珠江口海岸带沉积物氨氧化细菌和古菌组成及定量研究(英文)

[目的]对珠江口海岸带沉积物中的氨氧化细菌和古菌的组成进行分析,并进行定量研究。[方法]用构建克隆文库和Q-PCR定量的方法对珠江口沉积物中氨氧化细菌和古菌amoA基因的含量和多样性特征进行研究。[结果]在2个沉积物表层,氨氧化古菌的含量是细菌的9和22倍,揭示氨氧化古菌在珠江口的氨氧化过程中起主导作用;系统发育分析表明大多数古菌和细菌的amoA基因序列与不可培养的源于河口区和污染区域的环境克隆子序列有较高的同源性;细菌amoA序列可分成5个类群(Cluster A、B、C、D和E),均属于Nitrosomonas类群,其中Cluster A是主要类群(72.1%);古菌amoA序列分析表明来自于表层的序列有52.2%属于"水/沉积物"簇,47.8%属于"土壤/沉积物"簇,而沉积物底层厌氧区,检测到的古菌amoA基因93.3%属于"土壤/沉积物"簇,6.7%属于"水/沉积物"簇,且amoA基因数量略高于表层。[结论]该研究有助于了解珠江口区域氮的循环过程,为氮的富营养化处理提供重要的理论依据。     

稻田垄作免耕对紫色水稻土硝化微生物的影响

为研究长期垄作免耕对紫色水稻土硝化微生物的影响,以常规平作和冬水平作作为对照处理,采用实时荧光定量PCR对土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的amoA基因拷贝数进行了测定.结果表明:垄作免耕显著增加土壤有机质和全氮含量.垄作免耕条件下,AOB的amoA基因拷贝数为8.3×105/g干土,比常规平作和冬水平作分别高43%,158%;AOA的amoA基因拷贝数为4.5×107/g干土,比常规平作和冬水平作分别高201%,632%,均具有显著性差异(p0.05),稻田垄作免耕可增加土壤中硝化微生物的数量,对土壤中具有硝化功能的氨氧化细菌和氨氧化古菌具有积极影响.3种耕作方式土壤中AOA amoA基因拷贝数均比AOB amoA基因拷贝数高1~2个数量级,AOA可能在其中起重要作用.     

南美白对虾养殖系统中氨氧化菌多样性研究

[目的]为解决养殖水体的氨氮污染问题提供依据。[方法]研究南美白对虾养殖池塘底泥中的氨氧化菌的多样性和种群分布及其amoA基因的多样性,并与池塘周边土壤中的氨氧化菌群落结构进行比较。[结果]不同样品中氨氧化菌数量差异显著,其中池塘周边土壤中最多,达到4.5×105cfu/g,其次是池塘底泥和水体。来自土壤和底泥两个DNA样品均扩增到了预期长度(491 bp,517 bp)的amoA基因片段。底泥样品的DGGE条带数明显多于池塘周边土壤样品。土壤和底泥样品仅有1个共同的氨氧化菌种属,其序列与Nitrosospira sp.相似性达96%。池塘周边土壤的氨氧化菌种属序列与Nitrosospira sp.都有高度同源性。池塘底泥中Nitrosomonas sp.为氨氧化菌的优势菌群。[结论]构建的amoA基因克隆文库能较好反映南美白对虾养殖系统中氨氧化菌的多样性。     

长期施肥对旱地土壤中氨氧化微生物丰度和分布的影响

采用基于氨单加氧酶基因(amoA)的荧光定量PCR技术,以黄土高原旱地土为材料,研究长期施肥对土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度的影响,并分析环境因素与氨氧化菌丰度的关系。以不施肥土壤为对照(CK),设置3个施肥处理,分别为单施磷肥(P),氮、磷共施(NP)和氮、磷、有机肥共施(NPM)3个处理。结果表明,不同处理氨氧化菌amoA基因拷贝数为1.326×106～1.886×106 g-1,各处理间氨氧化细菌丰度差异不显著;氨氧化古菌的arch-amoA基因拷贝数为1.329×106～4.510×106 g-1,表现为处理NPM>NP>CK>P,NPM处理为对照的3.314倍,二者呈现显著性差异。采用DCCA法对4个处理进行环境相似度分类,结果显示,P和NPM处理、CK和NP处理分别构成了2个相似类群;4个处理和12个环境因子的关联(CCA)分析表明,不同处理中的氨氧化微生物活跃度以及氨氧化过程强度表现为处理NMP>NP>CK>P;不同环境因子和不同施肥处理生境相似度分布存在不同的关系,其中反映氨氧化过程的硝态氮含量、氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度,以及代表微生物生长主要环境因素的pH值、含水量、全氮和有机碳含量与不同施肥处理导致的生境相似度的分布关系最为紧密。     

长期氮磷不同施用量对土壤细菌、硝化与反硝化微生物数量的影响

为研究长期施用氮、磷肥对土壤微生物的影响,利用荧光定量PCR方法,比较6种不同氮磷施用量处理下土壤细菌、硝化与反硝化微生物的数量差异。结果表明:1)与不施肥相比,施氮磷肥显著提高了细菌16SrRNA基因、氨氧化古菌和细菌amoA基因和反硝化细菌nirK和nosZ基因拷贝数;2)与不施肥相比,低水平(T1)到高水平(T5)氮磷肥显著提高了细菌和氨氧化古菌数量,中低水平(T2)到高水平(T5)氮磷肥显著提高了氨氧化细菌数量,中、高水平(T3-T5)氮磷肥显著提高了nirK和nosZ型反硝化细菌数量,但施氮磷肥对nirS型反硝化细菌数量影响不显著;3)各处理中,氨氧化古菌amoA基因拷贝数显著高于氨氧化细菌amoA基因,反硝化细菌nosZ基因拷贝数显著高于nirK和nirS基因,nirK基因拷贝数显著高于nirS基因;4)细菌、氨氧化古菌和细菌及nirK和nosZ型反硝化微细菌数量与土壤pH呈显著负相关关系,与其他土壤理化性质均呈显著正相关关系。此外,硝态氮含量与氨氧化古菌和细菌数量显著相关,但与反硝化细菌数量无显著相关关系。综上所述,长期施用氮磷肥显著提高了土壤细菌、氨氧化古菌和细菌及nirK和nosZ型反硝化细菌的数量,且这些微生物的数量变化对氮磷肥施用水平的响应存在差异。     

长期施肥对黄土旱塬黑垆土氨氧化古菌群落多样性和丰度的影响

 【目的】研究长期不同施肥制度下黄土旱塬黑垆土氨氧化古菌群落多样性和丰度的变化,为提高黄土高原地区氮素利用效率、检测土壤质量变化提供重要依据。【方法】 利用PCR-RFLP技术和Real-time PCR技术分析无肥（CK）、有机肥（M）、氮肥+有机肥（NM）、磷肥+有机肥（PM）、氮磷肥+有机肥（NPM）等5种长期施肥处理对土壤氨氧化古菌群落结构和丰度的影响。【结果】从5种施肥处理的氨氧化古菌氨单加氧酶A（amoA）的克隆文库中分别得到25、18、29、20、30种RFLP酶切类型。α多样性指数表明各施肥处理土样之间氨氧化古菌多样性差异显著,NPM处理产生的氨氧化古菌多样性最多,而M处理多样性最少。欧氏距离聚类结果表明各施肥处理与对照（CK）处理土壤中氨氧化古菌群落类型趋同性系数最大,说明长期施肥处理使氨氧化古菌群落类型产生了较大变化。各施肥处理土壤中氨氧化古菌amoA基因拷贝数不同,NPM处理的氨氧化古菌丰度最高,与其它施肥处理呈显著性差异。基于amoA氨基酸序列构建的系统发育树将5种施肥处理的主要的优势氨氧化古菌与来自土壤/淡水沉积物的未培养氨氧化古菌聚为一类。【结论】长期不同施肥改变了土壤中氨氧化古菌群落多样性和丰度。     

不同类型稻田中全程氨氧化微生物的分异特征

选用微碱性氮贫瘠的上海市崇明岛稻田和微酸性氮丰富的南京市稻田剖面(0～50 cm),比较研究稻田土壤中氨氧化微生物类群丰度的差异及其环境驱动机制,评价其与氨氧化潜力的内在关系。结果表明,崇明稻田的净硝化速率为12.82～22.30 mg/(kg·d),明显高于南京稻田[4.26～7.46 mg/(kg·d)]。崇明稻田土壤剖面的Comammox amoA基因总拷贝数(Clade A与Clade B之和)均值为1 g 8.8×10~6拷贝,是南京稻田的2.4倍,且Clade A与Clade B的比值范围为2.5～12.7,证实了Comammox存在于2种不同类型的稻田土壤中。崇明稻田和南京稻田剖面的氨氧化细菌(AOB)的amoA基因拷贝数均值分别为1 g 3.75×10~8拷贝和1.23×10~8拷贝,氨氧化古菌(AOA)的amoA基因拷贝数均值分别为1 g 2.05×10~7拷贝和0.35×10~7拷贝,这2种菌群基因拷贝数均在10.1～20.0 cm土层达到最高。回归分析发现,2个稻田中氨氧化细菌(AOB)对氨氧化潜力的贡献率达到90%～94%,而Comammox仅为3%左右,表明氨氧化细菌(AOB)在氨氧化过程中发挥主要作用。     

长期施用氮肥和磷肥对渭北旱塬土壤中氨氧化古菌多样性的影响

采用基于氨单加氧酶基因的PCR-RFLP和DNA测序技术,以黄土高原旱地黑垆土为材料,研究长期施用氮肥和磷肥对土壤氨氧化古菌多样性的影响.结果显示,不同施肥处理土壤样品得到的氨氧化古菌的OTU数分别为25(种植不施肥,CK)、21(不施肥不种植,LD)、18(单施氮肥,N)、25(单施磷肥,P)和13(氮、磷共施,NP).氨氧化古菌的多样性指数H′和优势度指数Ds变化趋势基本相同,分别为P＞CK＞LD＞NP＞N和P＞CK＞NP＞LD＞N;种群丰富度和均匀度指数在不同处理间变化较大,分别为CK＞P＞LD＞N＞NP和P＞NP＞LD＞N＞CK.各处理优势氨氧化古菌绝大部分属于Cluster S,少数属于Cluster M,获得的序列全部属于难培养泉古菌门.不同施肥方式的长期定位试验土壤中氨氧化古菌多样性变化较大,而优势氨氧化古菌系统进化定位没有显著变化.     

沉积物中宏基因组DNA快速提取方法:重铬酸钾-SDS法（英文）

[目的]建立一种从黑臭沉积物中快速、不需要任何纯化步骤的基因组DNA提取方法。[方法]富营养化湖泊沉积物是一种复杂的生态系统,土壤微生物在其氮循环过程中起着重要的作用。基于DNA的分子生物学方法为描述这些复杂微生物群落提供了新途径。但是,很难去除基因组DNA(代表了这些复杂系统中的微生物群落)的共提取物腐殖酸、重金属等物质,其能够干扰后续的基因分析。[结果]腐殖酸去除和DNA提取同步进行,提取时间大约为1 h,所得到的核酸不需要用70%的乙醇洗,直接溶解于灭菌水即可用于总细菌16S r DNA、反硝化细菌nos Z基因、甲烷氧化菌pmo A基因、固氮细菌nif H基因、氨氧化细菌和古菌的amo A基因的分子生态学分析。[结论 ]该方法为快速制备沉积物DNA提供了一个框架。     

低温条件下人工湿地氨氧化微生物的群落结构特征

为了解冬季低温条件下人工湿地沉积物的氨氧化潜力及其影响因素,以北京市汉石桥湿地自然保护区内的人工湿地为研究对象,测定了不同湿地单元沉积物的硝化潜势(PNR)及其相关功能基因的丰度。结果表明,沉积物的PNR较高,说明冬季人工湿地具有较高的硝化潜力。PNR从入水段到出水段呈现先增加后减少的趋势。通过建立硝化活性与功能微生物丰度的线性回归模型发现,氨氧化古菌(AOA,以AOA的amoA基因丰度表征)是影响硝化潜势的主要功能微生物。进一步构建硝化微生物丰度与环境因子的回归方程,发现影响AOAamoA基因丰度的主要环境因子是碳氮比(C/N),影响氨氧化细菌(AOB,以AOB的amoA基因丰度表征)丰度的主要环境因子是全氮(TN)含量。高通量测序测定人工湿地沉积物AOA和AOB的群落组成,各湿地单元检测到的AOB群落优势门为Proteobacteria,主要是β-Proteobacteria纲,AOA主要属于Crenarchaeota和Thaumarchaeota 2个门类。湿地4单元和5单元,1单元和6单元在AOB菌群群落组成上较为接近;湿地6单元、7单元、8单元在AOA菌群群落组成上较为接近。     

珠江口中华白海豚自然保护区鱼类群落多样性分析

[目的]分析珠江口中华白海豚自然保护区海域鱼类结构组成及其多样性,为开展中华白海豚保护及保护区生物多样性研究提供基础资料.[方法]2015年9月(秋季)和2016年3月(春季)以拖网船对保护区海域进行拖网调查,运用生物量和丰度法对渔获组成进行统计分析,计算调查海域内鱼类资源生态特征指数,并采用丰度生物量比较曲线法评估鱼类群落受干扰程度.[结果]两个航次调查共捕获鱼类57种,隶属于13目37科51属.2015年9月(秋季)调查的平均鱼类生物量1.63 g/m2,平均丰度177.9×10-3尾/m2;2016年3月(春季)调查的平均鱼类生物量0.43 g/m2,平均丰度25.2×10-3尾/m2.棘头梅童鱼(Collichthys lucidus)、凤鲚(Coilia mystus)、六指马鲅(Polynemus sextarius)和短吻鲾(Leiognathus brevirostris)为春秋两季共有优势种;Shannon-Weiner多样性指数(H')、Pielou均匀度指数(J')和Margalef丰富度指数(D)3项生态特征指数均表现为秋季高于春季.2015年9月(秋季)珠江口中华白海豚自然保护区海域鱼类群落的生物量优势度曲线位于丰度曲线之下,W为负值(-0.068),鱼类群落结构受到严重干扰;2016年3月(春季)该海域鱼类群落的生物量优势度曲线位于丰度曲线之上,W为正值(0.056),鱼类群落结构未受干扰.[结论]珠江口中华白海豚自然保护区海域鱼类现存资源量水平呈下降趋势,渔业资源有所衰退;鱼类群落结构在秋季受外界干扰较明显,春季则趋于稳定.珠江口中华白海豚自然保护区海域水质已受到轻度污染,虽然目前尚适合鱼类的生长和繁育,但今后须对其进行实时监测,加强水质与生态环境的保护.     

珠三角城市群生态足迹分析

[目的]计算和分析2009年珠三角城市群生态足迹。[方法]以珠三角9个市为研究区,运用生态足迹计算模型对2009年珠三角市生态足迹和生态安全进行计算,定量分析珠三角区域生态环境现状和可持续发展状况。[结果]珠三角城市群除了建筑用地和林地稍显生态盈余外,其他4种土地类型均处于生态赤字状态,特别是可耕地和化石燃料用地,存在明显的生态赤字。[结论]珠三角生物资源消费水平和能源消费水平较高,应采取多种措施减少生态赤字,以使得发展方式向更加可持续性的方向转变。     

基于环境DNA宏条形码的珠江河口鱼类种类组成

利用环境DNA宏条形码技术对珠江河口区的鱼类组成进行初步探究。采用线粒体12S部分序列作为条形码标记,对采自珠江口伶仃洋7个采样点的水样滤膜DNA进行扩增,共获得有效序列26 777条,聚类得到35种可操作分类单元(OTU)序列。经比对共检测出35种鱼类,隶属于9目20科29属。其中,30种鉴定到种水平,5种仅鉴定到属水平。在7个采样点中分别检测到9～31个种类,种类数量最多的是鲈形目,共22种。在A和F点检测到易危(Vulnerable)物种——迈氏条尾(Taeniura meyeni)。通过与珠江河口不同海域的两项类似的研究对比发现,研究区域、样品采集策略和采用的条形码标记的不同使得检测到的鱼类种类的数量和组成上有明显差异。研究表明,环境DNA宏条形码技术适用于珠江河口伶仃洋鱼类种类组成调查,可以作为传统调查方法的一种补充手段,用于河口区鱼类多样性调查和研究。     

短期生物炭添加对不同类型土壤细菌和氨氧化微生物的影响

【目的】氨氧化作用是硝化作用的第一步,也是硝化作用的限速步骤,是全球氮循环的关键环节。本试验旨在研究在我国不同类型土壤中添加花生壳生物炭对细菌和氨氧化作用的影响,为生物炭的推广使用提供理论依据。【方法】试验以黄棕壤、潮土、黑土为供试土壤,通过短期培养试验,利用16SrRNA测序研究生物炭对不同类型土壤氨氧化微生物、细菌群落结构以及相关酶基因表达量的影响。每种土壤设置4个处理：CK（不施用化肥和生物炭）,F（单施化肥）,C（单施2%花生壳生物炭）,FC（施用化肥+2%花生壳生物炭）。【结果】施用生物炭后（C、FC）酸性土壤pH显著提高了0.5—1.0个单位,但碱性土壤pH显著降低了0.5—0.6个单位;单施生物炭（C）造成黄棕壤的微生物丰富度和多样性显著提高,潮土在单施生物炭（C）时仅显著提高了土壤的微生物多样性指数,在黑土中施用生物炭和化肥都未显著改变土壤微生物的丰富度和多样性;在3种土壤中氨氧化细菌的丰度皆高于氨氧化古菌,测得的氨氧化细菌的OTU丰度约为氨氧化古菌的8.1倍;生物炭和化肥并未显著改变奇古菌门中的OTU丰度,却对β和γ变形菌中的OTU丰度产生了显著性影响;3种土壤的氨氧化细菌都以β变形菌为主,约占60%;另外,生物炭的施用（C、FC）在PC1（40.4%）上显著改变了黄棕壤的微生物群落结构,在PC1（42.3%）和PC2（21.3%）上都显著改变了潮土的微生物群落结构;施用生物炭后（C、FC）,短期内潮土中氨合成相关酶基因表达量显著降低14.7%—39.9%,氨氧化古菌丰度在单一施炭（C）和化肥与生物炭同施（FC）时分别降低了70.5%和48.7%。【结论】施用生物炭后,短期内显著改变了黄棕壤和潮土的微生物群落结构,并明显抑制了潮土的氨氧化作用。     

珠三角地区电镀厂土壤重金属形态分析

[目的]评估珠三角地区电镀厂土壤重金属的生物有效性及风险情况。[方法]采集珠三角地区不同电镀厂的土壤样品,采用BCR提取法测定土壤样品中Pb、Zn、Cu、Cr、Ni等重金属元素4种形态的含量,评估珠三角地区电镀厂重金属的浸出风险。[结果]珠三角地区电镀厂土壤污染的主要重金属类型为Cr、Zn、Cu,Pb和Ni的污染较小。珠三角地区电镀厂土壤中Zn、Cu、Cr的风险非常高,土壤条件若有改变就会带来重金属的浸出。场地1土壤样品中Zn、Cu、Cr严重超标;场地2土壤样品中Cu和Cr严重超标;场地4土壤样品中Zn严重超标;场地5土壤样品中Zn、Cu、Cr属于重污染;场地6土壤样品中Zn、Cu、Cr、Ni严重超标。[结论]该研究可为珠三角地区重金属污染治理提供依据。     

溶解氧对贾鲁河底泥中氮释放的影响

[目的]研究溶解氧对贾鲁河底泥中氮释放的影响。[方法]结合贾鲁河（郑州段）污染现状,通过原始柱状底泥模拟试验,研究了溶解氧对贾鲁河底泥中氮转化的影响。[结果]溶解氧是影响贾鲁河底泥中氮转化的主要因素,不同溶解氧浓度对氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的转化时间和效率的影响不同。好氧环境条件下,氨化、亚硝化、硝化作用进行较彻底,氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的转化时间少于厌氧环境,其转化效率高于厌氧环境。[结论]该研究为贾鲁河水污染治理提供了科学参考。     

优质饲草高粱生长势的研究

[目的]分析优质饲草高粱引入珠三角种植的可行性。[方法]通过对健宝、牧特利、甜宝及F8386草高粱的引种试验,对各品种的株高、叶数、整株鲜重、叶鲜重、鞘鲜重、茎鲜重、穗鲜重、穗长、节数等性状进行比较研究,进一步对各品种的适应性、品种特性、生育特性及产草能力进行分析。[结果]除牧特利外,其他品种均能在珠三角顺利越冬,再生能力强,并且夏天生长势最好。[结论]供试品种可以引入珠三角种植。     

珠江口沿岸地区资源环境与经济发展研究

珠江口沿岸地区位于珠江三角洲前沿,地理位置优越,资源丰富,经济发达。近年来随着经济高速的发展,生态环境受到了影响,反过来又制约了经济的增长。该研究以此为研究点,介绍了珠江口沿岸地区的概况,分析了其具有的优势,并指出其中存在的问题,提出了该地区经济发展与资源环境保护的相关建议。     

珠三角土壤~（238）U·~（226）Ra·~（232）Th和~（40）K含量水平研究

[目的]为了调查土壤中天然放射性核素的水平和分布。[方法]利用高纯锗γ谱仪,调查珠三角区域内采集的796个土壤样品的天然放射性水平。[结果]土壤放射性核素238U、226Ra、232Th和40K的平均含量分别为142.4、135.9、196.9、670.2 Bq/kg。[结论]珠三角土壤中主要天然放射性核素含量高于全国背景含量,主要表现为土壤铀、钍含量较高。