银北盐碱区植物根际土壤酶活性及微生物群落特征

开展盐碱区耐盐植物根际微生物群落多样性研究,对于盐碱土壤的植被恢复和生态修复具有重要意义。运用Biolog微平板技术,对宁夏银北盐碱区6种耐盐植物根际土壤酶活性及微生物群落代谢功能多样性进行研究。结果表明:不同植物根际土壤理化性质和酶活性存在一定的差异。与裸地相比,6种植物能显著提高盐碱地土壤酶活性,苜蓿根际土壤三种酶活性显著高于其他植物。土壤平均颜色变化率(AWCD)随培养时间的延长而逐渐增加,大小顺序依次为苜蓿(MX)、芨芨草(JJC)、柽柳(CL)、柳枝稷(LZJ)、苦豆子(KDZ)、枸杞(GQ)和裸地土壤(CK),根际土壤与盐碱裸地土壤之间差异显著(P<0.05)。土壤微生物群落香农指数、辛普森指数和麦金塔指数均以苜蓿根际土壤最高,芨芨草次之,二者较其他土壤差异显著(P<0.05)。不同植物根际土壤微生物碳源利用能力存在差异,苜蓿根际土壤微生物的利用率显著高于其他土壤(P<0.05),碳水化合物类是根际土壤微生物的主要碳源,其次为氨基酸类和羧酸类,胺类的利用率最小。主成分分析显示,对PC1和PC2起分异作用的主要碳源为碳水化合物类和羧酸类。综合各项指标,均表现...     

磷供应对玉米根际微生物碳源利用和功能多样性的影响

磷有效性能够改变根分泌物的组成和数量,调节土壤微生物的群落结构和多样性,但磷添加如何影响土壤微生物碳源利用和功能多样性尚不清楚。本研究通过盆栽土培试验,设置2个磷处理[低磷5.7 mg(P)?kg?1和高磷200 mg(P)?kg?1],以生长35 d的玉米根际土壤为研究对象,采用Biolog微平板法,分别在培养后240 h内每隔24 h检测具有31种不同碳源的微孔溶液颜色变化,揭示磷供应对玉米根际微生物碳源利用模式和功能多样性的影响。结果表明:随着培养时间的延长,土壤微生物对土壤碳源的利用呈现增加的趋势,直至碳源消耗殆尽;高磷供应显著增加了玉米根际土壤微生物群落平均颜色变化率(average well color development,AWCD),提高了对糖类及其衍生物、氨基酸和代谢产物的利用,但没有显著提高对脂肪酸和脂类的利用;在培养前72 h内,高磷供应显著增加了玉米根际微生物多样性指数、优势度指数和均匀度指数,但培养72 h后,磷供应对其没有显著的影响。主成分分析结果表明,提取的前3个主成分解释了75.15%的碳源利用,高磷和低磷处理具有显著不同的土壤微生物碳源利用模式。总之,糖类及其衍生物、氨基酸和代谢产物是玉米根际土壤微生物利用的主要碳源,短期磷添加能够显著增加土壤微生物对碳源的利用,在一定程度上能够提高土壤微生物群落功能多样性。     

氮素营养水平对小麦根际微生物及土壤酶活性的影响

在大田高产栽培条件下．研究了不同施氮水平对豫麦49-198根际微生物和土壤酶活性的影响。结果表明：豫麦49-198根系土壤蛋白酶活性和脲酶活性随生育时期推进均呈先上升后下降的变化趋势．蛋白酶活性、脲酶活性分别在拔节期和返青期达到最大值。在同一生育时期内，随着施氮水平的提高，蛋白酶活性呈先增加后降低的变化趋势．其中以N2（180kg／hm^2）处理的蛋白酶活性最高，但N4（360kg／hm^2）处理的蛋白酶活性仍大于对照N1（0kg／hm^2）；脲酶活性随施氮水平的提高呈上升趋势．以N4（360kg／hm^2）处理的脲酶活性最大。根际微生物总量随生育时期推进呈先增加后下降的趋势，在孕穗期达到最大值．开花期略有降低；在同一生育时期．随着施氨水平的提高，根际微生物数量呈先增加后下降的趋势，以N3（270kg／hm^2）处理的根际微生物总量最高．且各处理之间的差异都达到了显著水平。     

小分子有机物对土壤酶活性及微生物多样性的影响

目前对小分子有机物的研究主要集中在叶面肥方面,较少在土壤肥料的应用方面,而对土壤酶活性以及微生物功能多样性的研究就更少。以分别添加葡萄糖、甘油以及甘氨酸的土壤(25℃培养)为试材,采用酶活性(每15 d取样)测定方法与Biolog-Eco板技术(取培养45 d的土样),研究小分子有机物对土壤微生物及酶活性的影响。结果表明,3种小分子有机物处理土壤的4种酶活性在15～75 d内,变化规律基本一致;在45 d时葡萄糖处理土壤的过氧化氢酶活性显著高于清水对照(CK)、甘油以及甘氨酸,而碱性磷酸酶活性显著低于其它处理。与CK、葡萄糖以及甘氨酸相比,甘油处理土壤微生物平均吸光度值和功能多样性指标(除指数D外)显著提高,而CK、葡萄糖以及甘氨酸处理之间没有显著性差异。葡萄糖、甘油以及甘氨酸处理改变了土壤的微生物功能多样性以及碳源利用比分,其中甘氨酸和葡萄糖处理土壤胺类利用百分比(AM)几乎为零。土壤微生物多样性与酶活性冗余分析表明,碱性磷酸酶与微生物功能多样性指数S、U、H′、碳水化合物利用百分比以及AM呈显著正相关,相关系数分别为0.588、0.669、0.616、0.678及0.603,与指数D及蔗糖酶活性呈显著负相关,相关系数分别为-0.737和-0.741。由此可知,不同种类小分子有机添加物对土壤酶活性以及微生物功能多样性影响不一,其中甘油显著提高了土壤微生物代谢活性以及多样性指数(除指数D外),而土壤酶活性与微生物功能多样性的主成分分析表明甘氨酸与另外两种小分子有机物存在明显差别。     

两个品种玉米根际土壤微生物和酶活性对水分胁迫的响应

利用双因素随机试验研究在玉米3个生育期(大喇叭口期、灌浆期和成熟期)水分胁迫对2个品种玉米根际土中微生物的丰度、多样性、群落结构及酶活性(蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和脱氢酶)的影响。试验设4个处理,即在水分胁迫和正常供水下分别种植2个玉米品种(“郑单958”和“农华101”)。结果表明:水分胁迫显著抑制了3个生育期根际土中革兰氏阴性细菌和丛枝菌根真菌的丰度以及成熟期的普通细菌和革兰氏阳性细菌丰度,并提高了微生物的均匀度,使群落结构发生明显改变。水分胁迫显著降低了灌浆期根际土中脱氢酶活性、成熟期的碱性磷酸酶和脱氢酶活性;显著提高了成熟期的蔗糖酶活性。灌浆期,“农华101”比“郑单958”根际土中丛枝菌根真菌丰度和脱氢酶活性高,但其微生物多样性和均匀度却较低。水分与品种的交互作用仅对灌浆期根际土中放线菌丰度、灌浆期和成熟期的丛枝菌根真菌丰度和3个生育期的微生物群落结构有显著影响。     

杉木根际土壤微生物和酶活性初探

植物根际环境的研究中,对林木根际的研究较少,近年来,南方连栽杉木林地地力衰退,杉木生长不良现象日趋普遍,引起林业界的极大关注^[1]。     

抗盐碱转基因大豆对根际与非根际土壤氨氧化古菌多样性的影响

采用PCR—DGGE技术,研究了抗盐碱转基因大豆（SRTS）对根际与非根际土壤氨氧化古菌（AOA）群落多样性的影响。结果表明,在非根际土壤中,SRTS的氨氧化古菌DGGE条带数、多样性指数显著高于其受体亲本黑农35和其他两种大豆处理,而均匀度指数较低;在根际土壤中,SRTS的DGGE条带数和多样性指数均高于其受体亲本,但并不显著,其均匀度指数则显著高于其他处理;每种大豆自身根际与非根际比较显示,SRTS非根际氨氧化古菌DGGE条带数、多样性指数明显高于根际,均匀度指数却低于根际,而其受体亲本与其他两个处理反之。聚类分析结果表明,SRTS的DGGE带谱与其他大豆处理差异较大,且自身非根际与根际处理差异显著,与其受体亲本黑农35相似性很低。测序结果表明,在SRTS处理中特有条带12、15和优势条带13、14均属于Uncultured crenarchaeote。在盐碱土壤生态系统中,SRTS提高了非根际土壤氨氧化古菌群落的多样性,但对根际土壤中氨氧化古菌的群落多样性有一定的抑制作用。     

玉米根际土壤芽胞杆菌的多样性

为了解玉米(Zea mays)不同品种根际芽胞杆菌种群多样性信息,本研究采用稀释平板法,对10个玉米品种根际的芽胞杆菌进行了分离,并对其进行16S r RNA序列分析。结果表明,从10个玉米品种根际共分离到69个形态差异的芽胞杆菌菌株;16S r RNA序列分析表明,69个菌株鉴定为23个种,归属于3个属,芽胞杆菌属(Bacillus)、赖氨酸芽胞杆菌属(Lysinibacillus)和嗜冷芽胞杆菌属(Psychrobacillus),其中芽胞杆菌属的种类和数量最多。玉米不同品种根际的芽胞杆菌的种类数量不同,QB662×QB2219和QB1013×QB446根际分离到的芽胞杆菌种类最多,均为8种;J106×QB572的芽胞杆菌菌落含量最高。玉米根际的优势种群主要为嗜气芽胞杆菌(B.aerophilus)、阿氏芽胞杆菌(B.aryabhattai)、简单芽胞杆菌(B.simplex)和苏云金芽胞杆菌(B.thuringiensis),其他芽胞杆菌种类仅在一种或少数的玉米品种出现。QB662×QB2219根际的芽胞杆菌种类香农-威纳(Shannon-Wiener)指数(H)最大;QB948×QB48根际的芽胞杆菌种群香农-威纳多样性指数次之,但均匀度指数最高;J106×QB572的多样性指数和均匀度指数皆最低。菌株FJAT-17411、FJAT-17472、FJAT-17430和FJAT-17442与Gen Bank中已报道16S r RNA基因序列的相似性为97%~98%,可能为芽胞杆菌的新种。本研究结果表明,玉米根际具有较为丰富的芽胞杆菌种群多样性,并存在一些潜在的新的微生物菌种资源。本研究对芽胞杆菌资源的开发和利用提供良好的实验材料和理论基础。     

连作西瓜的根际土壤酶活性和微生物多样性

以山东大鹏西瓜基地0,3,9,15 a的西瓜根和根际土壤为研究对象,采用野外调查和实验室分析方法分析连作对西瓜根际土壤酶活性和微生物多样性的影响。结果表明:随着连作年限的增加,土壤有机质和氮磷钾含量递减,连作第15年有机质及有效氮磷钾含量最低。在同一生长时期内,连作年限越长,西瓜根系活跃吸收面积和总吸收面积最低,根际土壤酶活性呈现先递增后下降的趋势,并且根际土壤酶活力幼苗期 < 抽蔓期 < 结果期。在连作前期土壤中可培养微生物代谢活力递增,连作后期微生物代谢活力递减,且连作越久土壤中微生物群落多样性降低,均匀度先增加后降低。相关性分析表明,土壤中过氧化氢酶（p < 0.05）、磷酸酶（p < 0.05）、蔗糖酶（p < 0.01）、速效磷（p < 0.05）、速效钾（p < 0.05）与真菌具有正相关性;脲酶与细菌正相关（p < 0.01）,与碱解氮负相关（p < 0.01）;过氧化氢酶（p < 0.05）、碱解氮（p < 0.01）与放线菌具有显著正相关。综上所述,连作0～9 a,土壤微生物代谢活力和酶活性增强,养分流失较小;连作9 a后,土壤养分流失严重,土壤酶活性和微生物代谢活力显著降低,产生连作障碍,说明减少连作年限可使西瓜优质丰产并且可持续发展,反之影响西瓜正常生长生产,损害经济效益。     

抗草甘膦转基因大豆（RRS）对根际微生物和土壤氮素转化的影响

采用室外小区试验方法,研究了抗草甘膦转基因大豆（RRS）对根际土壤细菌、真菌、放线菌、氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的氨化作用强度、硝化作用强度和反硝化作用强度的影响。结果显示,RRS显著降低了根际土壤细菌和放线菌的数量,提高了根际土壤真菌的数量;RRS根际土壤氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌低于其亲本非转基因大豆和部分栽培大豆;RRS对根际土壤氨化作用强度和硝化作用强度有显著影响,但对反硝化作用强度的影响不显著（P〈0.05）。研究表明,RRS不同程度上降低了根际土壤微生物的数量和生化强度,并对根际土壤真菌生长有一定的促进作用。     

铜和磺胺嘧啶复合污染对土壤酶活性及微生物群落功能多样性的影响

随着畜禽养殖业规模化发展以及畜禽粪便的大量农用,由此导致的土壤重金属和抗生素复合污染问题日益突出。以畜禽养殖常用的饲料添加剂铜(Cu)和磺胺嘧啶(sulfadiazine, SDZ)为目标污染物,分别采用土壤酶试剂盒(微量法)和Biolog-ECO板法,研究二者复合污染对土壤酶活性和微生物群落功能多样性的影响。结果发现:低剂量Cu(200 mg/kg)复合污染可缓解SDZ对土壤脱氢酶和β-葡萄糖苷酶活性的抑制效应,低剂量Cu与SDZ表现为拮抗作用;但加重SDZ对磷酸酶活性的抑制效应,二者表现为协同抑制作用。高剂量Cu(500 mg/kg)和SDZ复合对所测试土壤酶活性均表现为协同抑制作用。Biolog-ECO分析表明,SDZ 10 mg/kg添加量对土壤微生物活性具有促进作用,而Cu和SDZ复合污染则可显著抑制土壤微生物代谢活性。多样性指数分析表明,Cu和SDZ复合污染对微生物群落多性影响较小,但可显著改变微生物种群的均一性;且主成分分析也表明,二者复合污染可显著改变土壤微生物群落结构组成。可见,Cu和SDZ复合污染对土壤酶活性的影响与土壤酶的种类及复合剂量有关,且土壤脱氢酶活性是反映...     

缺氮胁迫对小麦根际土壤微生物群落结构特征的影响

根际微生物在作物养分吸收的过程中发挥着重要作用.为提高小麦的氮肥利用率,有必要深入探究缺氮胁迫对小麦根际微生物群落结构的影响.利用氮素耗竭的陕西关中地区典型的塿土,设置了正常供氮(150 mg·kg-1)和缺氮(不施氮肥)的小麦根箱实验,采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术分析了小麦根际、近根际和非根际土壤微生...     

潮土长期雨养对土壤酶活性和微生物功能多样性影响

随着华北地区水资源持续短缺,雨养农业可能是当地粮食生产的趋势之一,因而明确雨养农业对土壤质量影响将为预估作物产量变化提供基础。本研究以河南省封丘县潮土4种不同利用类型的土壤为平台,探讨长期雨养农地(雨养地)和传统灌溉农地(传统地)上土壤酶活性和微生物功能多样性的差异,并将其与邻近荒地和林地进行比较。除脱氢酶活性为雨养地比传统地低24%外,蔗糖酶、脲酶及碱性磷酸酶活性在雨养地和传统地间均相当,但比林地和荒地高36%~149%;基于Biolog分析的参数,包括平均吸光值(AWCD)及功能多样性指数,在不同处理间没有显著性差异,但主成分分析发现雨养地的碳源利用能力与传统地和林地比较接近,而与荒地相差较大,主要表现在利用羧酸类和氨基酸类物质的不同上,这可能与荒地较高p H及雨养地、传统地、林地根系有可能分泌羧酸类和氨基酸类物质有关。本研究结果表示,在潮土上即使经过连续16年的雨养农业后,土壤酶活性和微生物功能多样性的变化很小,结果从土壤质量变化角度预示在当地实行雨养农业的可能性。     

玉米秸秆腐解液对苗期根际土壤酶活性及根系活力的影响

玉米连作现象在黑龙江省农田生态系统中较为普遍,秸秆焚烧既浪费资源又污染环境,研究玉米秸秆还田后的化感效应尤显重要,但秸秆还田后的效应尚不清楚。本研究以玉米(郑单958)为受体,采用盆栽试验,分析不同腐解时间(0.25、60、120、180d)、不同腐解浓度(0、0.125、0.25、0.5 g·m L-1DW)玉米秸秆腐解液对苗期根际土壤酶活性及根系活力的影响,试图从土壤酶学和根系活力变化的角度初步阐明连作状态下秸秆还田对苗期玉米生长的影响,以期为大田生产中应用秸秆还田技术提供相关科学依据。结果表明:玉米幼苗四叶、五叶、六叶期,土壤蔗糖酶、脲酶活性均在60d腐解天数,0.5 g·m L-1DW浓度处理下达到最高。土壤酸性磷酸酶活性均在120d腐解腐解天数,0.5 g·m L-1DW处理下达到最高。土壤过氧化物酶活性在幼苗四叶、五叶期,腐解60d,0.5 g·m L-1DW浓度处理下达到最高,六叶期酶活与对照相比差异均不显著。玉米幼苗根际土壤蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、过氧化物酶的活性随腐解液浓度的增加而增加;随着玉米秸秆腐解天数的增加,呈现先升高后降低的趋势;随叶龄增加,腐解液对根际土壤酶活性的影响逐渐减弱。玉米幼苗根系活力随着秸秆腐解液浓度的增大先升高后降低;低(0.125 g·m L-1DW)、中(0.25 g·m L-1DW)浓度下对根系活力的促进作用也随叶龄增加逐渐减弱。     

樱桃根际土壤酶活性与土壤养分动态变化及其关系研究

通过盆栽试验研究了樱桃根际脲酶、磷酸酶活性与氮、磷、钾动态变化及其相互关系。结果表明,生长季前期樱桃根际脲酶、磷酸酶活性明显提高,根际酶活性显著高于根外,随物候期进展土壤酶活性及R/S值逐渐降低。氮、磷、钾元素在年生长周期内整体上呈下降趋势,生长季前期根际全氮、碱解氮及全磷亏缺明显,而根际有效磷、速效钾明显富集,这种作用亦随物候期进展逐渐减弱。土壤脲酶、磷酸酶活性与氮磷钾土壤营养元素含量间存在着一定的相关性,以春梢停长期相关程度最高。     

秦岭山脉典型林分土壤酶活性与土壤养分关系的探讨

秦岭作为我国南北方气候的分界线,其上生长着许多独特林分,加之未受到人为活动扰动,故对其包括土壤酶及养分等在内的土壤效应研究具有重要参比性,且可为揭示不同林分的土壤效应及筛选最优林分奠定基础。选取秦岭不同海拔生长的五种典型林分(锐齿栎、油松、华山松、云杉及松栎混交)土壤,分析了7种土壤酶活性和养分变化特征,并探讨了二者间关系及林分的影响。结果表明:不同林分下土壤养分及酶活性变化差异较大,土壤性质强烈受到林分种类及海拔等生态环境条件的影响,其中云杉土壤的有机质、全氮、碱解氮、速效钾、缓效钾含量均较高,是秦岭山脉生长较好的树种之一;且土壤有机质、全氮、碱解氮等养分变化规律较一致;土壤碱性磷酸酶、荧光素二乙酸酯(FDA)水解酶及总体酶活性(TEI)与土壤养分呈显著或极显著正相关,表明林分和海拔对这三种酶的影响与养分是一致的;采用单独土壤酶活性与土壤酶和化学性质复合开展的主成分分析结果一致,获得的综合得分与上述三种酶类达显著或极显著正相关,揭示出它们在一定程度上可表征森林土壤的质量水平,且单一酶类中土壤碱性磷酸酶活性可更容易、简便地反映土壤肥力状况的变化。     

旱地红壤不同土地利用方式对土壤酶活性及微生物多样性的影响差异

土壤是人类存在与发展的必需物质基础,土地利用的变化直接影响土壤质量。以江西红壤为例,通过野外采样和室内实验分析,研究了旱地红壤的5种土地利用方式:荒地(HD)、茶树园(CSY)、柑橘园(GJY)、花生地(HSD)、玉米地(YMD)的表层土壤(0-15 cm)土壤酶活性及微生物多样性。结果表明:与荒地相比,茶树园、柑橘园、花生地和玉米地的土壤基础呼吸强度分别提高了93.33%,79.71%,9.12%,6.45%;茶树园的土壤微生物量碳含量比荒地的增大了113.67%,而柑橘园、花生地和玉米地比荒地的分别减小了12.35%,6.84%,87.57%;茶树园、柑橘园和花生地的土壤FDA水解酶活性分别比荒地的增大了51.99%,44.04%,25.55%,而玉米地的比荒地的减小了13.62%;茶树园和花生地的土壤脱氢酶活性分别比荒地的增大了2.47%和123.63%,柑橘园的比荒地的增大了35.70%;5种土地利用类型对土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性影响较小。茶树园、柑橘园和花生地的土壤微生物总磷脂脂肪酸量分别比荒地的增大了11.11%,5.56%,2.78%,而玉米地的比荒地的减小了13.89%;茶树园、柑橘园和玉米地的土壤细菌种类分别比荒地的减少约9.09%,4.55%,22.73%;不同土地利用方式的土壤真菌种类数相同,无差异;茶树园和花生地的土壤放线菌种类均比荒地的增大约16.67%,而柑橘园的比荒地的减少约16.67%。说明相比于荒地、柑橘园、花生地和玉米地,茶树园的土壤微生物多样性更加丰富,群落结构也相对稳定,种植茶树更有利于提高土壤质量及对土壤肥力的保持。     

水稻和小麦根际效应及细菌群落特征的比较研究

稻麦轮作是我国重要的农业生产方式,但水稻和小麦的根际效应及其对土壤功能的相对贡献仍不清楚。利用中国科学院常熟农业生态试验站典型乌栅土壤,同时分别设置种植水稻和小麦的盆栽试验,通过比较根际和非根际土壤中活性组分含量、脱氢酶活性、细菌群落多样性等指标的差异,研究植稻和植麦土壤根际效应及细菌群落特征。结果表明：水稻和小麦根际和非根际土壤的养分含量、微生物活性和细菌群落多样性以及主要细菌种类均具有显著性差异;根际土壤可溶性有机碳（DOC）、微生物生物量碳（MBC）含量和脱氢酶活性（DHA）均高于非根际土壤,而土壤可溶性有机氮（DON）含量及细菌阿尔法（Alpha）多样性均低于非根际土壤;水稻各指标根际效应（DOC：2.07%,MBC：8.61%,DHA：41.11%,DON：61.07%, Chao1指数：7.62%）均小于小麦对应指标的根际效应（DOC：3.37%,MBC：22.62%,DHA：44.48%,DON：71.43%,Chao1指数：16.59%）;小麦根际和非根际细菌群落分布之间的差异显著大于水稻。以上结果表明,与旱作小麦相比,水稻根际土壤与非根际土壤的差异较小,水稻根际效应较小,有利于光合碳及土壤养分的运移,有利于土壤微生物尤其是非根际微生物的生长。这些结果从新的角度阐释了根际效应及其对稻麦轮作土壤可持续性发展的作用机制。