放牧对草地土壤微生物多样性影响研究进展

土壤微生物是草地生态系统重要组成部分,在草原生态系统中物质与能量循环中起着重要作用。土壤微生物多样性对环境变化很敏感,能较早指示生态系统功能变化。本文就放牧对草地植被、土壤理化性质和微生物多样性的影响及土壤微生物研究方法现状进行了总结,最后就对草地土壤微生物多样性研究进行了展望。     

生物复混肥对土壤微生物群落功能多样性和微生物量的影响

在温室盆栽条件下,采用Biolog微平板法和氯仿熏蒸浸提法,研究了玉米施用等养分量的无机肥、有机无机复混肥和生物复混肥后土壤微生物群落功能多样性及土壤微生物量的变化。结果表明:生物复混肥处理的土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)、微生物群落Shannon指数(H)和微生物群落丰富度指数(S)均最高;施用生物复混肥可明显提高土壤微生物对碳源的利用率,尤其是多酚化合物类和糖类;不同处理土壤微生物碳源利用特征有一定差异,生物复混肥在第1主成分上的得分值为正值,其他各处理在第1主成分上的得分值基本上为负值,起分异作用的主要碳源是糖类和羧酸类。在玉米生长期间各处理土壤微生物量大致呈先升高后逐渐平稳的趋势,且土壤微生物量碳、氮、磷的含量均以生物复混肥处理最高,最高值分别为333.21mg.kg 1、53.02 mg.kg 1和22.20 mg.kg 1。研究表明,生物复混肥的施用比等养分量的有机无机复混肥处理能显著提高土壤微生物群落碳源利用率、微生物群落丰富度和功能多样性,显著增加土壤微生物量碳、氮、磷的含量,有利于维持良好的土壤微生态环境。     

模拟氮沉降对滨海湿地土壤微生物功能多样性的影响

为全面了解大气氮沉降条件下滨海湿地土壤微生物碳源利用特点,本研究在江苏盐城滨海湿地建立模拟氮沉降实验平台,设置N1(N,0 g/(hm~2·a),对照)、N2(N,3 g/(hm~2·a),低氮)和N3(N,6 g/(hm~2·a),高氮)3个处理,采用Biolog微平板法,分析了土壤微生物功能多样性在不同氮处理下的变化规律和特点。结果表明:不同氮沉降处理间土壤微生物功能多样性差异显著,AWCD值随培养时间延长而增加;Shannon和Mc Intosh多样性指数也随施氮增加呈现升高的趋势,且不同处理间多样性指数差异显著;物种多样性和功能多样性表现出相同的变化规律。土壤微生物对6大类碳源利用强度存在差异,各处理间土壤微生物对碳水化合物类碳源利用率最高,为优势碳源;主成分分析结果显示,不同处理间土壤微生物在碳源利用上有明显的空间分异,土壤微生物功能多样性的差异主要体现在对羧酸类、酚酸类和胺类碳源的利用上,其中胺类尤为突出;此外,对不同施氮处理土壤微生物群落功能多样性与土壤理化因子进行相关分析,结果显示全氮、铵态氮、全磷会对滨海湿地土壤微生物组成和功能活性产生重要影响。     

种植方式对玉米不同生长期土壤微生物群落功能多样性的影响

为探讨玉米不同种植方式下土壤微生物群落功能多样性的差异,进行田间定点试验,采用Biolog方法分别研究了4行轮作、4行连作、8行轮作和8行连作的种植方式对玉米种植前、拔节期、抽穗期和收获期土壤微生物功能多样性的影响。结果表明:4种种植方式的土壤微生物均在种植前代谢活性最弱、功能多样性最低,在玉米抽穗期土壤微生物代谢活性最强,功能多样性最高。在种植玉米前,轮作的土壤微生物代谢活性和功能多样性高于连作,8行轮作和4行轮作土壤微生物的物种多样性指数分别比相应的连作高22.93%和11.42%;4行轮作的土壤微生物物种多样性指数比8行轮作低3.17%,而4行连作比8行连作高6.83%。在玉米拔节期、抽穗期及收获期连作土壤微生物功能多样性略高于轮作,且有4行连作大于8行连作的趋势,但差异均未达显著水平。种植前,4种种植模式的土壤微生物对6大类碳源的利用程度整体上都较低,降解碳水化合物类、羧酸类和聚合物类碳源的微生物是种植方式影响的主要土壤微生物类群;随着玉米的生长,土壤微生物对6大类碳源的利用都逐渐增强,玉米拔节期、抽穗期和收获期之间土壤微生物特征碳源没有较大差异,4种种植方式的土壤微生物对聚合物类碳源利用程度差异都不显著。PLS-EDA分析结果表明种植方式对土壤微生物产生较大影响,种植前8行轮作和4行连作的土壤微生物碳源利用模式具有相似性;种植玉米后4种种植方式的土壤微生物对碳源的利用模式存在较大差异,其中4行连作的土壤微生物在玉米拔节期和收获期对碳源的利用模式与其他3种种植方式差异最大。试验说明作物长期连作栽培会影响土壤微生物群落功能,降低土壤微生物物种多样性,引起土壤微生物群落结构与功能的失调。     

核酸分析方法在土壤微生物多样性研究中的应用

土壤微生物多样性一般包括微生物分类群的多样性、遗传(基因)多样性、生态特征多样性和功能多样性。传统的分离培养方法和土壤微生物的生化研究手段具有一定的局限性,核酸分析方法为土壤微生物多样性研究注入了新活力。本文主要综述了近年来国内外研究土壤微生物多样性所采用的核酸提取方法及核酸分析方法。重点阐述了基于PCR的分子指纹技术、核酸杂交技术、基因芯片等核酸分析方法的原理、优缺点和应用。各种土壤微生物多样性研究方法的综合应用可扬长避短,起到相互补充的作用,从而能够提供更加丰富而准确的土壤微生物群落结构及种群丰度变化等方面的信息,也将成为这一领域今后的发展趋势。     

生物复混肥对土壤微生物的影响研究

在温室盆栽玉米条件下,应用平板计数法、氯仿熏蒸浸提法和Biolog微平板法,进行施用菌剂、生物复混肥、有机无机复混肥和无机肥对土壤微生物的影响试验。结果表明,施用生物复混肥可显著提高土壤中细菌、真菌和放线菌数量,增加土壤微生物量碳、氮的含量;增强土壤微生物利用单一碳源的能力、提高土壤微生物群落的功能多样性;促进土壤微生物生态系统的稳定,改善土壤微生物群落的生态功能。     

五大连池火山群土壤微生物群落代谢多样性及影响因素研究

火山岩母质发育的土壤孕育了结构功能独特的土壤微生物群落。为评估火山生态系统土壤微生物的代谢多样性及其影响因素,选择五大连池火山群为研究对象,基于“时空替代”的研究方法,利用Biolog微平板技术,分析不同地质年代火山南北两个坡向的土壤微生物碳源代谢多样性,结合土壤理化指标进一步分析影响土壤微生物碳源代谢多样性的环境因子。结果表明：不同地质年代火山土壤微生物群落功能多样性存在显著差异。平均颜色变化率(AWCD)随培养时间延长而逐渐增加,南坡AWCD值随土壤发育时间增加而增加,北坡AWCD值无明显变化规律。土壤微生物碳源代谢的指数速率(P值)和潜力(K值)南北坡存在差异显著。主成分分析结果表明,南坡主成分1和主成分2分别能解释变量方差的80.85%和12.54%,土壤微生物的碳源代谢格局差异主要是由糖类(CH)和酯类(ES)引起的,二者共解释总变异量的64.93%;北坡主成分1和主成分2分别能解释变量方差的70.13%和19.77%,土壤微生物的碳源代谢格局差异主要是由带磷基糖类(CH.P)和酯类(ES)引起的,二者共解释总变异量的80.41%。冗余分析表明,土壤速效磷、总有机碳、铵态氮、...     

有机肥替代部分化肥对马铃薯根际土壤微生物群落功能多样性的影响

长期过量施用化肥使农田的土壤微生物区系和生物活性受到极大破坏,作物产量对化肥养分的依赖性越来越强。本文采用大田试验和Biolog生态板法技术相结合的方法,研究了有机肥(普通有机肥-OF,生物有机肥-BIO)替代部分化肥(CF)对马铃薯收获期根际土壤微生物群落功能多样性的影响。结果表明,25℃培养144 h后,收获期马铃薯根际土壤微生物代谢活性以T8处理(60%CF+BOF6000 kg hm-2)最大为0.848,T2处理(100%CF)最小为0.467,单施化肥降低了根际土壤的微生物代谢活性,低于不施肥的对照处理40.52%;生物有机肥替代部分化肥处理的Shannon、Mc Intosh丰富度指数、均匀度指数以及Simpson指数均高于普通有机肥替代化肥的处理,说明施用生物有机肥比普通有机肥更能提高马铃薯根际土壤的微生物活性和多样性;8个处理的主要利用碳源均为羧酸类物质和糖类物质,表明以糖类和羧酸为营养物质的微生物在马铃薯收获期的根际土壤中占主导位置;主成分分析结果显示,生物有机肥比普通有机肥更有利于土壤微生物活性的提高。生物有机肥替代部分化肥可以提高马铃薯根际土壤微生物群落功能多样性。     

土壤电动修复中电极切换对土壤微生物群落的影响

通过细菌计数和Biolog方法,研究了在3.0V·cm^-1的电压梯度下,不同电场切换周期（24h、5h、10min和1min）对土壤微生物群落的影响。结果表明,电压梯度为3.0V·cm^-1的电场作用能够促进土壤微生物的活性,但会轻微地降低土壤微生物功能多样性,电场切换不能改变这种电场对微生物群落的影响;长时间的电场处理下,电极反应对微生物数量和功能多样性损害严重,切换电场电极能有效消除电极效应,电场电极切换周期≤5h时,可保护电极附近土壤微生物多样性,当切换周期≤10min时,不仅可保护土壤微生物多样性,而且可以保护微生物数量。研究结果说明了电场电极切换能有效降低电极反应对微生物群落的影响,揭示了电场电极切换对土壤微生物群落影响的规律,为电场电极切换方法在污染土壤电动强化生物修复技术中的深化和应用提供理论依据。     

植物多样性对土壤微生物的影响

生物多样性强烈地影响生态系统的过程，生态系统过程的变化可导致生物多样性衰减并因素导致生态系统功能衰退，植物种丰度和植物功能多样性对土壤细菌群落的代谢活性和代谢多样性有成正比的影响。土壤细菌的代谢活性和代谢多样性随植物种数量的对数和植物功能组的数量而直线上升，其原因可能是由植被流入土壤的物质和能量的多样性和数量的增加，也可能是由土壤动物区系起作用的土壤微生境的多样性的增加造成的，由于植物多样性的丧失所引起的植物生物量的减少对分解者群落有强烈的影响，微生物生物量将可能减少，因为在大多数陆地生态系统中，有机碳源限制着土壤微生物的活性。     

土壤微生物多样性研究的新方法

传统的分离培养和鉴定土壤微生物方法所具有的困难性和局限性 ,是造成难以深入了解土壤微生物生态学特性和多样性组成方面的主要障碍。本文运用分子生物学技术 ,以澳大利亚两种主要森林类型的土壤微生物多样性研究为实例 ,介绍了从土壤中直接提取土壤微生物DNA的方法以及末端限制性酶切片段长度多态性 (T RFLP)分析的基本原理和方法。作者认为 ,用该方法提取的土壤真菌DNA的纯度高 ,完全适合PCR扩增和T RFLP分析的要求。T RFLP已成为国外深入研究土壤微生物多样性的理想方法之一     

土壤微生物DNA木聚糖酶基因多样性的研究

采用国产硅胶Gk254（60型）代替进口Glass bead的改良方法抽提土壤微生物DNA，然后设计了一对扩增木聚糖酶基因片段的新简并引物，对抽提的土壤微生物DNA进行PCR扩增。扩增片段连接pMD18T载体，转化大肠杆菌，重组片段通过酶切进行RFLP分析后，测序分析得到10个木聚糖酶基因片段。对所得片段翻译的氨基酸序列进行BLAST分析表明有8个片段与来自放线菌的木聚糖酶具有较高的同源性，2个与假单胞菌的木聚糖酶具有较高的同源性。所得10个木聚糖酶片段的氨基酸序列同源性比较显示，第27个氨基酸均为天冬酰胺（N），暗示这些来自土壤微生物DNA的基因片段编码耐碱的木聚糖酶。通过构建系统进化树，发现扩增的木聚糖酶片段之间的相似性均在70％以上。     

BIOLOG在土壤微生物群落功能多样性研究中的应用

微生物功能多样性信息对于明确不同环境中微生物群落的作用具有重要意义 ,而微生物群落的定量描述一直是微生物学家面临的最艰巨的任务之一。目前 ,以群落水平碳源利用类型为基础的BIOLOG氧化还原技术为研究土壤微生物群落功能多样性提供了一种简单、快速的方法 ,并得以广泛应用。但它仍然是一种以培养为基础的方法 ,显示的代谢多样性类型也不一定反映整个土壤微生物群落的功能多样性。因此 ,这种方法优点明显 ,缺陷也存在 ,并且在应用过程中还有很多关键的操作要点与技巧。本文综述了BIOLOG研究土壤微生物群落功能多样性的原理、BIOLOG研究土壤微生物群落功能多样性的方法与技巧、应用过程中容易产生的问题及可能克服的办法 ,同时还提出了值得进一步研究的问题。旨在促进对BIOLOG测定土壤微生物群落功能多样性的了解 ,为正确运用这种方法开展土壤微生物群落功能多样性研究提供科学依据和理论指导。     

土壤中多菌灵的降解动态及其对土壤微生物群落多样性的影响

采用实验室模拟方法研究了多菌灵在土壤生态系统中的降解动态及其对土壤微生物群落多样性的影响。结果表明,2.0和4.0 mg kg-1多菌灵在土壤中的降解半衰期分别为8.6和6.8 d。试验初期各个处理的土壤微生物群落的AWCD值显著降低,土壤微生物群落的Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数均低于不加多菌灵的对照,微生物群落的丰富度、均匀度和优势度受到抑制,并且多菌灵对土壤微生物的抑制作用随浓度的增加而增强。随着时间的延长,多菌灵对土壤微生物的毒性逐渐减弱,3 d后土壤微生物多样性逐渐恢复到对照水平。     

土壤微生物群落结构研究方法进展

分离培养技术在土壤微生物的研究中有很大的局限性，因为土壤中的微生物大部分还处于不能被分离培养状态。随着微生物研究技术的发展尤其是分子生物学技术的发展，一系列不依赖于培养的技术在土壤微生物研究中得到广泛应用。本文介绍了生物标志物法、SCSU、DNA复性分析、DGGE、TGGE、ARDRA、T-RFLP、SSCP、PAPD和ERIC—PCR图谱分析等方法在土壤微生物群落结构研究中的应用。     

水分条件对水稻土微生物群落多样性及活性的影响

采用BIOLOG碳素利用法、磷脂脂肪酸（PLFA）法和土壤酶活性测定等方法比较了三种水分条件（淹育、淹育晾干、非淹育）对水稻土微生物群落多样性及活性的影响。结果表明，淹育处理水稻土的脱氢酶、蔗糖酶活性明显高于淹育晾干和非淹育处理，并导致该土壤的基础呼吸升高。BIOLOG碳素利用法表明，非淹育处理的微生物群落平均吸光值（AWCD）显著低于淹育和淹育晾干处理。磷脂脂肪酸（PLFA）实验发现，淹育水稻土的真菌特征脂肪酸（18：2w6，9c）所占比例减少，真菌特征脂肪酸（18：2w6，9c）与细菌特征脂肪酸（15：0i＋15：0a＋16：0i＋16：1w5c＋17：0i＋17：0a＋17：0cy＋17：0＋18：1w7c＋19：0cy）的比值下降；水分条件变化没有改变土壤微生物环丙基脂肪酸19：0cy的相对丰度，但非淹育处理的环丙基脂肪酸17：0cy相对丰度明显高于另外二种处理。BIOLOG碳素利用法的群落水平生理剖面（CLPP）和磷脂脂肪酸（PLFA）测定结果经聚类分析后，发现淹育和淹育晾干处理的土壤微生物多样性在较低的距离尺度可聚成一类，且与非淹育土壤具有明显差异。淹育水稻土与淹育晾干相比，尽管土壤微生物群落结构和功能多样性有一定的相似性，但微生物的种群组成和活性仍发生了较大的变化。     

土壤微生物多样性的科学内涵及其生态服务功能

土壤微生物多样性是指土壤生态系统中所有的微生物种类、它们拥有的基因以及这些微生物与环境之间相互作用的多样化程度,当前研究主要集中在物种多样性、遗传多样性、结构多样性及功能多样性等4个方面。土壤微生物多样性作为全球性研究迄今仅有10余年时间,但已呈现对象广、内容多、水平宽、方法新等特点,特别是分子生物学技术在很大程度上决定并体现了其研究水平和发展进程。然而,如何进一步改进土壤微生物的培养技能、加强土壤宏基因组学分析与应用、耦合土壤微生物多样性与生态功能、揭示土壤微域结构的影响机制是土壤微生物多样性研究的4个关键科学问题。当然,土壤微生物多样性的生态系统服务功能是其根本价值所在,主要包括有机物分解、物质循环和生态安全调控等3个方面。今后,土壤微生物多样性研究应紧紧围绕其与土壤生物过程、生态服务功能三者之间的联系,着重建立土壤微生物多样性的研究指标和方法体系,进而阐明人类生产活动影响土壤微生物多样性及其生态服务功能的土壤生物过程。     

氯氰菊酯污染土壤的微生物修复及对土著微生物的影响

在实验室条件下,在含有氯氰菊酯的土壤中添加氯氰菊酯和3-苯氧基苯甲酸(3-PBA)降解菌CDT3(Rhodococcussp.)和PBM11(Pesudomonassp.),同时设不加菌的对照。分别于0、3、7、15、30 d取样,测定土壤中氯氰菊酯和3-PBA的残留,同时用平板计数和变性梯度凝胶电泳(DGGE)方法分析土壤微生物群落的变化。结果显示:CDT3和PBM11在土壤中协同作用能够更好地降解氯氰菊酯及其中间产物3-PBA。氯氰菊酯对土著微生物有较强的抑制作用。投加降解菌可以消除农药对土壤微生物的抑制,有助于土著微生物种群的恢复,但短期内无法改变农药对土壤微生物结构的破坏。     

甲磺隆对土壤微生物多样性的影响

甲磺隆是国内外现阶段广泛使用的一种新型除草剂，用量少、生物活性高、对人畜低毒等是它的显著特点。已有研究者就该种除草剂在正常用量下对土壤呼吸作用、硝化作用、土壤酶活性、土壤微生物生物量等进行了研究。相比较而言，甲磺隆除草剂污染区土壤微生物多样性变化的研究鲜见     

土壤微生物多样性研究的DGGE/TGGE技术进展

分子生物学技术比传统的培养方法可得到土壤微生物种群多样性更全面的信息。变性梯度凝胶电泳(Denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和温度梯度凝胶电泳(Temperature gradient gel electrophoresis,TGGE)可分离PCR扩增的DNA片段,已成为研究土壤微生物群落多样性的重要手段。本文综述了DGGE/TGGE技术在土壤微生物多样性研究中的应用进展,分析了该方法的主要影响因素及其优点和存在的问题。