东北沼泽湿地土壤中氨氧化微生物活性和丰度研究

为了研究东北典型沼泽湿地——三江湿地和扎龙湿地表层土壤中氨氧化微生物的活性和丰度,采用氯酸盐抑制亚硝酸盐氧化菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和氨苄青霉素抑制氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)以及荧光定量PCR的方法,分析了生长季和非生长季氨氧化微生物的活性和丰度的关系。结果表明:在不同类型的湿地土壤中,pH值显著地影响湿地土壤中氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)的潜在氨氧化活性(Potential ammonia oxidation activity,PAO)(P0.01)。AOA的丰度值与PAO_(AOA+AOB)呈显著正相关(r=0.96,P0.05),而与PAO_(AOA)不存在相关性(P0.05)。三江湿地的毛苔草和小叶章土壤中的PAO_(AOA+AOB)、PAO_(AOA)、AOA丰度与AOB丰度,并无显著差异。研究表明植被的差异并没有影响土壤中氨氧化微生物的潜在氨氧化活性以及氨氧化微生物的丰度,但在抑制AOB活性之后毛苔草土壤中的PAO出现了显著的下降(P0.05),表明AOB在毛苔草土壤中的氨氧化过程中发挥着重要作用。     

转基因水稻秸秆还田对土壤硝化反硝化微生物群落的影响

转基因作物可能通过根系分泌物和植株残体组成的改变及外源基因的转移释放令土壤微生物群落产生变化,影响土壤微生物的生态功能。氨氧化细菌和反硝化细菌是驱动土壤硝化和反硝化过程的关键微生物,其群落结构的变化直接关系土壤氮素的转化与利用。本研究利用荧光定量PCR和PCR-DGGE技术分析了转cry1Ac/cpti双价抗虫基因水稻‘Kf8’秸秆还田降解过程中,土壤氨氧化细菌和反硝化细菌群落丰度与组成的变化,探讨转基因水稻是否存在影响稻田土壤氮素转化与N2O排放的可能。结果显示:无论是氨氧化细菌amo A基因还是反硝化细菌nirS基因,其丰度在转基因水稻‘Kf8’与非转基因水稻‘Mh86’的秸秆还田土壤中都没有显著差异;转基因水稻‘Kf8’和非转基因水稻‘Mh86’秸秆还田降解过程中0~10 cm土层中的amo A基因丰度均显著高于10~20 cm及20~30 cm土层(P0.05);各深度土层中的nirS基因丰度均存在随秸秆还田时间延长而增加的趋势。水稻秸秆还田降解过程中,转基因水稻‘Kf8’的土壤氨氧化细菌和反硝化细菌的群落多样性指数及组成,均与非转基因水稻‘Mh86’没有显著差异。相关分析结果表明土壤氨氧化细菌和反硝化细菌群落组成均与水稻秸秆还田时间存在显著相关性(P=0.002),反硝化细菌群落组成还与土层深度显著相关(P=0.024)。本研究表明转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻秸秆还田对稻田土壤硝化和反硝化关键微生物群落不会产生明显影响。就土壤微生物群落而言,转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻秸秆还田不存在影响土壤氮素转化与N2O排放的可能。     

悉生条件下3株嗜盐古菌对卤虫生长及其抗弧菌感染的影响

嗜盐古菌存在于高盐水体中,是高盐环境微生物种群的重要组成部分。本研究利用从日晒盐场结晶池卤水中分离得到的3株红色嗜盐古菌,分别命名为Haloarcula sp.HG-1、Haloferax sp.KN-4和Halorubrum sp.IT-5。采用悉生实验系统,探讨不同盐度(30、100和150)条件下3株古菌能否作为卤虫(Artemia)的唯一饵料,并比较其作为饵料对卤虫存活、生长和抗鳗弧菌(Vibrio anguillarum)感染能力的影响。结果表明,在盐度30的悉生系统中,投喂3株古菌组卤虫存活率和体长均保持较高水平;鳗弧菌攻毒条件下,卤虫存活率有所下降,其中投喂Haloferax sp.KN-4菌株组卤虫抗鳗弧菌感染能力最强。正常和攻毒条件下,在盐度100和盐度150悉生系统中分别投喂3株古菌,卤虫均保持较高存活率和体长,其中投喂Haloarcula sp.HG-1菌株组卤虫具有最高存活率和最长体长,但攻毒组卤虫存活率和生长普遍优于未攻毒组,这可能与高盐条件下V.anguillarum毒力下降有关。本研究利用"卤虫-古菌"悉生实验系统,证实了3株嗜盐古菌均可作为卤虫的唯一饵料,为卤虫提供营养;利用"卤虫-古菌-致病菌"攻毒实验系统,证实3株嗜盐古菌均可以增强卤虫抗鳗弧菌感染能力。本研究结果为研究古菌在高盐环境食物链中的作用提供了基础数据。     

水稻生育期内红壤稻田氨氧化微生物数量和硝化势的变化

利用荧光定量PCR(Real-timePCR)技术,通过特异引物检测amoA基因拷贝数分析了水稻不同生育期红壤稻田土壤中氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(Ammonia oxidizing archaea,AOA)的数量变化,并测定了土壤潜在硝化势。结果显示:红壤稻田土壤中AOA数量显著高于AOB,二者比例在1.6～120.7之间;红壤稻田根层土中AOA数量显著高于表土,随水稻生长根层和表土中AOA数量均逐渐增加,且根层土中增加幅度更大;在水稻生长前期表土中AOB数量较多,孕穗期后根层土中AOB数量显著增加且高于表土。水稻生长期内土壤潜在硝化势也具有逐渐增加趋势,且根层土潜在硝化势增加幅度更大。根层土中潜在硝化势与AOB和AOA数量均呈显著正相关,而表土中潜在硝化势只与AOA数量存在显著正相关。研究表明,红壤稻田土壤中AOA数量更为丰富,且与硝化作用的关联程度更为密切,证实了氨氧化微生物在红壤稻田土壤微生物组成及其生态系统功能中的重要性。     

Abundance and Community Composition of Ammonia-Oxidizers in Paddy Soil at Different Nitrogen Fertilizer Rates

Ammonia oxidation, the first and rate-limiting step of nitrification, is carried out by both ammonia-oxidizing bacteria （AOB） and ammonia-oxidizing archaea （AOA）. However, the relative importance of AOB and AOA to nitrification in terrestrial ecosystems is not well understood. The aim of this study was to investigate the effect of the nitrogen input amount on abundance and community composition of AOB and AOA in red paddy soil. Soil samples of 10-20 cm （root layer soil） and 0-5 cm （surface soil） depths were taken from a red paddy. Rice in the paddy was fertilized with different rates of N as urea of N1 （75 kg N ha＂ yr-1）, N2 （150 kg N ha~ yrl）, N3 （225 kg N ha1 yrl） and CK （without fertilizers） in 2009, 2010 and 2011. Abundance and community composition of ammonia oxidizers was analyzed by real-time PCR and denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） based on amoA （the unit A of ammonia monooxygenase） gene. Archaeal amoA copies in N3 and N2 were significantly （P〈0.05） higher than those in CK and N1 in root layer soil or in surface soil under tillering and heading stages of rice, while the enhancement in bacterial amoA gene copies with increasing of N fertilizer rates only took on in root layer soil. N availability and soil NO3--N content increased but soil NH4＋-N content didn＇t change with increasing of N fertilizer rates. Otherwise, the copy numbers of archaeal amoA gene were higher （P〈0.05） than those of bacterial amoA gene in root lary soil or in surface soil. Redundancy discriminate analysis based on DGGE bands showed that there were no obvious differs in composition of AOA or AOB communities in the field among different N fertilizer rates. Results of this study suggested that the abundance of ammonia-oxidizers had active response to N fertilizer rates and the response of AOA was more obvious than that of AOB. Similarity in the community composition of AOA or AOB among different N fertilizer rates indicate that the community composition of ammonia-oxidizers was relatively stable in the paddy soil at least in short term for three years.     

金华猪和长白猪粪便微生物移植小鼠的肠道古菌结构分析

本试验旨在比较肥胖型的金华猪和瘦肉型的长白猪肠道古菌结构的差异,分析菌群移植小鼠肠道古菌结构。采集金华猪和长白猪的新鲜粪便,通过灌胃移植到经广谱抗生素处理过的小鼠肠道中,提取2种猪粪便及其移植小鼠的盲肠内容物总基因组DNA,使用古菌通用引物对古菌16S rRNA的V4区进行PCR扩增,通过Illumina Hiseq测序平台对扩增产物进行高通量测序,使用QIIME等软件对测序序列进行分析统计。结果表明:金华猪和长白猪粪便及其移植小鼠盲肠内容物中的古菌主要包含3个门,分别为奇古菌门(Thaumarchaeota)、广古菌门(Euryarchaeota)和泉古菌门(Crenarchaeota),其中金华猪粪便中广古菌门的丰度高于长白猪;在属水平上主要包含4个已知属,优势属为餐古菌属(Cenarchaeum)。二者移植小鼠的盲肠内容物古菌结构,在门水平上,移植小鼠的奇古菌门比例占70%以上;奇古菌门的古菌几乎全部来源于餐古菌属;在门和属的水平上,金华猪和长白猪粪便移植小鼠的盲肠古菌结构无显著差异(P0.05),但基于操作分类单元(OTU)水平的主成分分析显示出很好的组内聚集。由此可见,奇古菌门的餐古菌属是金华猪和长白猪粪便和其移植小鼠盲肠中的优势古菌;金华猪粪便中广古菌门的丰度高于长白猪粪便,且二者移植小鼠盲肠内容物之间古菌结构在OTU水平上存在一定的差异。     

黄顶菊入侵对土壤氨氧化古菌群落多样性的影响

为了明确入侵植物黄顶菊对土壤氮循环关键过程硝化作用的影响机制,本研究通过对其入侵地和未入侵地、根围土和根际土氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)的群落多样性分析,探讨了AOA对黄顶菊入侵的响应规律。结果表明:黄顶菊入侵增加了入侵地根围土AOA的多样性,AOA的Shannon指数表现为:入侵地根围土入侵地根际土未入侵地土壤,且差异显著。铵态氮含量与p H的变化都会影响土壤AOA的群落结构。系统发育树分析表明,土壤AOA主要隶属于氨氧化古菌的Nitrososphaera cluster。黄顶菊入侵导致的AOA的多样性水平的提升主要是由于入侵地氨氧化菌群种类增加所致。     

磷矿粉、骨炭和油菜秸秆对重金属复合污染土壤细菌和古菌数量的影响

微生物的活动在土壤生态系统中发挥着重要的作用,作为检测土壤质量的敏感指标,其基因拷贝数的变化是响应外界环境的一种方式.通过土壤盆栽试验,结合Real-time PCR技术研究不同改良剂添加对重金属复合污染土壤细菌和古菌16S rRNA基因拷贝数的影响.结果表明:各处理中土壤细菌16S rRNA基因拷贝数在每克干土6.02×109～1.82×10m个之间,古菌在每克干土7.99×106～2.97×107个之间.污染土壤中添加不同改良剂对土壤中古菌和细菌16S rRNA基因拷贝数的影响有差异,种植玉米与否也影响这两种微生物在土壤的基因拷贝数.不种植玉米时,与对照相比,添加磷矿粉、骨炭和油菜秸秆处理导致土壤细菌基因拷贝数提高116.8％～163.2％;磷矿粉和骨炭处理导致土壤古菌基因拷贝数分别提高171.1％和224.8％.种植玉米时,添加骨炭和油菜秸秆处理导致土壤细菌的基因拷贝数分别比对照处理提高104.2％和92.0％;土壤中古菌的基因拷贝数除了添加骨炭处理显著比对照处理提高231.3％外,其他处理对土壤古菌基因拷贝数均没有影响.     

牛场肥水灌溉对土壤氨氧化微生物的影响

以不同牛场肥水灌溉制度下河北省徐水县梁家营长期定位施肥试验田为研究对象,通过构建氨氧化细菌和氨氧化古菌的amoA 基因克隆文库,利用T-RFLP方法研究了5种施肥处理(CK:不施肥;CF:300 kg N·hm^-2,120 kg P₂O·hm^-2,75 kg K₂O·hm^-2;T4:105 kg N·hm^-2,39 kg P₂O₅·hm^-2;T5:210 kg N·hm^-2,78 kg P₂O₅·hm^-2; T11:317 kg N·hm^-2,117 kg P₂O₅·hm^-2)下土壤中氨氧化细菌及氨氧化古菌的多样性及其群落结构演变。氨氧化细菌T-RFLP结果显示,T5 处理土壤中氨氧化细菌的 Shannon-Wiener指数(H')和 Pielou指数(E)均最高, T11处理最低,表明T5处理增加了土壤中氨氧化细菌的多样性和丰富度,T11处理一定程度上降低了氨氧化细菌的多样性和丰富度。基于amoA基因建立的系统进化树显示,土壤中氨氧化细菌主要属于Nitrosospira 和Nitrosomanas。氨氧化古菌T-RFLP结果显示,T11处理氨氧化古菌Shannon-Wiener指数(H')、Simpson 指数(Ds)和Pielou指数(E)均最高,表明T11处理增加了土壤中氨氧化古菌的多样性和丰富度。氨氧化古菌的系统发育树显示大部分氨氧化古菌amoA序列与 Cluster S 聚为一类,且占主导地位,少数序列为Unclassified-Archaea(未分类古菌)。最大优势菌与来自中国荷斯坦奶牛瘤胃样品的氨氧化古菌Clone属于同种,推测牛场肥水灌溉增加了土壤的氨氧化古菌的群落多样性。     

大庆龙凤湿地底泥氨氧化细菌与氨氧化古菌多样性分析

为研究湿地底泥中氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)与氨氧化古菌(Ammonia-Oxidizing Archaea,AOA)的群落多样性,构建AOB与AOA的amo A基因克隆文库,同时利用限制性片段长度多态性(RFLP)技术将克隆文库阳性克隆子进行归类并测序。结果发现,从湿地底泥中均得到3个AOB与AOA的可操作分类单元(OTU)。其中,所有的AOB均属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),而AOA属于泉古菌门(Crenarcharota),与河口沉积物等环境中获得的序列具有较高同源性。