不同土地利用方式下典型黑土区土壤微生物群落演替规律

利用先进的分子生态学技术,针对中国科学院海伦农业生态试验站长期定位实验,研究了典型黑土区经过长期（32年）裸地、农田和草地三种土地利用后,土壤微生物区系的演替规律及其环境驱动机制。结果表明：与裸地相比,32年玉米-大豆-小麦轮作种植或自然草地恢复后,土壤有机质含量从52.07 g?kg-1显著增加至54.83 g?kg-1和61.54 g?kg-1,增幅分别为8.0%和27.5%,土壤氮磷钾养分有效性也显著增加。同时,每克干燥土壤中微生物丰度从2.25×107拷贝数增加至8.08×107拷贝数和1.69×108拷贝数,分别增加了2.58倍和6.51倍。裸地、农田和草地土壤的优势微生物菌门均为变形菌、酸杆菌和放线菌,其相对丰度均高于19%,且三者无显著差异（P > 0.05）。然而,所有检测到的228个微生物属中,高达54个微生物属有显著差异（P ＜ 0.05）,但绝大多数为相对丰度较低的微生物。分析表明土壤养分含量是微生物群落分异的主要环境驱动力,Granulicella微生物属可作为指示类群评估黑土环境的变化。上述研究结果表明,植被覆盖是土壤微生物群落演替的重要影响因素,未来应深入研究原位条件下黑土微生物的功能及其农业环境意义,为维系土壤养分元素循环和发展可持续农业生态管理模式提供理论参考。     

基于核酸DNA/RNA同位素示踪技术的水稻土甲烷氧化微生物研究

稳定性同位素示踪复杂土壤中微生物DNA/RNA的技术难点是13C-DNA/RNA的鉴定。本研究针对我国六种典型水稻土,利用稳定性同位素13CH4示踪活性的甲烷氧化菌,超高速密度梯度离心获得不同浮力密度DNA/RNA后,以甲烷氧化菌独有的pmo A功能基因和16S r RNA特异基因作为分子标靶,通过半定量凝胶电泳技术评价了特异基因作为分子标靶判定13C-DNA/RNA的可行性,进一步利用克隆文库技术研究水稻土中的活性甲烷氧化菌群落结构。结果表明:甲烷氧化菌功能基因pmo A作为分子标靶,能够准确鉴别13C-DNA,而甲烷氧化菌特异的16S r RNA基因则能较好地区分12C和13C标记的RNA,但13C-RNA中的非目标微生物污染高于13C-DNA示踪技术。进一步以13C-DNA和13C-RNA为模板,分别构建了pmo A和16S r RNA基因的克隆文库,系统发育分析表明I型菌主导了土壤甲烷氧化过程,其中江西鹰潭和黑龙江五常土壤中活性甲烷氧化菌全部属于Ia型,而四川资阳、浙江嘉兴、江苏常熟和江都土壤中Ia型和Ib型甲烷氧化菌均有发现,并且后者比例较低。这些结果表明分子标靶基因能够有效判定复杂土壤中的甲烷氧化菌13C-DNA/RNA,在DNA和RNA水平的结果基本一致,我国典型水稻土中活性甲烷氧化菌可能存在一定的地理分异规律。     

硝化抑制剂与尿素配施对旱地土壤温室气体排放及硝化微生物的影响

为明确施肥措施对旱地土壤温室气体排放的综合效应及微生物机理,采集典型麦田土壤进行室内微宇宙培养,研究了双氰胺(DCD)和烯丙基硫脲(ATU)分别与尿素配施对旱地土壤氮素转化及N₂O、CO₂和CH₄排放的影响,同时监测了不同类型微生物群落的动态变化。结果表明氨氧化细菌(AOB)主导了施氮麦田土壤硝化过程及N₂O排放。单施尿素促进AOB迅速繁殖,使N₂O排放总量提高235%,同时促进了细菌生长,CO₂排放量增加18.5%。DCD与尿素配施极大程度抑制了AOB的生长,显著降低了N₂O排放(59.4%),但促进了细菌的生长并提高了CO₂的排放总量(50.6%)。而ATU与尿素配施同时抑制了真菌、细菌和AOB的生长,对反硝化细菌的影响则相反,使CO₂和N2O排放分别下降28.4%和35.2%。与不施肥相比,氮肥及与两种硝化抑制剂配施均显著降低了CH4的排放量。3种温室气体的综合温室效应在处理间差异显著...     

围垦对崇明东滩湿地全程氨氧化微生物的影响

全程氨氧化细菌(complete ammonia oxidizers,Comammox)的发现根本改变了学术界对硝化过程的认识,但其地理分异规律及对氮转化过程的贡献仍不清楚。本研究选择长江口崇明东滩不同围垦年限(0、27、51、86 a)稻田表层耕作土壤,采用好氧培养试验测定土壤硝化潜力;通过标靶功能基因amo A实时荧光定量硝化微生物的数量变异特征,包括全程氨氧化细菌(Comammox)、氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)。结果表明,与围垦0 a的自然滩涂湿地相比,围垦27、51、86 a的水稻土净硝化速率从N 2.24 mg/(kg·d)分别增加至N 19.3、11.6和11.4 mg/(kg·d),增幅高达5.1倍～8.7倍。AOA的丰度与围垦年限显著正相关。自然滩涂湿地中AOA和AOB的数量分别为0.34×10⁷ copies/g和1.14×10⁷ copies/g,围垦86 a后增幅最高可达27.9倍。自然滩涂湿地中Co...     

2015年诺贝尔生理学或医学奖的启示——土壤微生物分离培养推动了寄生虫病防治

1974年日本科学家大村智从土壤中分离到一株链霉菌,并与美国默克(Merck)公司合作,发现了阿维菌素,在治疗盘尾丝虫症(河盲症)和淋巴丝虫病(象皮病)方面取得了重大突破,成为2015年诺贝尔生理学或医学奖获得者之一,表明纯菌株的分离和培养具有极为重要的意义,应在未来土壤微生物研究中得到更多的重视.     

中国土壤微生物组数据平台的构建与实现

近年来,高通量测序等新技术的快速发展,为大规模、快速、准确、全面认识土壤微生物多样性提供了技术保障。国际上已经建成了一些具有影响力的土壤微生物组数据管理及分析平台,但大多数已有平台聚焦于提供数据存储、管理、访问、注释等基础性服务,难以满足土壤微生物研究需求。借助空间数据库技术、网络地理信息系统(WebGIS)技术,设计并构建了包含土壤及微生物数据集成、数据可视化、知识发现和区域空间制图等功能的中国土壤微生物组数据平台,该平台将进一步推动我国土壤微生物组数据的标准化整合,并为整合数据的充分挖掘利用提供支撑。     

崇明东滩湿地CH4与N2O双消减的耦合过程研究

N₂O还原驱动的CH₄厌氧氧化作用(AOM)是湿地系统温室气体双减排的一种新途径,而基于滨海围垦开发的稻田利用方式对该途径的影响效应尚不清楚。本研究选取长江入海口崇明东滩湿地的自然滩涂(光滩湿地和芦苇湿地)和围垦稻田(围垦种稻19 a和86 a)为研究对象,设置3个试验处理(¹³CH₄,¹³CH₄+N₂O,N₂O)进行室内厌氧培养。采用稳定性同位素标记结合定量PCR等手段,分析不同湿地土壤的N₂O型CH₄厌氧氧化速率及其固碳潜力,研究其相关功能基因的数量特征。结果发现,围垦稻田土壤中N₂O驱动的AOM速率为6.10～7.51 ng·g^-1·d^-1,显著高于自然滩涂湿地。供试土壤N₂O驱动CH₄厌氧氧化的¹³C-SOC固碳量为18.1～49....     

增温条件下施硅对稻田CH4厌氧氧化过程的影响

硅是水稻生长的有益元素,为研究施硅对稻田CH₄厌氧氧化过程的影响以及是否会改变夜间增温对该过程的影响效应,本试验设置夜间常温不施硅(CK)、夜间增温不施硅(NW)、夜间常温施硅(Si)和夜间增温施硅(NW+Si)4个处理。采集上述田间处理4 a后的耕层土壤,采用¹³CH₄同位素标记法研究稻田土壤CH₄厌氧氧化速率和固碳特征及其对氮输入的响应。结果表明：NW处理的CH₄厌氧氧化速率为6.23 nmol·g^-1·d^-1(以¹³CO₂计),显著低于CK处理;与NW处理相比,NW+Si处理的CH₄厌氧氧化速率提高了22%。NW处理土壤中CH₄氧化驱动的¹³C有机碳净增量(¹³C-SOC)为0.31μmol·g^-1,与NW+Si无明显差异,这表明增温条件下施硅对稻田土壤CH₄     

中国典型生态系统土壤硝化强度的整合分析

针对国内外1959年至2013年间发表的2 900篇中国土壤硝化相关论文,获得288组中国土壤硝化强度数据,涉及26个省份,初步构建了开放式的中国土壤硝化信息系统。进一步利用整合分析,评估了土壤理化性质与土壤硝化强度的可能联系。结果表明:不同生态系统之间硝化速率由大到小依次为:农田(NO-3-N 1.39±0.27 mg kg-1d-1)、草地(0.74±0.17)、森林(0.66±0.16)、沙漠(0.17±0.08)、湿地(0.06±0.04)。在统计显著性的前提下,硝化强度与环境因子之间表现出一定的相关性趋势:即硝化强度与p H、有效磷、硝态氮正相关,与有机碳、速效氮和碳氮比负相关。在较大时空尺度下,生态系统类型是土壤硝化过程地理分异规律的最优解释因子,可能在硝化微生物形成与演替过程中发挥了重要作用。     

茶园土壤细菌丰度及其影响因子研究

采用Griffiths法直接提取土壤微生物基因组DNA,并通过实时荧光定量PCR技术分析土壤微生物16 SrRNA基因数量,对茶园及其附近森林和菜园土壤的细菌丰度及其影响因素进行了研究。结果表明,茶园土壤细菌丰度在0.01×108~20.32×10816 S rRNA基因拷贝数/g之间,平均为3.70×10816 S rRNA基因拷贝数/g,与酸性森林土壤大致相当,但明显低于中性菜园土壤。土壤细菌丰度与pH和微生物量C呈极显著正相关(P<0.001),但与施N量和茶树种植年限呈极显著负相关(P<0.01),与土壤有机C和全N含量的相关性不明显。多元回归分析表明,影响土壤细菌丰度最重要的因子是土壤pH,其他依次为树龄和施氮量。可见,提高茶园土壤细菌数量和微生物多样性的有效办法是适当提高土壤pH值,同时避免过量施用氮肥;对于改植换种的老茶园,改良土壤也是必不可少的。