渭北旱塬长期施肥试验中氨氧化细菌的多样性及群落结构分析

以中国科学院长武黄土高原农业生态试验站23 a长期施肥定位试验的土壤样品为研究对象,通过构建氨氧化细菌的amoA基因克隆文库,采用PCR-RFLP方法分析了裸地(LD)、种植不施肥(CK)、单施氮肥(N)、单施磷肥(P)和氮磷共施(NP)这5个处理条件下土壤中氨氧化细菌的多样性及其群落结构.结果表明,N处理的土壤中氨氧化细菌的Shannon-Wiener(H')和Margalef(dMa)指数均最高,其次是CK、NP、P,而LD处理中最低,表明长期单施氮肥后增加了土壤中氨氧化细菌的多样性和丰富度,长期种植作物后也同样会增加土壤中氨氧化细菌的多样性和丰富度,但单施磷肥和氮磷共施后土壤中氨氧化细菌的多样性和丰富度都有所降低.基于amoA基因建立的系统进化树显示,所有来自于各处理条件下土壤中氨氧化细菌的优势种群都是属于Nitrosospira和Nitrosospira-like,与Nitrosospira cluster 3聚为一组,但优势菌种在克隆文库中所占的比例不同,表明不同的施肥处理下土壤中氨氧化细菌的群落结构发生了改变.     

氮肥缺失对旱地土壤细菌群落多样性的影响

本文旨在研究氮肥缺失对旱地土壤细菌群落多样性的影响.采用直接提取土壤微生物总DNA的方法,对不施肥(CK)、适量施肥(F1)、和缺氮施肥(F2)3种不同施肥水平土样DNA进行提取,扩增细菌16S rDNA基因片段,建立克隆文库.用限制性内切酶Hha I和Rsa I进行PCR-RFLP分析,分别得到146、187、11个酶切类型.采用α多样性的测度对试验结果进行分析统计结果表明,不同处理间土壤细菌的多样性(H′、Ds和Dg)和物种丰富度(dMa、R2和E)均为F1>CK>F2;λ、dMa、E和H′指数在不同施肥处理间的变异系数达到56.96%～163.1%,尤其Simpson指数λ是非常敏感的指标,处理间的差异最大,表明氮肥缺失严重影响土壤细菌群落多样性,合理施肥有利于土壤细菌的多样性.     

铁还原菌株P4的碳源利用特征及其系统发育学分析

【目的】从水稻土中分离铁还原微生物,研究不同碳源对其铁还原特征的影响,对分离的铁还原微生物进行系统发育学分析。【方法】对采自四川的水稻土进行厌氧恢复培养,通过PTYG选择性夹层培养基分离纯化及LB液体培养基扩繁后,接种到Fe(OH)3培养基中进行铁还原能力鉴定,筛选出具有铁还原功能的铁还原菌株。通过对6种碳源利用的纯培养比较,确定分离菌株利用不同碳源时的铁还原特征。采用通用引物进行PCR扩增,对PCR产物进行16S rDNA序列分析,建立系统发育进化树。【结果】分离得到1株具有铁还原功能的革兰氏阳性杆状厌氧菌株P4,其在培养的10~30 h达到对数生长期。菌株P4利用不同碳源时,铁还原的最大反应速率(Vmax)大小顺序为:葡萄糖>丙酮酸盐>乳酸盐>琥珀酸盐>丙酸盐>乙酸盐。菌株P4利用葡萄糖和丙酮酸盐的Fe(Ⅲ)还原率分别为63.79%和22.19%,而其他几种碳源的铁还原率均在10%以下。采用PCR技术获得了1 325 bp的铁还原菌株P4的部分16S rDNA序列。菌株P4与多种不可培养的厌氧菌株及丁酸梭状芽孢杆菌具有98%的同源性。【结论】从四川水稻土中分离得到了G+、杆状、圆末端的铁还原菌P4,其在培养10~30 h能够达到对数生长期。葡萄糖和丙酮酸盐可作为菌株P4的优势碳源。菌株P4可归属为厌氧丁酸梭状芽胞杆菌。     

β-琼脂糖酶ⅠDagA大肠杆菌表达系统的筛选

通过PCR技术扩增出了873 bp的dagA及813bp的去除信号肽的dagA(▽)编码序列,dagA与NCBI公布的Pseudoalteromonas atlanticaβ-琼脂糖酶ⅠdagA序列一致性达到99.8%,dagA(▽)一致性达到100%。构建pET21a-dagA和pET21a-dagA(▽)表达载体,分别转化BL21(DE3)、Origami B(DE3)、ER2566宿主菌,共表达分子伴侣DsbC和FkpA。采用SDS-PAGE分析了构建的多个大肠杆菌表达系统中β-琼脂糖酶ⅠDagA的表达量及表达方式,获得了重组DagA高分泌性表达菌株ER2566-pET21a-dagA(▽)-FkpA。     

干旱胁迫下硫对小麦叶片GSH 含量及GSH—PX 活性的影响

生物体内的谷胱甘肽对消除逆境产生的活性氧具有重要的作用.无机硫营养吸收与体内有机硫的转化有着密切相关,研究干旱胁迫下硫营养与谷胱甘肽(GSH)含量及谷胱甘肽过氧化酶(GSH-PX)活性的关系,对揭示硫素的抗逆作用机理具有重要的理论和实际意义.本研究以高水肥型小麦品种郑引1号和抗旱型品种陕合6号为供试材料,分别用Hoagland全营养液和缺硫营养液进行溶液培养试验,探讨了模拟干旱胁迫过程下小麦苗期功能叶片中GSH含量和GSH-PX活性的变化.结果表明:陕合6号的GSH含量显著高于郑引1号;水分胁迫下,郑引1号中供硫处理的GSH含量上升迅速,24 h、48 h及72 h分别比供水处理增加了26.4%、33.5%和56.6%,而缺硫处理则分别是供水处理的93.2%、95.9%和74.5%;陕合6号在水分胁迫的72 h内供硫处理的GSH含量变化不明显,分别为供水处理98.3%～106.1%,而缺硫处理的GSH含量有明显的增加,分别比供水处理增加了13.1%、40.2%和45.9%.郑引1号的GSH含量受水分胁迫和硫营养供给状况的影响显著,而陕合6号的GSH含量仅在缺硫情况下对水分胁迫敏感.水分胁迫初期(24 h)可诱导GSH-PX活性增高,郑引1号供硫处理较供水处理增加了23.9%,而缺硫处理仅增加了7.4%;陕合6号品种的供硫处理和缺硫处理分别较供水处理增加了24.5%和16.8%.随着干旱胁迫时间的延长(48～72 h),GSH-PX活性均呈降低趋势,但供硫处理的GSH-PX活性始终高于缺硫处理.郑引1号高水肥型品种的GSH-PX活性较低,在缺硫环境下受水分胁迫的诱导不敏感;而陕合6号抗旱型品种的GSH-PX活性整体上较高,并且对水分胁迫的响应比较敏感.     

玉米硫素营养状况及应用研究进展

随着全球气候的变暖和土壤缺硫现象的加剧,进一步加强玉米硫素营养的研究十分必要。综述了玉米硫素营养状况以及硫对玉米产量及品质的影响、硫素在玉米生理代谢中的作用、硫与玉米的抗逆性等方面的研究进展,提出了下一步的研究重点和方向。     

不同施肥水平下旱地土壤细菌群落多样性的RFLP分析

采用直接提取土壤微生物总DNA的方法,通过对不施肥(CK)、低量施肥(F1,N∶P2O5∶K2O为0·1gkg-1∶0·075gkg-1∶0·15gkg-1)、适量施肥(F2,N∶P2O5∶K2O为0·2gkg-1∶0·15gkg-1∶0·3gkg-1)和过量施肥(F3,N∶P2O5∶K2O为1·0gkg-1∶0·75gkg-1∶1·5gkg-1)等4种不同施肥水平土样DNA提取,扩增细菌16SrDNA基因片段,建立克隆文库。用限制性内切酶HhaI和RsaI进行PCR-RFLP分析,分别得到146、133、187、170个酶切类型。采用α多样性的测度对试验结果进行分析统计表明,不同处理间土壤细菌的多样性和物种丰富度均为F2>F3>CK>F1,表明合理施肥有利于土壤细菌的多样性;λ、R2、dMa和E指数在不同施肥处理间的变异系数达到12·86%～118·9%,尤其是Simpson指数λ变化最为敏感,处理间的差异最大。序列分析和系统发育树结果表明,不同施肥处理下供试土壤优势细菌的分布发生了改变。     

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.     

干旱胁迫下硫对玉米叶绿素及MDA含量的影响

以高水肥型玉米品种为供试作物，选用4种不同硫浓度的Hoagland营养液进行培养试验，以PEG-6000模拟干旱胁迫，测定了三叶期后玉米功能叶片中叶绿素、丙二醛MDA含量的交化。结果表明：增加硫营养供应对提高叶片中叶绿素含量具有非常重要的作用。随着营养液中硫浓度的增加，功能叶片中叶绿素含量有明显的提高，并且硫营养对叶绿素含量的影响可能存在一个浓度阈值；干旱可明显导致叶绿素含量的降低，但随着营养液中硫浓度的增加，对功能叶片中叶绿素含量的降低有明显的抑制作用；在复水过程中硫营养表现出明显的效应．其叶绿素含量会得到不同程度的恢复；干旱胁迫可导致叶片中MDA含量增加．但有硫处理的玉米叶片MDA含量显著低于无硫处理，表明硫营养能减轻干旱造成的膜伤害。     

过量施肥下氮素形态对旱地土壤细菌多样性的影响

采用细菌16SrDNA的PCR-RFLP技术,以西北地区土垫旱耕人为土为材料,模拟田间过量施肥水平,经室内恒温短期培养,研究了过量施肥下酰胺态氮、硝态氮和铵态氮对土壤细菌多样性的影响。结果显示：PCR-RFLP分析酰胺态氮（T1）、硝态氮（T2）和铵态氮（T3）过量施肥处理的细菌16SrDNA克隆文库,分别得到17、25和130个酶切分型,不施肥对照（CK1）和正常施肥对照（CK2）分别得到119和187个酶切分型,表明正常施肥处理的酶切分型最多,过量使用酰胺态氮和硝态氮减少了酶切类型,而过量施用铵态氮可以维持与不施肥对照相近的酶切类型数量。采用α多样性测度对试验结果进行分析统计表明,不同处理间土壤细菌的多样性指数（H＇、Ds）和物种丰富度指数（dM）a均为CK2〉T3〉CK1〉T2〉T1处理,表明合理施肥可显著增加土壤中细菌的多样性,而过量施用酰胺态氮则减少细菌的多样性,使用铵态氮处理可维持细菌多样性;除正常施肥对照（CK2）外,其余各处理都出现了优势菌种。通过对优势菌的16SrDNA序列比对发现,酰胺态氮处理都为未培养细菌,硝态氮处理和铵态氮处理的优势菌呈现了菌属多样性,前者包括变形菌门的假单胞菌属和寡养单胞菌属、芽单胞菌门的未培养芽单胞菌属和未培养土壤细菌,后者为未培养酸杆菌属、变形菌门寡养单胞菌属和厚壁菌门芽孢杆菌属,表明不同施肥方式改变了土壤细菌的群落结构。