氮循环过程的微生物驱动机制研究进展

氮循环在生物地球化学中具有重要地位，与人类生活密切相关。氮循环在很大程度上依赖微生物驱动的氮素转化，而在转化过程中必然会造成不同形式氮的同位素效应。为更好地了解和溯源氮循环过程，本文从氮循环的物质通量、微生物作用及氮同位素效应等角度进行系统地论述，并对氧化亚氮 (N₂O) 分子内的特异同位素值区分微生物过程做了详细介绍。结果表明，人为固氮是环境中活性氮增加的主要原因，也进一步促进了氮素转化的各个环节。通过解析氮素循环中微生物过程的形成机理和评估每个过程的同位素效应，为进一步探索微生物的功能基因和氮素同位素效应的内在联系提供依据，对阐明氮循环过程中微生物驱动的分子机制具有重要意义，而两者的结合也为解决自然条件下氮素转化各过程的溯源难题指明了方向，也将成为今后研究的热点，并在揭示氮素转化机制中发挥越来越大的作用。     

拮抗根癌土壤杆菌的桃内生细菌的筛选鉴定

【目的】从对根癌病具有获得抗性(SAR)的桃单株"西北13-1"的枝条内分离鉴定内生细菌,分析其种群组成并从中筛选拮抗根癌土壤杆菌的高效生防菌,为桃根癌病的生物防治探索新方向并提供新的生防菌资源。【方法】首先,将根癌土壤杆菌(Agrobacterium tumefaciens)接种到"西北13-1"的桃树枝条上,并以无菌水接种作为对照;然后,分别于接种前、接种后10 d和接种后60 d采集接种处理和对照处理的"西北13-1"枝条。表面消毒桃树枝条样品后采用涂布平板法分离内生细菌;并结合16S r DNA序列鉴定,比对初步鉴定菌株,分析内生细菌的数量及组成差异。采用平板拮抗法、温室防病效果测定筛选拮抗根癌土壤杆菌的活性菌株,通过生理生化测定和分子鉴定,明确其分类地位。为揭示拮抗菌可能具有的其他拮抗作用机制,通过电击转化将含有GFP基因的p BBR1MCS-2质粒导入拮抗菌株中,然后进行GFP标记菌株对根癌土壤杆菌的抑菌试验、生长动力学分析、稳定性测试。采用灌根法提前接种标记菌株菌悬液,第2天接种根癌土壤杆菌菌悬液,应用激光扫描共聚焦显微镜和平板稀释法研究标记菌株在番茄根部的定殖情况。【结果】从"西北13-1"桃枝条中共分离到108株内生细菌,基于16S r DNA序列,这些菌株分别属于伽马变形菌类(Gammaproteobacteria)、阿尔法变形菌类(Alpharoteobacteria)、放线菌类(Actinobacteria)、厚壁菌类(Firmicutes)、拟杆菌(Bacteroidetes),共计5个细菌类群17个属,显示了桃树枝条中内生细菌丰富的种群多样性。其中,伽马变形菌类的肠杆菌属(Enterobacter)、泛菌属(Pantoea)和根瘤菌属(Rhizobium)最多,其数量在接种根癌土壤杆菌后显著上升,包含了14株产抑菌圈的拮抗菌中的10株细菌。经鉴定,筛选出的两株抑菌活性较高、具有生防潜力的拮抗菌10DM4-1和10DI2-2分别为泛菌(Pantoea deleyi)和肠杆菌(Enterobacter cowanii),它们可显著抑制向日葵根癌瘤的形成,防治效果分别为86.08%和89.87%。标记菌株10DM4-1-gfp和10DI2-2-gfp灌根番茄后,可在根部细胞间隙观察到目标菌落,标记菌株的数量在0—10 d时呈现急剧下降趋势,最后保持相对稳定的较低水平(104CFU/g),说明了它们在番茄根组织内具有良好的生存和定殖能力。【结论】桃"西北13-1"的内生菌中存在着能够拮抗根癌土壤杆菌的细菌,这些具有拮抗活性的菌株与桃"西北13-1"具有根癌病抗性有关。分离得到的泛菌10DM4-1和肠杆菌10DI2-2可能通过产拮抗物质、占据根部有利生态位拮抗根癌土壤杆菌。     

基于双同位素图谱评估肥料类型对滴灌白菜地N2O来源的影响

N2O是一种重要的温室气体，菜地高水高肥导致其排放量大。该研究通过解析滴灌条件下不同肥料处理对白菜地N2O排放的影响，以阐明滴灌下不同肥料处理的N2O来源，为菜地土壤N2O减排提供理论依据。设置无机复合肥（NPK）、有机肥（M）、无机水溶肥（WS）和无肥（NF）4种常见肥料处理，采用滴灌方式灌溉，收集菜地土壤排放的N2O，并利用稳定同位素技术分析N2O的同位素特征值，通过15N在N2O分子中的位置偏好值、N2O和H2O之间的净同位素效应值搭建双同位素图谱，分析N2O产生途径及其贡献。结果表明：对于NPK、M、WS和NF处理，N2O排放通量分别为1 074、146.5、116.2和112.9 μg/(m2·h)；NPK、M、WS处理的氮肥利用效率分别为45.1%、22.0%、45.2%；NPK、M、WS和NF处理下N2O主排期的硝化作用贡献分别约为38%、46%、54%和49%，N2O主排期的N2O还原程度分别约为14%、71%、46%和70%。可见，无机水溶肥处理显示了最高的氮素利用效率和较低的N2O排放量，且其与无机复合肥处理的N2O还原程度都相对较低不利于反硝化过程中的N2O减排；有机肥处理则有最高的N2O还原程度，是减少反硝化作用N2O产生的主要途径。综合考虑，该研究推荐菜地施肥时采用有机肥作为底肥，管理过程中配合水肥一体化技术，达到促进N2O还原以减少N2O排放和提高肥料氮素利用效率的效果。