不同经营强度下毛竹丛枝菌根共生体对氨氧化微生物的影响

利用原位微宇宙试验将丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌菌丝与根系区分,设置菌根室(RA)和菌丝室(AH)两个分室处理,以粗放经营(extensive management,EM)毛竹林为对照,研究集约经营(Intensive management,IM)条件下毛竹林土壤丛枝菌根共生体对氨氧化微生物群落的影响及其响应机理。结果表明,无论集约经营还是粗放经营AH处理土壤pH均显著降低,且集约经营毛竹林AH处理土壤碱解氮显著降低;不同分室处理对硝化势没有显著影响,但集约经营毛竹林RA处理土壤硝化势显著高于粗放经营;集约经营之后氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)基因丰度显著降低,而氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)基因丰度则在两种经营强度的AH处理中显著降低。不同经营强度和分室处理并未对氨氧化微生物群落组成结构产生显著影响,但网络分析显示集约经营毛竹林氨氧化微生物之间的互作和共生关系优于粗放经营,粗放经营毛竹林氨氧化微生物之间的竞争更为激烈。研究结果为更好地理解毛竹林AM真菌与氨氧化微生物之间的互作关系提供了理论基础。     

应用岩棉缓解水分胁迫对番茄的生长生理影响

  目的  探索盆栽模式下,岩棉材料及其不同埋设方式对土壤水分保蓄能力和植物栽培的实用效果。  方法  以番茄Lycopersicone sculentum幼苗为研究对象,设置植根下部埋设块状岩棉(BR)、环根周埋设片状岩棉(FR)和埋设惰性不吸水材料(ck) 3个处理,模拟水分胁迫下的植株生长;监测土表下5 cm处土壤含水量、番茄生育期内生长和生理指标变化。  结果  等量灌水条件下,土壤容积含水量从大到小依次为BR、FR、ck,岩棉处理显著高于对照(P＜0.05)。同一生长期内岩棉处理(BR和FR)番茄株高、地茎、叶片数、最大叶面积、根长和干质量等指标均高于ck;不同岩棉埋设方式对同期植物的生长指标影响不显著,结果末期BR处理根长显著高于FR处理(P＜0.05),同期番茄叶片叶绿素a质量分数、总叶绿素质量分数和相对含水量等从大到小依次为BR、FR、ck,而丙二醛质量摩尔浓度、脯氨酸质量分数和过氧化物酶活性从大到小依次为ck、FR、BR。  结论  岩棉材料可以有效提高盆栽土壤蓄水保水能力,缓解水分胁迫对盆栽植物生长及生理特性的不利影响,其中植根下部埋设块状岩棉(BR)对缓解水分胁迫、促进植物根系定植效果更佳。图3表1参31     

3种竹子内生固氮菌特征及多样性

  目的  了解不同竹子内生固氮菌及其定殖土壤根区固氮菌的特征和生物多样性。  方法  以毛竹Phylloslachys edulis、狭叶青苦竹Pleioblastus chino、孝顺竹Bambusa multiplex叶部、根部及定植土壤为对象，设计nifH固氮基因引物，采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和随机克隆技术，通过聚类分析、Shannon多样性指数分析构建系统发育树。  结果  不同竹子根区土壤之间、同一竹种根部与叶部之间、不同竹种同一器官之间、根区土壤与植物之间的固氮菌群落结构差异明显，同一竹种叶部或根部的重复样品相似度均不高；根部内生固氮菌种类总体多于叶部，土壤固氮菌与根部内生固氮菌相似度高于叶部。不同竹种不同器官间固氮菌Shannon多样性指数差异显著，孝顺竹叶部(2.73)与土壤(2.70)大于根部(2.53)(P＜0.05)，狭叶青苦竹根部和毛竹根部大于叶部和土壤(P＜0.05)。植物样品随机克隆测序对比得到83株固氮菌，仅12株为可培养固氮菌株，分别属于慢生根瘤菌属Bradyrhizobium、Dechlorosoma、固氮螺菌属Azospirillum、肠杆菌属Enterobacter、Kosakonia、变形杆菌属Gammaproteobacteria、红长菌属Rubrivivax和Azohydromonas。系统发育树结果表明:3种竹子内生固氮菌明显不同于其他植物。  结论  土壤环境、竹子种类及组织器官均能影响竹子内生固氮菌的结构特征和多样性，定殖于根部的内生固氮菌多样性显著高于叶部。3种竹子内生固氮菌种类与已报道的禾本科Gramineae植物差异显著。图4表4参30     

毛竹入侵森林对固氮微生物群落结构和丰度的影响

【目的】 毛竹入侵能够对生态系统的各个方面产生影响,包括森林生态系统氮循环。生物固氮是森林生态系统氮循环的重要一环,研究毛竹入侵过程中土壤固氮微生物的变化,可为毛竹入侵对生态功能影响的评价提供理论依据。 【方法】 选取天目山自然保护区的三个毛竹入侵带 (青龙山、石门洞和进山门),分别在三个入侵带中沿毛竹入侵方向采集毛竹纯林、毛竹与原林混交林以及原林地的表层土壤,分析pH、有机碳、碱解氮、有效磷和速效钾等土壤化学性质,应用基于nifH功能基因的末端限制性片段长度多态性 (T-RFLP) 和荧光定量PCR (qPCR) 技术,分析土壤固氮微生物群落结构和丰度的变化。 【结果】 毛竹入侵后土壤化学性质呈现三种不同情况,在三个入侵带中总体上升的有pH、有机碳、碱解氮、有效磷,下降的为速效钾,而硝态氮的变化均不显著,总体上,土壤养分含量在毛竹入侵后有所上升。土壤固氮微生物的丰度随毛竹入侵过程降低,其中进山门入侵带的变化显著 (P < 0.05)。土壤固氮微生物T-RFLP的结果显示,48 bp在三个入侵带中均为优势片段;不同的T-RFs在毛竹入侵过程中变化各异,有的片段在毛竹入侵后消失,有的片段在毛竹入侵后出现,有的片段变化不显著。土壤固氮微生物群落的Shannon指数和均匀度指数随毛竹入侵降低,Simpson指数相反,这些指标只在石门洞入侵带的不同林分之间存在显著差异 ( P < 0.05);多响应置换过程分析 (MRPP) 显示,石门洞和进山门入侵带毛竹入侵前后土壤固氮微生物群落结构有显著变化 ( P < 0.05);冗余分析 (RDA) 结果表明,土壤性质对固氮微生物群落变化的解释率普遍较低 (低于30%),三个入侵带显著影响土壤固氮微生物群落变化的土壤化学性质各不相同,并且三个入侵带的样点在RDA坐标图中分布格局并不统一。 【结论】 即使同一自然保护区的三个毛竹入侵带,土壤固氮微生物群落随着入侵过程的变化并不一致,母岩和原有植被产生的综合作用导致土壤固氮微生物群落发生变化,但需结合更多的因素进行进一步地探讨。      

评价芽孢杆菌脂肽产量及底物碳利用效率的新方法

芽孢杆菌Bacillus代谢产生的脂肽类物质具有抗菌、抗肿瘤、抗病毒等多种生物活性,但芽孢杆菌脂肽产量普遍较低。探索高产量的培养条件是开发利用的重点,而简单快速的产量评价方法则可大大提高条件探索的效率。以解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens WK1为试验菌株,首先通过含发酵液培养基对病原菌的抑制实验确定最佳培养时间,然后设计初始pH值分别为5,6和7的培养基生产脂肽物质,通过测定发酵液酸沉降前后总有机碳的差值,推算脂肽类物质粗提物的产量（差减法）,以传统的重量法为对照。结果表明:试验所用的解淀粉芽孢杆菌WK1菌株的最佳发酵时间为72 h。重量法与差减法所测得的不同处理脂肽物质产量差异规律相同,从高到低依次为pH 6,pH 7,pH 5,两者的相关性系数为0.563 2（n=9）,但相同初始pH值条件下差减法所得的脂肽物质产量均高于重量法。初始pH值为5条件下脂肽物质合成效率和二氧化碳排放量均最低,初始pH值为6与pH值为7条件下二氧化碳排放量相同,为700 mg·kg-1,但初始pH值为6条件下产脂肽物质产量（1 228 mg·L-1）和脂肽物质合成效率（234 mg·kg-1）最高。可见,差减法是评价脂肽产量的简单快速而有效的方法。     

荧光标记解淀粉芽孢杆菌WK1在山核桃树体和土壤中的定殖规律

为探明解淀粉芽孢杆菌WK1在山核桃树和林地土壤的定殖动态及其最佳接种方式,采用电击转化方法导入绿色荧光蛋白(GFP)质粒,构建荧光标记菌株(GFP-WK1)。通过叶面喷施(喷叶法)、根系浇灌(灌根法)和树干滴注(挂液法)3种方式接种GFP-WK1菌液,定期测定GFP-WK1在山核桃树体和土壤中的定殖数量,以及不同土壤pH条件下GFP-WK1在山核桃幼苗根、茎、叶中的定殖量,分析GFP-WK1的定殖能力和移动规律。结果表明:GFP-WK1能够通过喷叶法、灌根法和挂液法的方式在土壤和山核桃树体定殖,GFP-WK1在山核桃树体和土壤之间有良好的移动性,定殖量可保持在10⁴~10⁶ CFU·g^-1。相较于灌根法和喷叶法,挂液法处理下GFP-WK1定殖稳定。不同土壤pH条件下,GFP-WK1在山核桃幼苗中的定殖量均表现为根>茎>叶,在pH值为6.8的土壤条件下定殖效果最好,植物体内的定殖量也相对较高。从短期定殖效果和施用方便的角度,田间实际应用推荐灌根法,并将土壤pH值调到6.8;长期使用的话,建议选择挂液法,以保证树体的菌株定殖量稳定。     

集约经营对毛竹林土壤反硝化细菌丰度的影响

为探究集约经营过程中反硝化细菌丰度的变化情况,采用实时荧光定量PCR(real-time PCR)方法,对集约经营0(CK)、10、15、20、25 a毛竹林表层(0～20 cm)和亚表层(20～40 cm)三种反硝化细菌nirK、nirS、nosZ丰度进行分析。结果表明:毛竹林土壤反硝化细菌基因丰度(1.45×10~6～3.03×10~8 copies·g~(-1)干土)高于其他生态系统。随着集约经营时间的增加,两层土壤的三种功能基因丰度在集约经营10年时表现增加或不变的一致规律。除表层土壤nirS基因外,三种功能基因在集约经营过程的某一阶段(15或20 a)出现不同程度的下降;但集约经营持续25 a时,除表层土壤nosZ基因丰度仍低于对照外,其他基因丰度均恢复甚至超过对照水平,说明土壤反硝化细菌表现出对集约经营干扰的抵抗和恢复反应。表层nirS和nosZ土壤基因丰度显著高于亚表层土壤,但nirK基因丰度出现相反现象。土壤性质与基因丰度的相关性分析和冗余分析表明,集约经营措施对土壤反硝化细菌影响明显,主要通过土壤氮和有机碳变化综合影响反硝化细菌的活动和功能。毛竹林集约经营土壤的反硝化细菌功能基因丰度较高,积极参与氮循环过程,可加剧N_2O温室气体的排放     

亚热带4种典型森林植被土壤固碳细菌群落结构及数量特征

为研究亚热带不同森林植被类型土壤固碳微生物特征及其影响因子,选取毛竹林(Moso banboo groves)、阔叶林(Broad-leaved forest)、杉木林(Chinese fir forest)和马尾松林(Masson pine forest)等4种森林植被为研究对象,以 cbbL为固碳细菌指示基因,利用实时荧光定量PCR (Real-time quantitative PCR)和MiSeq高通量测序为研究手段。结果表明,4种林分土壤的细菌16S rRNA基因和固碳细菌cbbL基因丰度范围分别是5.40×10~(10)～2.81×10~(11) copies·g~(-1)干土和4.55×10~8～3.53×10~9 copies·g~(-1)干土,其中毛竹林显著高于其他三种林分(P0.05);基因丰度显著关联的环境因子是阔叶林土壤的有效磷、不同土层的pH(P0.05)。杉木林土壤固碳细菌多样性显著低于其他3种林分(P0.05),其亚表层土壤高于表层(P0.05);双因子分析表明,林型、土层之间土壤固碳细菌多样性均存在显著或极显著差异。所有土壤具有相似的优势属但相对丰度不同,其中毛竹林和杉木林土壤的甲基化石油杆菌属(Methylibium)和诺卡菌属(Nocardia)占比明显高于阔叶林和马尾松林。冗余分析结果显示,不同林分土壤pH、土壤有机碳、有效磷、全氮差异是影响土壤固碳细菌群落特征形成的主要因素。综上,4种植被对土壤固碳微生物数量及群落结构多样性影响明显,从土壤理化性质、固碳细菌基因丰度、多样性以及结构特征等多维度结果证明,毛竹林对土壤肥力以及固碳细菌影响效果最好,固碳微生物对毛竹林土壤有机质积累贡献大于阔叶林,定量结论有待进一步研究。     

施加石灰石粉和微生物肥料对发病山核桃林土壤化学性质和微生物群落的影响

  目的  揭示添加石灰石粉和微生物肥料对发病山核桃Carya cathayensis林土壤化学性质和微生物群落的影响。  方法  以死亡的山核桃林地土壤为试验对象，开展添加对照土（ck）、石灰石粉（LP）、芽孢杆菌Bacillus液（SL）、微生物复合肥（MCF）等处理的培养试验。分别在20、40、60、120 d时采集土壤样品，应用常规理化分析方法、定量PCR和变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）方法，分析不同处理对山核桃林土壤化学性质、微生物群落结构的影响以及添加的有益菌剂在土壤中的竞争能力和存活时间。  结果  LP处理提高了土壤pH值，但对土壤化学性质和微生物群落没有显著影响。SL处理和MCF处理显著（P < 0.05）增加了土壤有机质和碱解氮、有效磷和速效钾养分；SL处理提高了土壤pH值，短期内（60 d）提高了细菌和真菌的丰度，但微生物多样性降低；MCF处理降低土壤pH值，显著（P < 0.05）增加了土壤真菌的丰度，短期内（40 d）增加了细菌丰度，但细菌群落的多样性显著降低（P < 0.05），真菌多样性增加不明显。DGGE图谱结果表明:MCF处理和SL处理添加的有益微生物有效时间长达120 d，能很好地发挥其促生长、增加有益菌的比例，调节土壤微生物群落结构的作用。  结论  MCF、SL和LP可明显改良山核桃林地土壤化学性状和提高土壤有益菌数量，可作为退化山核桃林地的土壤改良剂。     

生物质炭与秸秆施用对红壤有机碳组分和微生物活性的影响

采用玉米秸秆、玉米秸秆生物质炭及其两者配合施用于红壤旱地的田间试验,通过有机碳分组、微孔板荧光法及底物诱导呼吸手段,研究不施肥条件下土壤有机碳组分、土壤酶活性及微生物底物利用速率的变化。结果表明:施用9个月后,与对照(不施任何物料)相比,单施秸秆提高土壤易矿化碳含量,对pH、总有机碳含量、惰性碳含量影响较小,而生物质炭及其与秸秆配施显著提高土壤总有机碳和惰性有机碳含量。单施秸秆提高土壤β-葡萄糖苷酶活性,而生物质炭及其与秸秆配施对土壤酶活性无影响。单施秸秆提高土壤微生物对葡萄糖、天冬氨酸和丁香酸的利用速率,提高土壤基础呼吸速率,而生物质炭及其与秸秆配施对土壤呼吸和微生物底物利用速率无影响。生物质炭与秸秆配施对土壤易矿化碳组分和基础呼吸呈显著互作效应。土壤基础呼吸与易矿化碳含量、β-葡萄糖苷酶活性及葡萄糖利用速率呈显著正相关。因此,秸秆炭化相比秸秆直接施用更有利于提高土壤稳定性碳库,降低土壤碳排放。