淡水养殖环境中氨氧化微生物的研究进展

随着水产养殖业的快速发展,养殖水体氮素污染日益突出,硝化微生物在水产养殖环境氮循环中具有重要作用。本文主要综述我国淡水养殖环境中硝化微生物的多样性、作用机理、厌氧氨氧化过程和机理等研究进展,并展望今后的研究工作:(1)淡水养殖水域硝化作用和氨氧化微生物的时空分布特征及影响因子;(2)淡水养殖环境氨氧化微生物及其他氮素转化关键微生物的过程与机理;(3)深入研究特定生态系统中如池塘生态系统、氮循环的各个过程,构建相关氮素转化和氮素平衡模型,为完善淡水池塘生态系统氮循环理论、水产养殖环境的氮素污染治理和生态修复提供参考。     

土壤中单宁和植酸降解菌的筛选、鉴定及液态发酵研究

为从土壤中筛选能够同时降解单宁和植酸的微生物,本实验利用富集培养技术,分离、筛选、鉴定土壤中的单宁和植酸降解菌,并研究其在液态发酵下的产酶能力。结果显示,从土壤中共获得109株纯菌落,包括39株细菌、46株酵母菌以及24株霉菌。分别用单宁筛选性培养基和植酸筛选性培养基筛选上述菌株,获得27株植酸降解菌和14株单宁降解菌,其中霉菌M-6、M-3和M-1可以同时分解单宁和植酸,且霉菌M-6的水解圈直径大于M-3和M-1。在液态发酵条件下,随着发酵温度的升高(20~35°C),霉菌M-6产单宁酶和植酸酶的活力呈现先升高而后降低的趋势,在发酵温度为30°C时达到最高值(P0.05)。随着发酵p H的升高(p H 4~7),霉菌M-6产单宁酶和植酸酶的活力呈先升高后降低的趋势(P0.05);其中单宁酶活力在发酵p H值为5时达到最高值,显著高于其他处理组(P0.05);而植酸酶活力在发酵p H值为5时达到最高值,显著高于发酵p H 4和7处理组(P0.05),但与发酵p H 6处理组差异不显著(P0.05)。通过菌落和菌株形态学以及分子测序方法,鉴定M-6为黑曲霉。因此,本研究从土壤中分离筛选出3株(M-6、M-3和M-1)能够同时水解单宁和植酸的降解菌,在液态发酵条件下,黑曲霉M-6产单宁酶和植酸酶的最佳发酵温度为30°C,最佳发酵p H值为5。     

魁蚶血细胞分类及其免疫功能的初步分析

借助显微观察和鳗弧菌免疫刺激等手段,首次对魁蚶血细胞进行分类及免疫功能分析.魁蚶血细胞可分为3大类:红细胞、白细胞和血栓细胞,红细胞发育过程大致经历新生、成熟、衰老和死亡4个阶段.白细胞分为:嗜酸性、嗜中性、嗜碱性细胞,以及淋巴细胞和巨核细胞.嗜酸性、嗜中性、嗜碱性细胞和血栓细胞均参与血液的凝固;红细胞、白细胞均有吞噬病原菌能力,红细胞具有被动吞噬作用和免疫吸附作用,白细胞具有主动吞噬作用,嗜酸性和嗜中性细胞是吞噬病原菌的主体,嗜碱性细胞具有吞噬大颗粒异物的作用,魁蚶感染病原菌后白细胞增多并表现炎症.研究表明,魁蚶血细胞在应对外界的免疫刺激时,能作出系统免疫应答,且血细胞免疫分工明确,以抵御外界不良刺激.     

复合微生物菌剂对棉花生理特性及根际土壤 微生物和化学性质的影响

为了系统地阐述复合微生物菌剂在改善土壤化学性质、生物学性质和促进植物生长方面的效果及机理,采用盆栽试验,研究常规和灭菌条件下不同用量的微生物菌剂对棉花生长、生理代谢、根际土壤生物学特性和养分含量的影响。结果表明:施用复合微生物菌剂能够提高苗期棉花叶片光合色素总量,叶片和根系内抗氧化物酶(SOD、POD、CAT)活性,降低过氧化物质含量(MDA、O2·-),进而提高了棉花的光合性能和抗氧化能力;降低了土壤pH,提高了根际土壤细菌和放线菌数,而降低了根际土壤真菌数,同时提高了根际土壤脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶和脱氢酶活性,最终提高了根际土壤有效养分和有机质含量,改善了根际微域环境,促进了棉花苗期生物量的累积和抗病性。除根际土壤养分含量外,常规复合微生物菌剂对各指标的改善效果优于灭菌复合微生物菌剂,且用量为10L/667m2时效果较明显。因此,复合微生物菌剂可通过改变土壤pH,改善根际土壤微生物群落的数量和结构来改变土壤酶活性和有效养分含量,优化根际生长环境,增强植物抗逆性和光合能力,最终实现养地增产的效果。此外,复合微生物菌剂中的有益活菌在改土、促生方面具有极其重要的积极效应。     

不同抗旱措施配施菌肥对河西绿洲土壤改良和制种玉米产量的影响

为探讨地膜覆盖和施用保水剂配施菌肥后河西绿洲土壤微生物数量、酶活性变化及制种玉米产量和水分利用效率的影响,在河西走廊绿洲灌区设置单地膜覆盖(AF)、单施保水剂(AW)、单施菌肥(AB)、保水剂配施菌肥(WB)、地膜覆盖配施菌肥(FB)、露地不施保水剂和菌肥(CK)6个处理,分析制种玉米播种前和收获后0—20,20—40 cm土壤微生物数量及酶活性动态变化和产量变化。结果表明:(1)菌肥单施或配施均可提高土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性和增加真菌、细菌、放线菌数量及土壤微生物碳氮含量,改善土壤微生物环境,其中保水剂配施菌肥处理改善效果最佳,其次为地膜配施菌肥处理。(2)菌肥单施对制种玉米生长影响较小,但地膜配施菌肥可显著提高制种玉米叶面积指数和干物质积累量,并能调节产量构成因子。(3)不同抗旱措施及其配施菌肥能够不同程度促进制种玉米籽粒产量形成,其中地膜配施菌肥制种玉米籽粒产量最高(10 105.64 kg/hm~2),其次为单地膜覆盖(8 967.24 kg/hm~2)和保水剂配施菌肥(8 323.93 kg/hm~2),分别较CK显著增产61.99%,43.74%,33.43%。(4)地膜配施菌肥制种玉米水分利用效率最高(2.40 kg/m~3),其次为单地膜覆盖(2.15 kg/m~3)和保水剂配施菌肥(1.89 kg/m~3),分别较CK显著提高80.10%,61.84%,41.80%。因此,综合考虑产量、水分生产效率及土壤微环境等指标,抗旱措施配施菌肥最佳组合方式为地膜配施菌肥,既能促进制种玉米的生长发育,又能提高灌溉水利用效率和水分利用效率,在增产的同时,还能改善耕作层土壤微环境,对河西灌区制种玉米可持续发展具有重要的意义。     

短期培养下抑制剂烯丙基硫脲对土壤硝化作用及微生物的影响

硝化抑制剂烯丙基硫脲（ATU）对土壤硝化作用及温室效应的影响及机理尚不清楚。本研究采集典型旱地土壤,进行21天室内微宇宙培养,探究了氮肥与不同剂量ATU（分别为氮素用量的1%, 5%, 10%, 15%和20%）配施对土壤硝化作用及N2O和CO2排放通量的影响,并通过实时荧光定量PCR和高通量测序16S rRNA基因技术监测硝化微生物群落变化,同时与传统硝化抑制剂双氰胺（DCD）进行了保氮减排效果的对比。结果表明,与未施加氮肥的对照相比（CK）,单施氮肥（N）显著提高了土壤硝化强度并促进了N2O排放。DCD能显著抑制硝态氮和N2O的积累,抑制效率分别为68.6%和93.3%。而低浓度ATU对土壤硝化作用无影响,仅在高浓度具有抑制效应,且抑制效率最高仅为14.7%。所有ATU处理N2O排放量均显著降低,降幅为60.3～68.2%,仍远高于DCD处理。处理间N2O和CO2的综合温室效应强弱顺序为N>ATU+N>DCD+N≈CK,且不同ATU施用量处理之间差异不显著。相关分析发现氨氧化细菌（AOB）,而不是氨氧化古菌（AOA）和全程氨氧化细菌（Comammox）,与土壤硝态氮积累和N2O排放显著正相关,与土壤pH显著负相关。高通量测序结果表明Nitrosovibrio tenuis类型AOB对氮肥诱导的硝化过程起主导作用。除此之外,ATU和DCD还能显著提高Cupriavidus,并降低Patulibacter、Aeromicrobium、Actinomycetospora、Defluviicoccus和Acidipila等微生物属在群落中的相对丰度。该研究为深化土壤碳氮循环理论,合理使用硝化抑制剂以及减缓温室气体排放提供科学依据。     

类芦植被对AMD污染土壤的生态修复效应及潜力

以贵阳市花溪区麦坪废弃煤矿区为研究区域,选择在受酸性矿山废水(AMD)污染的土壤上经类芦植被恢复的土壤为研究对象,研究自然恢复类芦植被后对AMD污染土壤的养分、酶活性及微生物数量的改善作用,探讨类芦植被对AMD污染土壤的生态修复效应及潜力。结果表明:AMD污染土壤呈养分极贫瘠、土壤酶活性和微生物活性极低的特征,污染土壤经自然恢复类芦植被后,污染土壤的理化性质及生物化学特性有显著改善,具体表现为:经类芦植被恢复的土壤的有机质、全氮、有效氮、有效磷、速效钾含量较对照(无类芦植被恢复)的污染土壤分别平均增加了48.95%,133.71%,46.23%,23.10%,29.83%,土壤过氧化氢酶、酸性磷酸酶、纤维素酶和脲酶活性得到极显著(p0.01)提高,土壤主要微生物类群(细菌、真菌、放线菌)数量和生物量极显著(p0.01)增加。相关性分析表明,土壤养分、酶活性和微生物数量之间呈正相关关系,表明土壤酶活性和微生物数量可作为评价AMD污染土壤修复前后质量改善状况的重要生物学指标。另外,主成分分析表明,在类芦植被对AMD污染土壤修复过程中土壤酶(脲酶)、土壤养分(全磷、全氮、有效磷、有效氮、有机质、速效钾)、土壤微生物(细菌)是主要控制因素。基于类芦植被能显著地提高AMD污染土壤有效养分含量、土壤酶活性和微生物数量,使AMD污染土壤朝着良性方向发展,并表现出对AMD污染土壤修复具有较大的潜力,因此类芦植被可作为AMD污染土壤植物修复和生态恢复的先锋物种或优势植物。     

连续施用有机肥对连作花生根际微生物种群和 酶活性的影响

花生连作导致土传病害易发,严重制约其产量和品质。为探讨持续施用有机肥缓解连作花生病害发生的防治机理,大田条件下研究了连续6年施用化肥、普通有机肥和生物有机肥(接种内生菌拟茎点霉B3)后对连作花生根腐病、根际土壤典型微生物种群和酶活的影响。结果表明:与单施化肥相比,持续施用普通有机肥和生物有机肥可有效控制连作花生土传病害发生,荚果产量提高23.8%和47.9%。连续施用普通有机肥和生物有机肥均显著提高根际过氧化氢酶、脱氢酶和酚氧化酶活性,荧光定量PCR进一步测定出连续施用有机肥可显著增加连作花生根际细菌和真菌的数量,说明连续施用有机肥后连作花生根际微生物活性显著提升。连续施用普通有机肥和生物有机肥显著增加了连作花生根际有益微生物种群的数量,其中放线菌增加0.9倍和1.6倍,假单胞菌增加10.9倍和13.1倍,伯克氏菌增加2.6倍和1.9倍,芽孢杆菌增加1.1倍和2.1倍;然而连续施用有机肥对连作花生根际主要致病微生物种群(如镰刀菌属和青枯雷尔氏菌)无明显影响。表明通过持续施用有机肥可有效提高连作花生根际有益微生物种群的数量和土壤酶活性,进而改善连作花生根际微生态环境,增强连作土壤抑病能力,以达到控制连作花生土传病害易发的目的。     

植被恢复的土壤固碳效应：动态与驱动机制

植被恢复是影响土壤有机碳库动态变化的关键过程之一,阐明植被恢复过程中土壤有机碳的固持动态及其驱动机制,是全球变化下碳循环研究的热点和前沿问题。本文综述了近年来国内外关于植被恢复过程中土壤有机碳固定动态及其驱动机制方面的研究,剖析植被恢复中土壤有机碳固持动态及其影响因素,探讨植物碳输入对土壤有机碳动态变化的影响机制,揭示植被恢复中土壤有机碳固定的物理、化学和微生物驱动机制,并对目前研究中存在的问题进行总结,进而提出关于植被恢复的土壤固碳效应研究,亟需在土壤有机碳组分的动态、微生物结构和功能,以及植物—土壤—微生物对土壤有机碳固持的协同作用机制等方面进一步加强。本综述可为植被恢复与土壤固碳稳定机制研究指明未来的方向,进而为促进我国植被恢复的土壤碳循环研究,科学评价生态系统土壤固碳潜力和有效实施生态系统碳汇管理提供科学参考。     

Effects of Irrigation Patterns and Nitrogen Fertilization on Rice Yield and Microbial Community Structure in Paddy Soil

Water and nitrogen (N) are considered the most important factors affecting rice production and play vital roles in regulating soil microbial biomass, activity, and community. The effects of irrigation patterns and N fertilizer levels on the soil microbial community structure and yield of paddy rice were investigated in a pot experiment. The experiment was designed with four N levels of 0 (N0), 126 (N1), 157.5 (N2), and 210 kg N ha-1 (N3) under two irrigation patterns of continuous water-logging irrigation (WLI) and water-controlled irrigation (WCI). Phospholipid fatty acid (PLFA) analysis was conducted to track the dynamics of soil microbial communities at tillering, grain-filling, and maturity stages. The results showed that the maximums of grain yield, above-ground biomass, and total N uptake were all obtained in the N2 treatment under WCI. Similar variations in total PLFAs, as well as bacterial and fungal PLFAs, were found, with an increase from the tillering to the grain-filling stage and a decrease at the maturity stage except for actinomycetic PLFAs, which decreased continuously from the tillering to the maturity stage. A shift in composition of the microbial community at different stages of the plant growth was indicated by principal component analysis (PCA), in which the samples at the vegetative stage (tillering stage) were separated from those at the reproductive stage (grain-filling and maturity stages). Soil microbial biomass, measured as total PLFAs, was significantly higher under WCI than that under WLI mainly at the grain-filling stage, whereas the fungal PLFAs detected under WCI were significantly higher than those under WLI at the tillering, grain-filling, and maturity stages. The application of N fertilizer also significantly increased soil microbial biomass and the main microbial groups both under WLI and WCI conditions. The proper combination of irrigation management and N fertilizer level in this study was the N2 (157.5 kg N ha-1) treatment under the water-controlled irrigation pattern.