玉米抽丝期，除土壤磷酸酶外，SN1处理土壤酶活性均为最高；SN1处理对收获期土壤β-葡萄糖苷酶、纤维二糖甘酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和酚氧化酶活性的促进最明显。细菌群落除抽丝期SN1与CK处理Shanno指数显著高于N处理而Simpson指数显著低于N处理外，其余处理间差异不显著。各施肥处理下门水平和纲水平的主要优势种群均为变形菌门、放线菌门和α-变形菌纲和放线菌纲。线性判别效应分析 (LEfSe) 显示，不同生育期比较，抽丝期最大LDA（linear discriminant analysis) 值为酸杆菌纲，收获期为芽单胞菌纲；而同一生育期各处理间比较，抽丝期各处理最大LDA值均为变形菌门的α-变形菌纲，收获期均为γ-变形菌纲。典范对应分析表明，抽丝期土壤pH (P = 0.002)、有机质含量 (P = 0.004) 和收获期土壤pH (P = 0.03)、硝态氮 (P = 0.036)、速效钾 (P = 0.044) 含量对细菌群落结构产生显著影响。  【结论】  土壤pH、有机碳、硝态氮和速效钾含量是影响细菌群落结构变化的主要因素。秸秆还田条件下，氮肥运筹显著影响土壤酶活性和细菌群落结构，氮肥基追比为1∶1时可显著提升土壤养分含量和酶活性，提高δ-变形菌纲、绿弯菌纲和TK10 (未分类) 相对丰度，从而更有效地促进秸秆分解和转化，发挥有机质调节土壤养分释放、减少养分损失的作用，最终提高玉米产量和氮肥利用率。