烤烟根际土壤微生物对根系酚酸类物质的响应

【目的】烟草连作导致化感物质累积,探索化感物质中主要的酚酸类物质对根际土壤微生物的影响,可为克服烟草连作障碍提供理论依据。【方法】采用盆栽试验方法,将前期分离、鉴定出的烟草根系分泌物中主要酚酸类物质苯甲酸和3-苯丙酸接种到土壤中,模拟烟草多年连作土壤。试验设4个处理:对照(T0),向土壤中加入等量灭菌去离子水;添加苯甲酸3μg/kg土(T1);3-苯丙酸8μg/kg土(T2);同时添加苯甲酸3μg/kg土和3-苯丙酸8μg/kg土(T3),每处理5次重复。以MiSeq测序平台对根际土壤微生物进行高通量测序,探索其对根际土壤微生物的影响,同时采用荧光定量PCR法检测土壤中的茄科劳尔氏菌、短短芽孢杆菌、固氮菌、无机磷细菌、硅酸盐细菌等功能微生物及细菌和真菌的数量变化。【结果】T 1、 T 2处理土壤细菌OTUs(Operational Taxonomic Units)数目分别比对照T0降低了21.5%和17.0%,T3处理OTU数量低于T1和T2处理;T2处理土壤中优势微生物种群增多,结构平衡性降低,门上分类构成和微生物群落构成显著不同于对照。主成分分析与聚类分析显示,T2或T3处理土壤微生物聚类关系较近,都与T0处理较远;T3处理土壤中病原菌数量显著提高,拮抗菌、固氮菌、无机磷细菌、硅酸盐细菌、细菌和真菌数量显著减少,且减少幅度大于T1、T2处理。【结论】根系分泌物中主要酚酸类物质苯甲酸和3-苯丙酸均能明显改变根际土壤微生物区系,降低土壤微生群落多样性,显著增加有害微生物数量的同时大大降低有益微生物数量。两种酚类同时存在的危害效果远大于单一酚类。     

长期施用有机和无机肥对红壤微生物群落特征及功能的影响

以建于1990年的湖南祁阳长期有机无机定位试验为平台,选择不施肥、无机肥、有机肥及有机肥化肥配施4个处理,利用高通量测序和实时荧光定量技术,研究了长期施用有机肥和无机肥祁阳红壤细菌和真菌的群落特征;利用常规分析方法,研究了土壤微生物呼吸、酶活性和土壤基本理化性质,探索了长期施肥的土壤微生物群落结构与其功能以及土壤养分之间的关系。结果表明,长期施肥改变了土壤的pH值和养分循环;长期施用有机肥增加细菌与真菌种群丰度和多样性;单施化肥增加了真菌种群丰度与多样性,但是对细菌的种群丰度与多样性影响不大;施肥显著改变了土壤细菌与真菌的群落结构,细菌群落结构的改变显著影响土壤微生物呼吸、β-纤维素二糖水解酶以及酚氧化物酶的活性,而真菌群落的改变对微生物的功能影响不明显。本研究表明,施用有机肥不但可以缓解化肥引起的土壤酸化,还能支持更大、更丰富的微生物群体,从而维持更高的土壤活性,对维持或提高土壤肥力具有重要意义。     

秸秆还田与施肥方式对稻麦轮作土壤细菌和真菌群落结构与多样性的影响

为探索秸秆还田与施肥方式2种农田措施对水稻-小麦(稻麦)轮作土壤微生物群落的影响,阐释其对土壤细菌和真菌群落结构和多样性的影响机制,本研究通过7年稻麦轮作长期定位监测试验,设置无肥空白(CK)、常规施肥(RT)、秸秆还田+常规施肥(RS)和秸秆还田+缓释肥(SS) 4个处理,采用Illumina Miseq高通量测序技术,分析土壤细菌和真菌群落结构和多样性,探索影响微生物群落的主控环境因子。结果表明, SS作物产量在2016年和2017年分别比RT显著提高11.6%和8.2%(水稻)、4.8%和3.6%(小麦),与RS无显著差异。相比RT,秸秆还田处理显著降低了土壤pH,提升了土壤有机碳和铵态氮含量;与RS相比,SS处理提高了铵态氮含量。秸秆还田处理提升了真菌群落多样性,但对细菌群落多样性无显著影响。SS与RS在细菌真菌群落多样性方面均无显著差异。相关性分析表明,细菌群落多样性与土壤pH呈负相关,与总氮含量呈正相关;真菌群落多样性则与土壤有机碳含量显著正相关。NMDS分析表明,施肥对于细菌群落结构影响较大(55.61%),真菌群落结构则对秸秆还田响应更明显(26.94%)。与RT相比,秸秆还田显著提升了细菌放线菌门、绿弯菌门、厚壁菌门的相对丰度,同时显著提升了真菌中子囊菌门的相对丰度,降低了担子菌门和接合菌门的相对丰度,加强了土壤碳氮循环能力并抑制了病原菌。SS与RS相比,仅提升了真菌中子囊菌门的相对丰度。综上,秸秆还田配施缓释肥有助于维持或者提高土壤养分有效性、作物产量及细菌真菌群落多样性,可以促进土壤碳氮循环。     

根系分泌物不同组分对西南亚高山云杉人工林土壤微生物和胞外酶活性的影响

【目的】揭示根系分泌物不同组分对土壤微生物及其胞外酶活性的影响差异。【方法】在受控良好的根际生态模拟装置中,通过模拟根系每天向采自西南亚高山云杉人工林（约70年）的土壤中分别添加葡萄糖、草酸和甘氨酸溶液,并培养25天（共添加了70.65 mg碳）。【结果】葡萄糖添加显著增加了几乎所有微生物类群（除了革兰氏阴性细菌）的活性,草酸添加也显著增加了绝大多数微生物群落的活性（如革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和总微生物群落）,但葡萄糖添加对微生物群落活性的增加效应较草酸明显,而甘氨酸添加则呈现出抑制微生物活性的趋势。同时,葡萄糖添加和草酸添加分别显著增加了β-1,4-葡萄糖苷酶和过氧化物酶的活性,并且也有增加酸性磷酸酶和多酚氧化酶酶活性的趋势,而甘氨酸添加对多数胞外酶活性的影响不显著。【结论】根系分泌物不同组分（葡萄糖、草酸和甘氨酸）对土壤微生物活性、群落组成和胞外酶产生了差异化的影响,造成这些差异的原因可能与根系分泌物不同组分所含的化学官能团（甲基和羧基）以及能量属性有关。因此,在未来构建根际生物地球化学循环模型时,应当充分考虑根系分泌物组分之间的差异效应。     

多环芳烃胁迫下稻田土壤细菌及分支杆菌种群多样性研究

多环芳烃（PAHs）污染对土壤微生物群落特别是微生物功能群的影响一直备受关注。本文应用变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术,从群落和功能群多样性两个角度,分析了PAHs胁迫条件下稻田土壤细菌遗传多样性及与PAHs降解有密切关系的分支杆菌种群多样性变化。结果表明,PAHs污染对稻田土壤细菌群落多样性指数无显著影响,但造成土壤细菌群落结构的改变,重度PAHs造成一些对污染敏感的细菌种类消失,而使一些与PAHs降解有关的细菌种类丰度增加。而对与多环芳烃降解有密切关系的分支杆菌而言,中度PAHs污染稻田土壤分支杆菌种群多样性指数较重度和轻度PAHs污染土壤的略高,不同PAHs污染程度稻田土壤的优势分支杆菌种类不尽相同,PAHs污染造成稻田土壤1种或几种分支杆菌得到富集。长期PAHs污染造成土壤细菌群落和分支杆菌种群结构的变化,将直接影响土壤生态系统功能的发挥,间接改变土壤质量。     

改变凋落物和根系输入对米槠天然林土壤微生物群落的影响

伴随气候变化下亚热带地区米槠天然林净初级生产力变化,凋落物以及植物根系输入亦会发生改变,这将显著影响土壤微生物群落。于2019年7月在设置7年的米槠天然林植物残体添加和去除试验（the detritus input and removal treatments,DIRT）样地采集不同处理（对照、去除地上凋落物、去除地下根系、无凋落物输入、添加双倍地上凋落物）的2个土层土壤（0—10,10—20 cm）,测定微生物磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid,PLFA）含量,计算各微生物群落比值以及多样性,进一步揭示凋落物和植物根系输入对亚热带米槠天然林土壤微生物群落组成和多样性的影响。结果表明：（1）不同处理下0—10 cm土层微生物磷脂脂肪酸含量约为10—20 cm土层的2倍;（2）地上凋落物变化均使得革兰氏阳性菌、阴性菌及放线菌等细菌含量出现不同程度的下降,但不会对丛枝菌根等真菌含量产生影响,而去除根系处理显著降低丛枝菌根真菌含量;（3）微生物群落Shannon-wiener、Simpson多样性指数不受凋落物输入的影响,凋落物去除降低表层土壤微生物群落的Margalef丰富度,提高Pielou均匀度,表明0—10 cm土层微生物群落含量与分布状况受凋落物输入变化影响较大;（4）地下植物根系存在可提高真菌（如丛枝菌根真菌）含量,而地上凋落物输入主要改变细菌丰度以及群落结构。可溶性有机碳以及矿质氮是影响不同处理土壤微生物群落组成和多样性的主要因素。可见,凋落物和根系输入通过土壤理化性质的变化而影响了微生物群落,研究结果可为全面认识植物、土壤与微生物间的相互作用对森林生产力的影响提供科学依据。     

长期不同施肥条件下红壤性水稻土微生物群落结构的变化

以位于江西省红壤研究所内长期定位试验的水稻土(始于1981年)为研究对象,运用磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid,PLFA)和BIOLOG分析技术研究了不施肥(CK)、单施化肥(NPK)及有机肥与化肥混施(NPKM)三种施肥方式对土壤微生物群落结构的影响。结果表明:长期施化肥和有机肥与化肥混施处理的PLFA总量均高于未施肥处理,两者分别较未施肥处理高91%和309%;PLFA主成分分析(PCA)显示施肥促进了土壤微生物群落结构的变化,其中NPKM处理增加了革兰氏阴性细菌(G-细菌)、真菌、放线菌和原生动物的数量,NPK处理增加了革兰氏阳性细菌(G+细菌)的数量,不施肥处理较施肥处理提高了真菌/细菌比例,CK和NPK处理的微生物群落结构更为相似;各施肥处理间土壤的AWCD值(平均每孔颜色变化率,average well color development,AWCD)表明,NPKM处理能够促进土壤微生物群落对碳源的利用能力,进而增加土壤中微生物的整体活性,而NPK处理减弱了土壤微生物的活性。代谢功能多样性分析同时表明,NPKM处理增加了微生物群落的多样性,而NPK处理使土壤微生物的多样性降低;土壤PLFA与土壤养分的相关性分析显示,土壤总PLFA量与土壤有机质和全氮呈极显著相关(p0.01),与速效养分相关性不大。     

不同强化调控措施对多氯联苯污染土壤的修复效应

通过微宇宙试验,以添加碳源、翻耕、覆膜为调控因子,研究生物强化措施对多氯联苯污染土壤的修复效果,并对修复前后土壤微生物数量以及功能多样性进行研究。结果表明,土壤翻耕处理是最有效的修复措施,修复效率达到29.3%;添加淀粉与覆膜处理,效果相近,并且均显著高于对照。添加淀粉和翻耕均显著增加了土壤中细菌、真菌和放线菌的数量,但降低了土壤微生物功能多样性。而覆膜处理则使土壤微生物数量及其活性和多样性均下降。可见,不同的调控措施不仅能够强化土壤中多氯联苯的降解,同时也会影响到土著微生物群落结构及其活性和功能。     

多环芳烃污染土壤的植物-微生物联合修复初探

在温室盆栽条件下,通过种植紫花苜蓿单独或联合接种菌根真菌(Glomus caledonium L.)(AM)和多环芳烃专性降解菌(DB),研究了利用植物-微生物强化修复多环芳烃(PAHs)长期污染土壤的效果。试验结果表明,接种菌根真菌和PAHs专性降解菌能促进紫花苜蓿的生长和土壤中PAHs的降解。经过90天修复试验,种植紫花苜蓿接种AM、DB和DB+AM处理的PAHs的降解率分别为47.9%、49.6%、60.1%,均高于只种植紫花苜蓿的对照处理(CK)(21.7%)。另外,随着PAHs苯环数的增加,其平均降解率逐渐降低,但是接种PAHs专性降解菌能够提高4环和5环PAHs的降解率。同时也发现土壤中脱氢酶活性和PAHs降解菌数量越高的处理,土壤PAHs的降解率也越高,这也是种植紫花苜蓿接种微生物能够有效促进土壤PAHs降解的原因。     

植物间作下根际微生物和土壤酶与土壤多氯联苯（PCB）降解的关系

以大豆、黑麦草和南瓜为材料,采用盆栽实验,研究了3种植物的单作和相互间作的不同种植方式对多氯联苯污染土壤的根际修复效应与机理。结果表明：（1）PCB去除率与土壤蛋白酶和磷酸酶活性均呈极显著正相关关系,相关系数分别为0.878和0.929（P〈0.01）,推测这两类酶可能参与了PCB的生物降解过程;（2）PCB去除率与土壤真菌密度呈显著相关（r=0.797）,而PCB去除率与土壤细菌及放线菌密度相关不显著;（3）在本实验条件下,微生物因素对土壤PCB的降解起主导作用,非灭菌土处理的土壤PCB去除率比灭菌土相对应的对照高出17.7%~30.75%;（4）根系分泌物能显著强化微生物的降解功能,添加黑麦草和大豆根系分泌物处理的土壤PCB去除率分别比只加营养液的对照高出21.4%和24.9%。     

Corn (Zea mays L.) root exudates and their impact on 14C-pyrene mineralization

Corn (Zea mays L.) root exudates were flushed from a hydrophobic system that allowed the aseptic separation of soluble exudates from the intact plant root. Plants were grown for 90 d, during which time root exudates flowed from the hydroponic setup directly onto columns containing soil previously contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Mineralization of the PAH, pyrene, was then determined in soil removed from columns. In addition, exudated samples were directly taken from the hydroponic system for estimation of total organic carbon release and for use in microbial studies. In soil from columns that received root exudates from a planted (versus an unplanted) apparatus, there was a significant increase in ¹⁴C-pyrene mineralization. The extent of stimulation was comparable to that measured in rhizosphere soil isolated from plants growing in the same soil. Soil from columns that received solution from apparatuses that were not planted showed no stimulation of ¹⁴C-pyrene mineralization. Separate studies confirmed that some members of the soil microbial community were able to utilize these soluble plant compounds. This indicates that root exudates have the potential to increase the degradation of xenobiotics by the growth of soil microorganisms. Separating the chemical impact of the root exudates from any root surface phenomena is an important step in isolating a potential mechanism of phytoremediation. Many studies have speculated on the involvement of root exudates in rhizosphere degradation of organic contaminants, but very few studies go beyond adding simple carbon substrates in short pulses. This study employed a system that exposed the microbial community to real root exudates in the concentrations and over a time period that mimicked actual conditions.     

蚕豆根分泌物对紫色土有效养分及微生物数量的影响

为培育紫色土肥力和合理利用蚕豆资源,本研究首先通过溶液培养法收集到蚕豆根系分泌物后,并通过真空旋转蒸发仪得到浓缩液,然后通过室内土壤培养试验,即分别在3种60 g紫色土(酸性紫色土、碱性紫色土和中性紫色土)添加2个水平[6 m L(低量)和12 m L(高量)]的蚕豆根系分泌物浓缩液,并置于25℃恒温箱中黑暗培养15 d,从而探索蚕豆根系分泌物对不同紫色土有效养分和微生物数量的影响。结果表明:在3种紫色土上,与对照相比,添加低量和高量蚕豆根系分泌物浓缩液后,土壤碱解氮含量和p H均显著降低;而土壤有效磷、速效钾、有效铁、有效锌含量和微生物数量均显著增加,且此趋势随根系分泌物浓缩液添加量增加而增强。与其他两种紫色土相比,酸性紫色土添加蚕豆根系分泌物浓缩液对于土壤碱解氮含量和p H的降低效应最明显,对土壤中细菌和真菌数量增加效应更为显著,与对照相比,增幅分别为-32.00%、-4.51%、3.51倍和9.00倍。与其他两种紫色土相比,碱性紫色土添加高量蚕豆根系分泌物浓缩液对土壤有效磷、速效钾、有效锌和有效铁含量活化效应最强,分别是对照的4.48倍、2.04倍、147.10%和128.00%。在中性紫色土上,添加高量蚕豆根系分泌物浓缩液对以上土壤有效养分和土壤微生物数量的影响介于酸性紫色土和碱性紫色土之间。总之,蚕豆根系分泌物对不同紫色土土壤有效养分(土壤碱解氮和p H除外)和土壤微生物活性有不同促进效应,这对于紫色土肥力培育有深远影响。     

等高反坡台阶整地对不同耕作系统根土微生态的影响

[目的] 为探究坡耕地等高反坡台阶整地对玉米连作和玉米—芸豆轮作系统根土微生态特征的影响。[方法] 以玉米—芸豆轮作为研究对象,玉米连作为对照,采用野外原位监测采样和室内试验分析相结合的方法,通过GC-MS和高通量测序技术分析作物根系分泌物和土壤微生物群落组成、结构特征,揭示坡耕地等高反坡台阶整地对玉米连作和玉米-芸豆轮作根系分泌物种类、含量和土壤微生物群落组成及多样性的影响。[结果] (1)根系分泌物相对含量变化在CRT措施上更为突出,在轮作模式中更为显著。(2) CRT2处理提高土壤微生物群落数量、丰富度和多样性效果更显著。(3)在根系分泌物与土壤微生物互作下,根系分泌物、土壤微生物、土壤环境因子的两两相关性在CRT2处理下更显著。[结论] 坡耕地等高反坡台阶整地通过改变玉米连作和玉米—芸豆轮作的根系分泌物含量,使作物根土微生态环境发生变化,提高土壤微生物数量、多样性及丰富度,且该措施与玉米—芸豆轮作结合的提升效果更佳,对根土微生态的改善作用更显著。研究结果为坡耕地作物种植、耕作方式选择及改善土壤微环境和水土流失综合治理提供理论基础。     

Pig manure vermicompost (PMVC) can improve phytoremediation of Cd and PAHs co-contaminated soil by Sedum alfredii

Purpose

A major challenge to phytoremediation of co-contaminated soils is developing strategies for efficient and simultaneous removal of multiple pollutants. A pot experiment was conducted to investigate the potential for enhanced phytoextraction of cadmium (Cd) by Sedum alfredii and dissipation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in co-contaminated soil by application of pig manure vermicompost (PMVC).

Materials and methods

Soil contaminated by Cd (5.53?mg?kg^?1 DW) was spiked with phenanthrene, anthracene, and pyrene together (250?mg?kg^?1 DW for each PAH). A pot experiment was conducted in a greenhouse with four treatments: (1) soil without plants and PMVC (Control), (2) soil planted with S. alfredii (Plant), (3) soil amended with PMVC at 5?% (w/w) (PMVC), and (4) treatment 2?+?3 (Plant?+?PMVC). After 90?days, shoot and root biomass of plants, Cd concentrations in plant and soil, and PAH concentrations in soil were determined. Abundance of PAH degraders in soil, soil bacterial community structure and diversity, and soil enzyme activities and microbial biomass carbon were measured.

Results and discussion

Application of PMVC to co-contaminated soil increased the shoot and root dry biomass of S. alfredii by 2.27- and 3.93-fold, respectively, and simultaneously increased Cd phytoextraction without inhibiting soil microbial population and enzyme activities. The highest dissipation rate of PAHs was observed in Plant?+?PMVC treatment. However, neither S. alfredii nor PMVC enhanced PAH dissipation when applied separately. Abundance of PAH degraders in soil was not significantly related to PAH dissipation rate. Plant?+?PMVC treatment significantly influenced the bacterial community structure. Enhanced PAH dissipation in the Plant?+?PMVC treatment could be due to the improvement of plant root growth, which may result in increased root exudates, and subsequently change bacterial community structure to be favorable for PAH dissipation.

Conclusions

This study demonstrated that remediation of Cd and PAHs co-contaminated soil by S. alfredii can be enhanced by simultaneous application of PMVC. Long-term evaluation of this strategy in co-contaminated field sites is needed.     

根系分泌物主要作用及解析技术进展

根系分泌物是植物保持根际微生态系统活力的关键因素，也是根际物质循环的重要组成部分，对根际土壤生态环境中的物质循环具有重要的驱动作用。根系分泌物可以刺激微生物生长，增强其活性，加速根际养分循环，增加土壤养分利用率，并在小规模空间引起温室气体通量的变化。此外，它也是植物参与竞争的重要策略，植物通过根分泌物以获取种间长期生存的养分，甚至分泌对自身有害的化感物质来排挤其他植物，实现自我生存，即使存在自毒作用或引起连作障碍等。植物的健康生长依赖于自身与土壤微生物复杂动态群落的相互作用，但是根际微生物群落结构和组成却又受植物物种、植物生长期、土壤性质、功能基因等因素影响，这些因素的动态变化可能导致根系分泌物的多样化，从而形成复杂多变的根系分泌物与植物的关系，进而影响植物的健康生长。目前，对植物根系分泌物的研究是土壤生态学、植物营养与代谢等领域的研究热点，且随着分析技术手段的快速发展，根系分泌物相关研究也逐渐深入，进一步揭示植物与微生物间的协同作用机理对农、林等行业生产具有重要的指导意义。     

菊芋根系分泌物改良滨海盐土的微生物机制

[目的] 探究菊芋在滨海盐土改良过程中的作用机制,分析菊芋和碱蓬根系分泌物的组分差异,明确土壤微生态环境的变化规律,进一步为盐土改良提供理论依据。[方法] 以种植菊芋和自然碱蓬植被为样地,对菊芋和碱蓬的根系分泌物进行对比分析,研究在根系分泌物作用下土壤微生物数量,微生物量碳氮,微生物群落结构以及土壤酶活性的变化,从而系统地阐明根系分泌物介导下盐土改良的微生物机制。[结果] 菊芋根际土壤中含有果糖（2.343×10^-3 g/kg）、葡萄糖（4.235×10^-3 g/kg）、蔗糖（2.670×10^-3 g/kg）,分别是碱蓬根际土壤的9.28,1.52和2.43倍。而菊芋根际与非根际中的果糖含量存在显著性差异（p<0.05）,其根际中含量为非根际的12.02倍。菊芋土壤还含有低聚果糖（蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖）,而碱蓬土壤中未检测出低聚果糖。除糖类外,菊芋根系分泌物还含有烷烃、酚、醛、酯、有机酸、醇、酮、酰胺,其组分较碱蓬土壤更为复杂且某些组分为菊芋特有〔1-氯—十八烷、正十六烷酸、2-甲基-Z-4-十四碳烯、十二酮、（Z）-9-十八碳酰胺、苯丙酸十六烷基酯等〕。功能性根系分泌物（如低聚果糖、果糖、十六烷、十八烷酸等）为根际微生物提供碳源、氮源和营养元素的同时,使菊芋根际土壤中微生物数量显著增加（p<0.05）,土壤微生物量碳、氮显著高于碱蓬土壤（p<0.05）,其值分别是碱蓬土壤的1.95和1.6倍,且菊芋根际的微生物量碳、氮约为非根际的1.69和1.50倍,优势菌群（变形菌门、放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门）所占比重达到90%,土壤有益菌群（Actinobacteria和Acidobacteria）的相对丰度显著增加（p<0.05）,土壤生物活性提升。此外,菊芋根际特有的分泌物（十六烷、烯醛等）,抑制了病原菌的生长,优化了微生物群落结构。除过氧化氢酶外,土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸活性显著提高（p<0.05）,其活性分别是碱蓬土壤的1.83,1.88和3.30倍。[结论] 种植菊芋后,通过根际分泌物介导,改善土壤微生物群落结构与功能,增加土壤酶活性,使土壤生物活力得以整体提升,与原生植被碱蓬相比,降低了土壤含盐量,起到了改良盐土的作用。     

河滨缓冲带植物根系和根际微生物特征及其对农业面源污染物去除效果

对河滨缓冲带常见的3种水生植物根系形态特点、活力特征及其土壤微生物群落多样性进行了研究,并对其农业面源污染物的去除效果进行了调查。结果表明,3种水生植物根系形态和活力特征具有显著差异。根系活力表现为水生鸢尾菖蒲千屈菜,与根尖数呈显著相关。同时,3种水生植物具有显著的根际效益,根际土壤微生物生物量显著高于非根际土壤;根际土壤微生物群落数量为细菌放线菌真菌;土壤微生物群落多样性指数为水生鸢尾菖蒲千屈菜,这与3种水生植物根系活力特征表现一致。3种水生植物河滨缓冲区对农业面源污染物TN、TP和CODCr的去除效果表现为水生鸢尾菖蒲千屈菜。说明不同水生植物根系结构导致根系活力不同,由此引起的土壤微生物群落多样性差异对水生植物农业面源污染物去除效果有一定影响。     

Use of an artificial root to examine the influence of 8-hydroxyquinoline on soil microbial activity and bacterial community structure

Invasive plant species have been shown to alter the microbial community composition of the soils they invade and it is suggested that this below-ground perturbation of potential pathogens, decomposers or symbionts may feedback positively to allow invasive success. Whether these perturbations are mediated through specific components of root exudation are not understood. We focussed on 8-hydroxyquinoline, a putative allelochemical of Centaurea diffusa (diffuse knapweed) and used an artificial root system to differentiate the effects of 8-hydroxyquinoline against a background of total rhizodeposition as mimicked through supply of a synthetic exudate solution. In soil proximal (0-10 cm) to the artificial root, synthetic exudates had a highly significant (P < 0.001) influence on dehydrogenase, fluorescein diacetate hydrolysis and urease activity. In addition, 8-hydroxyquinoline was significant (p = 0.003) as a main effect on dehydrogenase activity and interacted with synthetic exudates to affect urease activity (p = 0.09). Hierarchical cluster analysis of 16S rDNA-based DGGE band patterns also identified a primary affect of synthetic exudates and a secondary affect of 8-hydroxyquinoline on bacterial community structure. Thus, we show that the artificial rhizosphere produced by the synthetic exudates was the predominant effect, but, that the influence of the 8-hydroxyquinoline signal on the activity and structure of soil microbial communities could also be detected.     

Influence of the sunflower rhizosphere on the biodegradation of PAHs in soil

Reduced bioavailability to soil microorganisms is probably the most limiting factor in the bioremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons PAH-polluted soils. We used sunflowers planted in pots containing soil to determine the influence of the rhizosphere on the ability of soil microbiota to reduce PAH levels. The concentration of total PAHs decreased by 93% in 90 days when the contaminated soil was cultivated with sunflowers, representing an improvement of 16% compared to contaminated soil without plants. This greater extent of PAH degradation was consistent with the positive effect of the rhizosphere in selectively stimulating the growth of PAH-degrading populations. Molecular analysis revealed that the increase in the number of degraders was accompanied by a dramatic shift in the structure of the bacterial soil community favoring groups with a well-known PAH-degrading capacity, such as Sphingomonas (α-Proteobacteria), Commamonas and Oxalobacteria (β-Proteobacteria), and Xhanthomonas (γ-Proteobacteria). Other groups that were promoted for which degrading activity has not been reported included Methylophyllus (β-Proteobacteria) and the recently described phyla Acidobacteria and Gemmatimonadetes. We also conducted mineralization experiments on creosote-polluted soil in the presence and absence of sunflower root exudates to advance our understanding of the ability of these exudates to serve as bio-stimulants in the degradation of PAHs. By conducting greenhouse and mineralization experiments, we separated the chemical impact of the root exudates from any root surface phenomena, as sorption of contaminants to the roots, indicating that sunflower root exudates have the potential to increase the degradation of xenobiotics due to its influence on the soil microorganisms, where sunflower root exudates act improving the availability of the contaminant to be degraded. We characterized the sunflower exudates in vitro to determine the total organic carbon (TOC) and its chemical composition. Our results indicate that the rhizosphere promotes the degradation of PAHs by increasing the biodegradation of the pollutants and the number and diversity of PAH degraders. We propose that the biostimulation exerted by the plants is based on the chemical composition of the exudates.     

植物修复多环芳烃污染土壤的根际效应机制研究进展

多环芳烃类有机污染物在土壤中可长期存在,进而通过食物链对人类健康产生重大潜在风险。对多环芳烃污染土壤进行植物修复是一种环境友好且经济有效的污染补救策略。进行植物根际效应机制研究对于开发可持续性多环芳烃污染土壤的植物修复技术具有重要指导意义。对近年来的相关研究工作进行了总结,结果表明:多种禾本科植物具有较强的多环芳烃污染耐受性和较好的修复效能,利用多植物混植的联合修复方式表现出优于单一植物的修复优势。低分子量有机酸类根系分泌物通过与土壤中多环芳烃污染物形成反馈回路决定植物修复体系中多环芳烃的命运。修复植物根系分泌物可塑造特定的根际微生物区系,根际微生物可通过多种机制来降解土壤环境中的多环芳烃。针对在植物修复多环芳烃污染土壤研究过程中尚存在一些问题,提出了未来植物修复根际效应机理研究中应该关注的重点和方向,旨在为优化多环芳烃污染土壤植物修复技术提供科学依据与理论参考。