土壤宏病毒组的研究方法与进展

土壤是病毒遗传多样性的储存库,但由于土壤自身特性及技术手段的限制,基于传统培养方法对土壤病毒的研究及功能认知存在局限性.宏病毒组学技术能直接从土壤环境样品中获取病毒基因组,随后通过高通量测序、拼接组装、ORF预测,最终可对病毒基因进行功能注释,极大地丰富了对土壤病毒功能的认识.本文在阐释土壤病毒DNA提取、测序与病毒判...     

以质粒载体构建土壤宏基因组文库的研究

从土壤中提取土壤总DNA,切割成一定长度的DNA片段并连接到载体上,然后转化宿主菌,形成一个重组DNA文库即宏基因组（metagenome）文库.目前对宏基因组的研究在国际上是土壤微生物学研究的前沿领域和热点.文库构建后可以根据宿主细菌获得的功能筛选相应的克隆;也可以用已知的探针分离目的基因片段,加上表达调控元件后获取活性产物,所以通过宏基因组文库可以规避微生物培养的限制而寻找新的功能基因或者直接筛选活性物质;在早期宏基因组还被用来研究土壤微生物的遗传多样性.因此构建宏基因组文库是研究微生物分子生态学和开发微生物资源的强有力工具.本研究从土壤中直接分离DNA,部分酶切后分别回收2～6kb和6～9kb片段,然后分别与pUC19质粒载体连接,连接产物转化大肠杆菌DH5α构建了土壤宏基因组文库,实验中比较了不同DNA片段长度和不同的转化方法对文库构建的影响.     

土壤病毒的研究进展与挑战

病毒是由蛋白质和核酸组成的结构简单的非细胞型生物实体,全球病毒数量估算为4.8010~(31),远高于具有细胞型结构的生物数量。土壤是病毒重要的储藏库,土壤中病毒主要以侵染原核生物的噬菌体为主,其数量与寄主细胞数目和土壤理化指标密切相关。虽然学术界已意识到土壤病毒在调控微生物群落结构组成、影响土壤元素循环利用、促进生物进化、以及影响动植物病害,乃至人类健康等方面可能起到重要的作用,但由于受到土壤病毒颗粒的吸附性、土壤异质性,以及研究手段和分析平台的制约,我们对土壤病毒的认知和重视程度远落后于流动的海洋等水体环境。土壤病毒宏基因组中大量的基因序列无法判断其来源及功能,被划分为未知基因,所以病毒也被喻为生物“暗物质”和最大的未知基因宝库。本文在简要介绍了病毒的形态,在土壤中数量、存在形式和多样性的基础上,着重介绍了利用分子标记基因、RAPD和宏病毒组研究技术解析土壤病毒多样性的方法及其局限性,阐述土壤病毒已证实和潜在生态功能。最后,文章提出未来土壤病毒研究应加强的研究方向,强调土壤病毒与土壤微生物耦合研究在揭示土壤生态功能研究中的重要性。     

土壤动物与土壤健康

农田管理措施可显著改变土壤动物群落结构和多样性,影响生态系统服务功能的发挥,并最终影响土壤健康和土壤安全。本研究通过对近20年国内外有关农田管理措施对土壤动物影响的相关报道进行梳理,系统总结了施肥方式、种植方式、耕作模式和喷洒农药4种管理措施对土壤动物群落组成和多样性的影响。在现有分析的基础上,提出了未来对于农田管理措施如何影响土壤动物多样性的研究中需要关注的方向,强调未来应在物种水平上加强农田管理措施对土壤动物多样性影响的认知,应重视农田管理措施下土壤食物网结构与功能的研究,应不断完善基于土壤动物群落的农田土壤健康评价指标,以期为农业土壤健康维持提供理论参考。     

土壤多样性研究趋势与未来挑战

根据2013年美国CRC出版的新著《土壤多样性(Pedodiversity)》的主要章节,结合文献综述了国际间土壤多样性研究的进展与现状,着重分析总结了土壤多样性的研究模式。首先,介绍了土壤多样性概念的提出和多样性的含义;然后,阐述土壤多样性分析的目的和方法论,涉及到多样性与土壤分类制、尺度与抽样强度等基本原则;进而,着重分析了当前土壤多样性研究的主要模式,包括威利斯曲线、土壤多样性与生物多样性、丰富度分布模型、多样性—面积的关系、多样性—时间的关系、多样性嵌套结构、多样性与土壤形成过程、多样性与景观变迁等;最后,指出由于城市的无序扩张和人口密集的工业区基础设施的建设等驱动力影响,使得土壤多样性遭到破坏,人类应该更多关注、加强对土壤圈和土壤多样性的保护。     

土壤多样性研究进展

土壤多样性研究是土壤学、土壤地理学与生态学相结合的一个新领域,它吸收了生物多样性的研究方法。本文在总结当前国内外相关研究的基础上,阐述了土壤多样性的概念,并对土壤多样性的相关研究方法,如生物多样性测度方法、多度分布模型方法及种—面积关系法、嵌套子集方法和分形理论方法等的应用实践进行了归纳。最后介绍了我国当前土壤多样性的研究现状,指出土地利用变化的研究为土壤多样性驱动因子的研究开辟新的路径。     

大兴安岭北部森林生态系统土壤动物组成与多样性分析

对大兴安岭北部7个代表性森林群落土壤动物进行调查,共捕获湿生土壤动物20216只,大、中小型土壤动物87类,19577只,隶属于4门9纲23目66科。大、中小型土壤动物的优势类群为螨类和节跳虫科,常见类群4类,两者占总捕获量的92.22%。各群落土壤动物的数量和种类组成有一定差异,其中杨落Ⅱ和白桦Ⅲ的数量和种类最多,柳草Ⅶ最少。7个群落共有类群23类,共优类群为螨类中的前气门亚目和中气门亚目,共有的常见类群2类:山跳虫科和线蚓科。7个群落间相似程度均较大,大多为中等相似。各群落土壤动物数量和种类在土壤各层的垂直分布上具有明显表聚性。在多样性分析中,各群落多样性指数H′大小为柳草Ⅶ>白桦Ⅲ>杨落Ⅱ>落沼Ⅳ>樟子松Ⅵ>桦杜Ⅰ>蒙古栎Ⅴ。大部分群落多样性指数的动态变化是8月>6月>10月。     

表达禽流感病毒核蛋白重组噬菌体的构建

摘要：利用PCR技术，扩增去除部分序列、长度为1320 bp、编码440个氨基酸的禽流感病毒(AIV)NP基因片段，将其克隆至pR质粒的T4噬菌体SOC基因C末端获得重组质粒pR-NP，以此重组载体转化大肠杆菌E2，用溶菌酶缺陷噬菌体T4-Z1感染重组E2菌，重组载体与缺陷噬菌体T4-Z1基因发生同源重组，将NP基因整合到噬菌体基因组中，用PCR方法筛选重组噬菌体并命名为T4-Z1-NP。经Western blot检测证实，T4-Z1-NP表达的NP融合蛋白具有免疫学活性。成功构建了表达禽流感病毒核蛋白的重组噬菌体。     

一个东北农田黑土样品宏病毒组的初步分析

病毒在地球上无处不在,几乎能感染任何生物,包括动物、植物、真菌以及细菌等,因而在生物地球化学元素和能量的循环过程中发挥重要作用。了解土壤病毒基因信息有助于我们深入理解病毒在生态系统中所扮演的角色。本研究选取一个东北农田黑土样品中的病毒为研究对象,基于病毒宏基因组测序技术获得土壤病毒基因序列,并利用生物信息分析方法揭示土壤病毒多样性。同时,结合个性化分析宏病毒组基因序列、进行功能基因分析、宿主预测和单病毒基因组组装和注释。研究发现该农田土壤检测到的病毒主要归属于有尾噬菌体目（Caudovirales,59.38%）和疱疹病毒目（Herpesvirales,2.56%）等2个病毒目中的29个病毒科,其中以长尾噬菌体科（Siphoviridae）、微小噬菌体科（Microviridae）的病毒数量最多,分别占44.48%和20.53%。基因功能分析表明土壤病毒可能参与土壤中的酶催化、生物代谢（如氮化合物代谢、分解代谢、多生物代谢、细胞代谢、初级代谢、含碱基小分子代谢以及有机物代谢等）等过程。宿主预测分析揭示检测到的病毒宿主分属5个菌门中的35个菌属。本研究结果丰富了土壤病毒的基因数据库,为土壤病毒分离提供参考,并为进一步理解土壤病毒生态学意义提供数据支撑。     

多年麦稻轮作免耕土壤细菌对土壤养分和酶活性的影响

为了探索连续多年免耕轮作对土壤养分与微生物的影响,以麦稻水旱轮作免耕试验为对象,采用常规土壤养分测定法、土壤微生物宏基因组测序技术及京都基因和基因组百科全书(KEGG)数据库、冗余(RDA)分析等方法,对连续多年田间保留农作物残茬免耕及传统耕作土壤的养分、微生物种群、酶活性等进行了检测分析。结果表明,连续13年田间保留农作物秸秆、残茬免耕轮作与传统耕作轮作0～20 cm土壤微生物种群结构丰度在农作物不同生长发育时期发生了变化,第一核心种群的变形菌门(Proteobacteria)、酸性杆菌门(Acidobac-teria)丰度最高,呈增加趋势;第二核心种群的放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)丰度呈下降趋势;连续多年免耕轮作处理土壤中心土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶含量分别比传统耕作处理提高了4.9%、22.8%、21.7%;免耕轮作处理的作物在绝大部分生长阶段与土壤酶的关联性优于传统耕作轮作处理。免耕处理Z4与传统耕种处理T4比较,土壤有机质、全氮、全磷、水解性氮、有效磷含量分别提高了27.7%、20.3%、16.1%、30.8%、19.3%;两种土壤的微生物代谢通路差异主要表现为氨基酸类通路,免耕轮作处理的绝大多数氨基酸类通路在第1时期(小麦拔节期)和第3时期(水稻孕穗期)比传统耕作轮作激活程度强的差异达到显著或极显著水平。在免耕轮作处理中,硝基螺菌属(Nitrospira)、厌氧黏细菌属(Anaromyxobacter)与全钾、速效钾、有机质、全氮、水解性氮含量,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)与有效磷含量呈正相关。连续多年田间保留作物残茬、秸秆,为微生物提供了较多的“食物”,以及连续多年免耕轮作措施减少土壤微生物生存环境的破坏是培肥地力的根本原因。而合理轮作免耕土壤中的变形菌门、酸性杆菌门等核心优势细菌种群,以及土壤酶的催化作用优于传统耕作,它们共同促进了土壤有机质和土壤养分转化和循环是提高土壤肥力的推动力。     

土壤硅藻研究进展

硅藻是水环境监测最常用的生物指标之一，相比而言，陆生硅藻的研究相对较少。硅藻作为土壤微生物的重要组成部分，在土壤生物地球化学循环中起到重要的作用。土壤硅藻的研究历史可分为：起步时期（1910s-1950s）、缓慢发展时期（1970s-1990s）和快速发展时期（2000s-）。本文重点对土壤硅藻的生物多样性、地理分布特征及其生态环境指示意义进行了总结。目前文献中报道的土壤硅藻属种已超过300种，其中亚南极、波兰及卢森堡的硅藻物种多样性相对较高，土壤中发现的硅藻大致可以分为嗜酸、嗜碱和普适种三种类型。已有的研究发现硅藻对土壤的酸碱度、湿度、有机质含量等环境因子变化响应敏感，是潜在的有效生物指标。在建立土壤硅藻标准分析方法基础上，未来还需要加强土壤硅藻分类学、不同类型土壤间硅藻对比分析和全球土壤硅藻生物地理学研究。此外，还需关注硅藻在土壤生物地球化学循环中的作用。     

病毒在土壤中的迁移行为

细菌和病毒等致病微生物广泛存在于化粪池、污水污泥、废水等源头。由于病毒比细菌和原生动物包囊小得多，在通过多孔土壤时不容易被过滤净化，地下水资源的病毒污染已引起各国科学家的高度关注，在过去的几十年间已经进行了较多的研究工作。也有了一些有关病毒在土壤中迁移行为及其影响机理的文献报道。本文的主要目的是在对过去国内外的一些研究结果作一综述，重点探讨影响病毒在土壤中迁移的主要因素，包括（1）影响病毒迁移的水动力学因素；（2）病毒吸附机理及其影响因素；（3）影响病毒生存或死亡的因素。土壤物理性质的不均一性是导致微生物和非反应物质之间的迁移行为差异的主要因素。影响病毒在土壤中吸附和死亡的因素很多，比如：土壤类型、病毒类型、pH、离子强度和多价阳离子、有机质、温度、土壤含水量、微粒、微生物活动等，对它们的影响机理进行了一一描述和解释。在指示病毒的选择上，噬菌体（比如MS2、PRD1、ФX174）已经被广泛用来研究病毒在土柱和田间条件下的迁移行为，并认为它们比较吻合指示病毒所需的各种条件。根据上述综述资料，在文章的最后对病毒迁移的进一步研究提出了一些建议。     

表达外源基因的猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)感染性克隆的构建及病毒拯救

为建立表达标记基因的重组猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)反向遗传操作平台,本研究在PRRSV HuN4-F112疫苗株感染性分子克隆的基础上,采用突变PCR技术将新城疫病毒(NDV)NP蛋白末端优势抗原区插入PRRSV NSP2蛋白的复制非必须区,经基因片段的克隆、拼接,构建了含有外源标记基因的感染性的PRRSV cDNA克隆psk-HuN4-F112-Δ52+NP49。用限制性内切酶SwaΙ将psk-HuN4-F112-Δ52+NP49线性化后通过细胞外转录获得病毒RNA,用脂质体法将病毒RNA转染叙利亚仓鼠肾细胞(BHK-21)包装出病毒粒子,再转接到猴胚胎肾上皮细胞(MACR-145)传代拯救病毒。对拯救的病毒进行RT-PCR扩增、酶切和序列分析鉴定。结果表明,拯救病毒含有不同于亲本病毒的分子标记(病毒基因组14667位人工产生的MluⅠ酶切位点)和插入的标记基因序列。间接免疫荧光试验表明,外源基因NP49在拯救的PRRSV中表达,且能够在PRRSV传代过程中稳定遗传。病毒生长特性比较显示,拯救病毒与亲本病毒在MARC-145细胞上具有相似的增殖特性。本研究构建了含有标记基因PRRSV的感染性克隆并获得了拯救病毒,为进一步开发新型PRRS疫苗提供了有效的反向遗传操作平台。     

土壤质量生物学指标研究进展

本文对近年土壤微生物、土壤酶活性和土壤动物等土壤质量生物学指标研究成果进行了综合评述。土壤微生物是土壤有机组分和生态系统中最活跃的部分,被认为是最敏感的土壤质量生物学指标:微生物生物量代表参与调控土壤中能量和养分循环及有机物质转化所对应微生物的数量,但须结合多样性研究以弥补其无法反映土壤微生物组成和区系变化的缺陷;微生物群落组成和多样性动态反映土壤中生物类群的多变性和土壤质量在微生物数量和功能上的差异;土壤微生物活性体现在土壤微生物商、微生物呼吸和代谢商等方面,应考虑生物量大小与微生物种群活性间的相关关系以反映微生物种群内的差异。土壤酶活性具有极高时效性,在较短时间内就能反映出土壤质量的变化。土壤动物通常以种类的组成和数量,土壤动物区系的相对丰度、多样性或活性作为评价土壤生物质量的敏感指标。与土壤理化指标相比,土壤生物学指标更能对土壤质量的变化做出灵敏迅速的响应,因而被广泛地用于评价土壤质量。     

番茄青枯病的土壤微生态防治研究

采用田间试验、微生物培养、BIOLOG GN微平板培养分析，研究了新开地、连作地施用生态有机肥前后土壤微生物多样性与番苗青枯病的关系。结果表明，新开地没有发生青枯病，连作地番茄青枯病发病率为100％，连作地施用生态有机肥后，青枯病发病率降低至49.86%，土壤真菌、放线菌的数量略微增加，细菌的数量变化不大，但平板中真菌、细菌、放线菌的不同形态菌落数明显增多。新开地、施用生态有机肥处理土壤微生物群落在BIOLOG GN微平板温育过程中的AWCD值、Shannon指数、Simpson指数、McIntosh指数、Alatalo均匀度均显著高于连作地土壤，PIE相遇几率则相反，新开地与施用生态有机肥土壤之间无显著差异。由此说明，施生态有机肥能提高土壤微生物多样性，从生态水平上抑制番茄青枯病的发生。     

土壤对病毒的吸附行为及其在环境净化中的作用

病毒在土壤上的吸附行为在很大程度上决定着其对饮用水的污染威胁。通过一次平衡法实验,比较研究噬菌体MS2和X174在6种不同性质土壤上的吸附行为的差别,同时阐述土壤中本身存在的微生物对土壤吸附行为的影响。总体趋势为土壤对X174的吸附能力高于对MS2的吸附能力;红黏土对病毒的吸附能力最强,而沙质潮土最弱;土壤中本身存在的微生物对土壤吸附病毒的影响依不同类型的土壤和病毒而异,除了红黏土外,灭菌土壤显著增加其对MS2的吸附;但对X174来说,灭菌后显著降低其在红黏土上的吸附,其他5种土壤的灭菌处理对X174的吸附行为没有显著影响。说明红黏土或与红黏土类似性质的材料在净化被病毒污染的水域时可能是一比较理想的病毒吸附剂;而在沙质潮土地区,病毒通过被土壤吸附而达到过滤净化的可能性则比较小。土壤中可能存在某一种或一类特殊微生物,它们可能可以控制病毒在土壤中的吸附行为,因而进一步研究其机理十分必要。     

土壤微生物多样性与地上植被类型关系的研究进展

土壤微生物是生态系统中重要的组成成分,土壤微生物多样性代表着微生物群落的稳定性,对植物的生长发育和群落结构的演替具有重要作用。同时地上植被也影响土壤微生物多样性,地上植被和地下微生物间具协同作用和正负反馈效应的互作机制。探讨植被和土壤微生物多样性之间的互作关系,为植物保护和生态系统的可持续发展研究提供参考。     

土壤微生物多样性与地上植被类型关系的研究进展

土壤微生物是生态系统中重要的组成成分,土壤微生物多样性代表着微生物群落的稳定性,对植物的生长发育和群落结构的演替具有重要作用.同时地上植被也影响土壤微生物多样性,地上植被和地下微生物间具协同作用和正负反馈效应的互作机制.探讨植被和土壤微生物多样性之间的互作关系,为植物保护和生态系统的可持续发展研究提供参考.     

植物多样性对土壤动物影响的研究进展

生物多样性与生态系统功能一直是生态学研究的一个热点。近些年来的研究表明,植物多样性除了影响陆地生态系统地上部分的初级生产力等生态系统功能,还会间接影响地下生物多样性及土壤生态系统过程。本文概述了植物多样性对土壤动物的影响及其主要机制,归纳了植物多样性通过改变输入土壤中的资源数量与资源多样性、微生境结构、土壤环境因子等影响土壤动物的途径。目前关于土壤动物群落对植物多样性的响应仍存在很多问题和争议,本文总结了需要进一步深入研究的方向,特别指出了要加强研究影响植物多样性与土壤动物关系的生物与非生物因子、后续的生态效应和反馈、不同机制和途径的贡献定量化等。     

土壤微生物多样性与地上植被类型关系的研究进展

土壤微生物是生态系统中重要的组成成分,土壤微生物多样性代表着微生物群落的稳定性,对植物的生长发育和群落结构的演替具有重要作用。同时地上植被也影响土壤微生物多样性,地上植被和地下微生物间具协同作用和正负反馈效应的互作机制。探讨植被和土壤微生物多样性之间的互作关系,为植物保护和生态系统的可持续发展研究提供参考。