不同轮作模式下稻田土壤细菌和真菌多样性变化

为探讨不同轮作模式对稻田土壤微生物的影响,设置水稻-小麦、水稻-油菜、水稻-绿肥、水稻-冬闲4个处理,于水稻收获后采集土壤样品,提取基因组DNA,构建文库,利用Illumina Mi Seq高通量测序技术研究土壤细菌和真菌的丰富度、多样性指数以及门和属水平上的群落结构变化。从12个土壤样品中共获得24 537个细菌OUT和5 882个真菌OTU,其中,变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、放线菌门、芽单胞菌门为土壤优势细菌门,子囊菌门和担子菌门为优势真菌门。从门的分类水平看,不同轮作模式土壤中细菌和真菌群落各门类组成的比例发生改变。属水平的分析结果也表明,不同轮作模式土壤中细菌前20个优势属的丰度和真菌前10优势属的丰度同样发生明显改变。不同轮作作物改变了土壤中有益微生物的比例,水稻-绿肥和水稻-冬闲处理有益微生物比例高于其他处理。随着轮作作物的改变,土壤生态系统中细菌和真菌群落的组成比例发生了变化。     

不同共作模式的稻田土壤细菌群落结构分析

为分析不同共作模式的稻田土壤细菌群落结构,利用高通量测序技术,在水稻结穗期对不同共作模式的稻田土壤细菌进行测序,研究稻田单作(SDKBZ)、河蟹共作稻田(SDHXZ)和龙虾共作稻田(SDLXZ)表层土壤细菌群落多样性、丰富度和群落结构的变化。各样本共检测到细菌类群46门、112纲、210目、370科、664属、1 227种。主要的优势菌门是变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、蓝藻菌门(Cyanobacteria)、Sacharibactaria、疣微菌门(Verrucomicrobia)和厚壁菌门(Firmicutes)。河蟹稻田和龙虾稻田的Chao 1指数均高于单作稻田。PCoA分析结果显示,河蟹稻田和龙虾稻田两种稻田共作模式与稻田单作模式的土壤细菌群落构成差异大。研究初步揭示了河蟹和龙虾与水稻共作复合生态系统具有较丰富的微生物生态组成。     

水旱轮作模式下马铃薯根际土壤细菌群落多样性分析

[目的]比较水旱轮作与旱地轮作两种种植模式下的马铃薯根际土壤及病株块茎的细菌群落多样性,为利用土壤细菌多样性优化马铃薯种植模式和防治马铃薯病害提供科学依据.[方法]分别采集前作为水稻的水旱轮作和前作为玉米的旱地轮作模式下马铃薯根际土壤样品(旱地轮作和水旱轮作健康马铃薯根际土壤样品分别记为HD.J和SH.J,旱地轮作和水旱轮作发病马铃薯根际土壤样品分别记为HD.B和SH.B)及马铃薯病株块茎样品(旱地轮作和水旱轮作发病马铃薯块茎样品分别记为P.HD.B和P.SH.B),基于高通量测序技术对样品中细菌16S rDNA的V3~V4区域进行测序,分析2种种植模式下的马铃薯根际土壤样品和病株块茎样品的细菌种类及丰度差异.[结果]对马铃薯根际土壤样品及病株块茎样品的细菌多样性分析结果显示,HD.J、HD.B、SH.J和SH.B的细菌种类(OTU数目)、丰富度(Chao1指数)及多样性(Shannon指数)均高于P.SH.B和P.HD.B,且健株根际土壤细菌群落丰富度高于病株土壤.马铃薯种植模式是影响根际土壤细菌群落变化的最主要因素,贡献率为39.1%,而马铃薯植株健康状况是影响根际土壤细菌群落变化的第二大因素,贡献率为34.7%.病株根际土壤样品中,HD.B无丰度在1.00%以上的优势种,而SH.B特有的优势种中包含软腐病果胶杆菌(Pectobacterium carotovorum)、雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)和不动杆菌(Acinetobacter rudis),相对丰度分别为2.03%、1.46%和1.22%,其中软腐病果胶杆菌和雷尔氏菌是马铃薯的主要病原细菌,可分别导致马铃薯黑胫病和青枯病发生.病株块茎样品中,P.SH.B除了包含P.HD.B检测到的23个属,还有5个属是其所特有;P.SH.B特有的5个属中有3个优势属在SH.B中未检测到.HD.B特有的优势功能是产甲烷作用,相对丰度为1.18%;SH.B特有的优势功能包括硝酸盐呼吸作用、氮呼吸作用、亚硝酸盐呼吸作用、亚硝酸盐氨化作用和硝酸盐氨化作用,均属于氮利用及代谢功能,相对丰度为1.48%~1.95%.[结论]与旱地轮作模式相比,水旱轮作模式可提高马铃薯根际土壤的细菌群落多样性,但在该种植模式下要重点预防马铃薯发生细菌性病害.     

不同栽培环境下有机与常规蔬菜土壤的细菌群落多样性差异

土壤细菌群落在蔬菜栽培中发挥着重要作用.基于DNA和RNA水平,利用PCR-DGGE技术研究了不同栽培环境下有机与常规蔬菜土壤细菌群落多样性差异,以及土壤理化性质与细菌群落多样性的关系.结果表明:不同栽培方式下土壤细菌多样性存在明显差异,土壤微生物的优势种群和数量受有机、常规栽培和季节影响,有机栽培较之常规栽培能够显著增加土壤细菌群落多样性;聚类分析表明,16S rDNA细菌群落多样性与季节相关,而16S rRNA细菌群落多样性与栽培方式相关;差异条带测序显示,大多细菌与不可培养细菌种属有较高同源性,其余9种推测属于假单胞菌属;CCA分析说明pH是影响土壤细菌群落多样性的主要因素,有机栽培土壤中微生物生物量C、N以及有机质含量显著高于常规栽培土壤.综上,有机栽培能够丰富活性细菌群落多样性,具有土壤优化效应.     

不同稻田共作模式对土壤细菌群落结构的影响

为探讨不同共作模式对稻田土壤细菌群落多样性和结构的影响,利用Miseq平台Illumina第二代高通量测序技术对河蟹共作稻田(SDHXZ)、龙虾共作稻田(SDLXZ)和稻田单作(SDKBZ)的稻田土壤细菌16S rRNA基因V3-V4区域进行丰富度和多样性指数以及群落结构分析。结果表明,稻田土壤的主要优势菌门是变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、放线菌门和酸杆菌门。SDHXZ和SDLXZ中变形菌门和拟杆菌门的相对丰度均高于SDKBZ。优势属中硫化菌属的相对丰度在SDHXZ和SDLXZ中均高于SDKBZ。土壤中氨氮含量是主要菌属的第一影响因子。SDHXZ的Ace指数和Shannon指数均高于SDKBZ。主成分分析结果显示,SDHXZ和SDLXZ与SDKBZ土壤细菌群落构成有一定差异。初步揭示了河蟹和龙虾的引入改变稻田土壤细菌群落的结构,尤其是河蟹的引入增加了稻田土壤细菌群落多样性,丰富了细菌群落组成,进一步扩大了优势菌门和优势菌属的相对丰度。     

铅锌矿区土壤细菌群落多样性分析

对黑龙江省铅锌矿区土壤重金属污染与土壤中细菌群落结构多样性间的关系进行了研究,并分析了土壤的理化性质和土壤酶活性。PCR-DGGE图谱、DGGE聚类分析图谱、细菌群落丰富度(S)均表明土壤细菌群落结构随着重金属污染程度的加剧发生了相应变化,Shannon-Weaver指数达极显著水平差异(P<0.01),且显著低于非矿区土壤。铅锌矿区土壤重金属污染严重,铅锌质量分数较非矿区有明显地增加;土壤酶活性与非矿区土壤酶活性均存在极显著差异(P<0.01),土壤重金属质量分数与土壤酶活性呈显著负相关。可见,铅锌矿区重金属污染导致土壤环境质量发生变化,严重影响着土壤中细菌群落结构多样性。     

稻田土壤微生物群落多样性研究进展

综述了土壤微生物多样性常用的研究方法,阐述了稻田土壤微生物多样性的影响因素以及目前研究进展,并对未来的研究方向进行了展望。     

定向栽培连作淮山根际土壤细菌群落的多样性分析

[目的]分析连作淮山根际土壤细菌群落结构,为解决淮山连作障碍提供参考依据.[方法]以淮山品种桂淮2号为试验材料,设置定向栽培连作淮山(T)和对照(CK)两个处理,采用Illumina MiSeq高通量测序技术结合土壤理化性质,分析连作淮山根际土壤细菌群落多样性及其与土壤理化因子的关系.[结果]基于细菌16S rRNA基...     

不同栽培年限蓝莓根际土壤微生物群落多样性分析

采用磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记法分析树龄5a、6a、9a蓝莓根际土壤微生物的多样性,结果表明,不同栽培年限蓝莓根际土壤的PLFA标记存在差异,呈现不同的变化趋势;与9a植株相比,6a植株多1个16∶1w9细菌类群,5a植株多a15∶0和16∶1w9 2个细菌类群,5a植株蓝莓根际土壤PLFA总量最大;与非种植区土壤相比,蓝莓根际特有a17∶0、i17∶1w5、7cy17∶0、9cy19∶0 4个细菌类群,且总量与树龄高度相关,可与a15∶0和16∶1w9的细菌总量联合推测栽培年龄。相关分析结果表明,速效钾的质量分数与树龄呈负相关,且栽培区土壤均低于非种植区土壤。蓝莓根际土壤微生物总量、假单胞杆菌、AM真菌和腐生真菌等与根际土壤有效磷、速效钾质量分数呈正相关。蓝莓根际微生物群落主要由细菌和真菌构成,对蓝莓生长具有重要影响。     

不同年限苜蓿根际土壤细菌群落的多样性

为研究不同年限苜蓿根际土壤细菌群落多样性及群落结构变化,选取了0、4年苜蓿的根际土壤,采用高通量基因测序技术研究其细菌构成。结果表明,4年苜蓿根际土壤中细菌分类单元(OTU)和多样性指数高于0年苜蓿,苜蓿连作会改变细菌群落数量及结构。通过主坐标分析(PCoA)及热图分析发现,不同年限苜蓿细菌群落差异性较大,连作后酸杆菌门、放线菌门、芽单胞菌门和绿弯菌门细菌群落丰度提高,变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门细菌群落相对丰度降低。     

不同种植地苜蓿根际土壤细菌群落结构多样性差异分析

【目的】研究新疆北部不同种植地苜蓿根际细菌群落结构多样性与生态功能,分析土壤酶活性对苜蓿根际细菌群落结构的影响,为新疆苜蓿土壤微生物的分布特征提供基础数据。【方法】使用高通量测序技术对新疆北部不同种植地苜蓿根际与非根际土壤细菌群落结构多样性进行研究,比较根际与非根际土壤细菌群落结构多样性差异及与土壤酶活性之间的关系;利用Tax4Fun功能预测获得相应样地的细菌群落的生态功能。【结果】新疆北部不同种植地苜蓿根际土壤酶活性大体表现为根际大于非根际,根际微生物在提高土壤酶活性中具有重要指示作用。Alpha多样性指数与土壤中性磷酸酶之间呈显著正相关性(P<0.05)而与其他土壤酶活性之间无显著性关系,细菌群落结构特征与土壤中性磷酸酶含量具有很强的相关性。利用高通量测序技术对苜蓿根际、非根际土壤中微生物进行测序,所有2581720条序列分属于细菌的51个门、64个纲、137目、252科和600属;所有土壤样品中在门水平上,变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)丰度最高;在属水平上其中12个土样类型共同拥有的有190个属。 Tax4Fun基于SILVA数据库进行基因功能预测,苜蓿根际细菌群落所涵盖的一级功能基因为:环境信息处理(Environmental_Information_Processing)、未分类(Unclassified)、生物体系统(Organismal_Systems)、人类疾病(Human_Diseases)、新陈代谢(Metabolism)、遗传信息处理(Genetic_Information_Processing)、细胞过程(Cellular_Processes)。【结论】新疆北部不同种植地苜蓿根际土壤细菌多样性改变与土壤中性磷酸酶含量有关,根际与非根际及不同种植地之间,微生物群落组成相似,但物种多样性、细菌的生态功能存在一定差异。     

梨园不同土壤深度细菌多样性分析

【目的】通过研究梨园不同土壤深度细菌微生物群落变化情况,为梨园精准施肥及土壤微生物群落结构改良提供参考。【方法】以河北省农林科学院昌黎果树研究所孔庄试验基地梨园土壤为研究对象,通过测定不同深度土壤（5～15 cm、15～25 cm和25～35 cm）的理化性质及细菌微生物群落结构,揭示土壤理化性质和细菌变化趋势及相互关系。【结果】梨园土壤的有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量随着土壤深度的增加逐渐降低。不同深度土壤相同OTUs为3025个,一致性达60.00%。香农指数、辛普森指数、Chao1指数和ACE指数均随土壤深度增加逐渐降低,且各指数在处理间均无显著差异（P>0.05）。主成分（PCoA）分析发现,5～15 cm与15～25 cm的土壤细菌群落结构相似性较高,25～35 cm与5～15 cm、15～25 cm土壤群落结构均差异较大。土壤细菌门水平以变形菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteriota）为主;细菌属水平以RB41、念珠菌固体杆菌属（Candidatus Solibacter）和藓杆菌属（Bryobacter）为主;细菌种水平以大肠...     

丁草胺和毒死蜱复合污染对稻田土壤细菌群落多样性的影响

采用PCR-RFLP法研究了丁草胺和毒死蜱复合污染对土壤细菌多样性的影响.应用试剂盒提取土壤样品总DNA,以细菌的16S rDNA通用引物27F/1492R扩增16S rDNA片段,将扩增产物与T-载体酶连,转化大肠杆菌,建立16S rDNA克隆文库.阳性克隆子用限制性内切酶Hha I-Rsa I消化,获得酶切指纹图.结果表明,通过双酶切分型,对照产生带型最多,有70种类型,其余处理OTU种类均比对照有所减少,分别减少了10、30和41种.在不同处理中其多样性存在差异.对照土壤环境中细菌种类最丰富,多样性最高.且基因型中无明湿的优势类群,说明农药的外源喷施会引起土壤细菌多样性降低.处理Ⅲ的Shannon-Wiener指数、Simpson指数和丰富度都低于单一农药的处理,而均匀度非常高,说明这2种农药的复合施用对一些细菌的丧失会起协同作用,造成某些土壤细菌的富集.     

稻田不同轮作休耕模式下土壤反硝化功能基因群落结构

为了探索不同轮作休耕种植模式下稻田土壤氮素及相关微生物群落结构的变化,采用乙炔抑制法测定土壤反硝化潜势,利用高通量测序手段分析反硝化微生物群落多样性和组成,以传统种植模式紫云英-早稻-晚稻（A）为对照,比较分析4种轮作休耕种植模式：紫云英-早稻-玉米||甘薯（B）、油菜-甘蔗||春大豆（C）、紫云英-春大豆-秋大豆（D）和休耕（E）的土壤理化性状、土壤反硝化潜势及相关微生物组成变化。结果显示：4种轮作休耕模式的土壤反硝化潜势显著低于传统轮作模式,有效减少了土壤氮素气态损失;4种轮作休耕模式的nirK和nirS功能基因群落结构存在显著差异,其中nirK基因群落结构受轮作休耕模式的影响小于nirS功能基因;与传统种植模式相比,休耕模式更有利于nirS功能基因α多样性的积累;从nirS和nirK基因群落物种相对丰度来看,轮作休耕模式的优势物种丰度高于传统轮作模式,其中紫云英-早稻-玉米||甘薯（B）和休耕（E）的菌属丰度相对较高。并且影响反硝化潜势的关键菌属是大豆根瘤菌Bradythizobium（r² = 0.85,P <0.05）和unclassified_p_Proteobacteria（r² = 0.88,P <0.05）;相关性分析及冗余分析发现,pH、有效磷、速效钾、硝态氮（NO₃^--N）与反硝化潜势呈显著相关,而影响nirK和nirS功能基因群落结构的重要影响因子是含水率。结果表明：稻田适当采用水旱、旱旱轮作及休耕模式,会改变土壤的淹水环境,影响反硝化功能基因群落结构,有助于抑制土壤氮素的气态流失,促进土壤肥力提高及土壤结构改良,其中“紫云英-早稻-玉米||甘薯”和“休耕”种植模式效果最佳。     

生物有机肥稻田不同生长时期根际土壤细菌群落动态变化

为探讨生物有机肥稻田水稻不同生长时期根际土壤细菌群落动态变化及其和环境因子的相关性,利用高通量测序技术对生物有机肥稻田水稻分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期4个时期的根际土壤细菌进行高通量测序及分析.结果显示,测序共获得404183个有效序列,可分为55个门,171个纲,385个目,603个科,1010个属,2139个种....     

长期不同种植制度下植烟土壤细菌群落特征差异分析

为探讨长期不同烟草种植制度对土壤微生态环境的影响特征及各因子间的内在关系,在长期定位试验点分别收集撂荒地(AL)、烤烟连作(CC)、烤烟-玉米轮作(CR)的土壤样品,通过16S rRNA高通量测序技术,分析不同种植制度下土壤细菌群落和其他土壤环境因子特征及关系。结果表明,CC显著提高土壤中速效磷、速效钾含量及其过氧化氢酶活性(P<0.05),且分别较AL增加55.21 mg/kg、108.06 mg/kg和4.36 μmol/g。不同种植制度下土壤细菌群落在门水平上组成相似,但在属水平上存在显著差异,其中以CC土壤中相对丰度最高的假节杆菌属(Pseudarthrobacter)和CR土壤中相对丰度最高的赭黄嗜盐囊属(Haliangium)差异最大,丰度分别高出AL 3.99%和0.90%;CC和CR提高了植烟土壤细菌群的丰度和多样性以及OTU数量,且以CR最为显著(P<0.05)。LEfSe差异分析表明,不同种植制度土壤的优势菌群组成上存在显著差异(P<0.05),其中CC、CR土壤中的主要优势细菌分别为假节杆菌属(Pseudarthrobacter)和赭黄嗜盐囊属(Haliangium)。RDA分析和Pearson相关性分析表明,优势菌群与差异微环境因子间存在较强的相关性,以土壤过氧化氢酶活性、速效钾含量对细菌群落分布影响最大,均与假节杆菌属(Pseudarthrobacter)的相对丰度呈显著正相关(P<0.05),与赭黄嗜盐囊属(Haliangium)的相对丰度呈显著负相关(P<0.05)。由此可见,不同种植制度会导致土壤微生态环境发生显著变化,长期连作会导致植烟土壤速效钾含量显著富集,土壤过氧化氢酶活性显著升高,有益细菌生长受到抑制,土壤细菌群落结构的稳定性受到破坏,进而影响土壤微生态环境的平衡。     

铬污染土壤修复过程中土壤细菌群落多样性的RFLP分析

【目的】对污染土壤修复过程中土壤细菌群落多样性的变化进行研究。【方法】以淹水培养后的模拟铬污染土壤为供试材料,通过直接提取土壤中总细菌DNA,利用细菌专一引物克隆细菌16S rDNA片段,分别建立克隆文库。利用PCR-RFLP技术,分析比较了土壤淹水10 d(对照,S1)、添加Cr(Ⅵ)淹水10 d(S2)、添加Cr(Ⅵ)和Fe(OH)3淹水10 d(S3)及20 d(S4)4个处理中土壤细菌群落的变化。【结果】用专一引物克隆细菌16S rDNA片段,分别建立了克隆文库;用限制性内切酶RsaⅠ进行细菌16S rDNA PCR-RFLP分析,分别得到123,120,97和69个酶切类型,库容值分别为54.92%,55.43%,65.33%和76.60%;Shannon-Wiener指数、Gini指数、物种丰富度指数(dMa)和物种均匀度指数(Jgi)均表现为S1>S2>S3>S4,以上4个指数的变异系数分别为11.51%,1.84%,23.64%和1.55%;基于细菌多样性参数的聚类分析结果,将对照S1和添加Cr(Ⅵ)处理的S2归于一类,而2个添加Fe处理的土壤S3和S4聚为一类。【结论】经过10 d淹水处理,土壤中添加的Cr(Ⅵ)有98%以上可发生转化,土壤残留的Cr(Ⅵ)含量基本达到稳定。添加铬矿渣处理(S2)的土壤细菌群落多样性和对照(S1)基本一致,添加氧化铁的2个处理(S3和S4)的细菌群落多样性基本接近,但低于S1和S2;添加氧化铁的处理(S3和S4)中,均出现了明显的优势细菌群落,其分别属于荧光假单胞菌属和不动杆菌属。     

不同林药套种模式下的根系土壤真菌群落组成及多样性分析

【目的】研究了四种不同林药复合经营模式下的根系土壤真菌群落组成及多样性变化,为科学评价这四种不同林药种植模式的生态风险提供了依据,也为不同林药复合经营模式提供了理论依据。【方法】基于高通量测序技术,分别对杜英套种多花黄精（G）,纯杜英林（g）;杉木套种草珊瑚（T）,纯杉木（t）;杉木套种灵芝（I）,纯杉木（i）;杉木套种铁皮石斛（J）,纯杉木（j）4组的根际土壤进行转录间隔区（ITS）测序,4组处理中分别得到68119、62710、64257、64035、63997、65701、62013和68366条有效序列,注释为1799、1662、1900、2237、2010、2440、1618和2068种真菌可操作分类单元（OTU）。【结果】杜英-多花黄精复合系统根系土壤真菌数量高于纯杜英林,chao 1指数、Ace 指数和Shannon 指数显著增加;与杉木林相比,杉木套种其他药材让土壤样本真菌群落丰富度指数(Ace、Chao)和多样性指数(Simpson、Shannon)降低。不同林药复合种植真菌组成在门分类上优势菌种较一致,均为子囊菌门和担子菌门。在纲分类水平上,杜英套种多花黄精的优势菌群为Sordariomycete（粪壳菌纲）和Mortierellomycetes（被孢霉纲）,与纯杜英林比较,Archaeorhizomycetes（古根菌纲）降低了498.31%。杉木套种其他药材的优势菌群为Agaricomycetes（伞菌纲）、Mortierellomycetes（被孢霉纲）和Sordariomycete（粪壳菌纲）;与纯杉木林相比,杉木套种草珊瑚中Archaeorhizomycetes（古根菌纲）降低了2701.79%。杉木套种灵芝中Geminibasidiomycetes增加了153倍。套种铁皮石斛中,真菌群落组成无明显变化。【结论】杜英-多花黄精复合系统有利于根系土壤真菌的生存,后期可以对此种复合经营模式进行更深的研究。