能源植物修复镉污染土壤对根际细菌网络结构的影响

选取油脂类能源植物大豆和碳水化合物类能源植物玉米,采用高通量测序方法研究大豆、玉米修复Cd污染土壤过程中根际土壤细菌群落组成,基于高通量测序数据采用分子生态网络分析细菌相互作用.结果表明,50 mg·kg-1Cd污染土壤中两种植物根部Cd浓度和积累量最高,转移系数TF分别为玉米0.78和大豆0.35.基于细菌16S r RNA基因的群落分析表明,大豆、玉米根际土壤细菌主要包括Proteobacteria(变形菌门)、Acidobacteria(酸杆菌门)31个门细菌组成,大豆、玉米种植均能影响土壤细菌群落组成,能影响Candidate division TM7 norank、Acidimicrobiales norank、Sphingomonas等丰度.分子生态网络分析表明种植大豆和玉米增加了细菌之间的相互作用,导致其网络结构更为复杂,关键细菌从不种植物处理的1个增加到种植大豆的6个和种植玉米的10个.     

高通量测序法表征潜流人工湿地中不同植物根际细菌群落特征

为了研究人工湿地中植物根际、污水水质和深度等对细菌群落结构特征分布的影响,利用高通量测序技术,对人工湿地中芦苇(Phragmites communis)、香蒲(Typha orientalis Presl)2种植物根际3个不同深度细菌群落特征进行了研究.细菌群落丰富度和多样性研究结果表明,芦苇根际细菌群落丰富度和多样性均大于香蒲根际,细菌在芦苇根际周围可以更好地生存;同一植物根际细菌的丰富度和多样性随着深度的增加逐渐减少.相似度和差异性分析结果表明,相同植物根际细菌群落结构相似度较高,而不同根际群落结构有一定的差别.优势细菌菌群分析结果发现,细菌群落在门类水平上达到13门以上,优势细菌种群均以变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、厚壁菌门为主,相对丰度约为55%~78%;纲类水平也达到20纲以上,主要有α-变形杆菌纲、β-变形菌、δ-变形菌纲、γ-变形菌纲、芽孢杆菌纲、酸杆菌纲、相对丰度达到50%以上,植物根际富集的主要纲类细菌是β-变形菌纲.影响细菌群落结构丰富度和多样性的主要环境因素是营养物浓度、植物、采样深度和温度.     

同质环境下不同锦鸡儿属植物根际土壤细菌群落结构差异及其影响因素

采用高通量测序技术分析同质环境下小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤细菌多样性及群落结构,以期探讨驱动锦鸡儿属植物根际土壤细菌群落结构构建的关键因子.结果表明,土壤样品中共检测到细菌42门55纲123目244科558属,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和酸杆菌门(Acidobacteria)(相对丰度>1%),优势属为苯基杆菌属(Phenylobacterium)、剑菌属(Ensifer)和鞘氨醇菌属(Chitinophaga).双因素方差分析表明,物种间差异显著影响土壤细菌香农指数和辛普森指数(P<0.05),种源和物种交互作用对土壤细菌的物种数、 Chao1指数、香农指数和辛普森指数均影响显著(P<0.05).主坐标分析表明,3种锦鸡儿属植物根际土壤细菌群落结构差异显著(P<0.05),且聚类分析显示来自不同种源地的中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤细菌群落结构组成不同.通过冗余分析发现...     

丹江口库区库滨带植被土壤细菌群落多样性及PICRUSt功能预测分析

微生物是土壤元素生物地球化学循环的主要驱动力,目前库滨带植物截留和消减污染物质过程中细菌群落及其功能研究尚未清楚.本研究选取适宜丹江口库区库滨带生长的4种典型植物(草本植物香根草、芦苇、乔木植物杜梨和灌木植物假奓包叶),采用16S r DNA Miseq高通量测序技术研究根际细菌群落组成,发现其主要由变形菌门、拟杆菌门、放线菌门等31个门、343个属的细菌组成,表现出群落组成的丰富性.细菌群落分析表明香根草和芦苇细菌群落结构较为相似,但和杜梨细菌群落结构差异最大.PICRUSt功能预测分析表明,库滨带植物根际细菌主要涉及次生产物代谢的生物合成、转录、多糖生物合成和代谢、细胞生长和死亡等38个子功能,表现出功能上的丰富性.库滨带植物根际细菌代谢能力整体趋势为假奓包叶芦苇香根草杜梨.本研究初步探讨了丹江口库区库滨带不同植物根际细菌群落和功能,为丹江口水库库滨带植被构建及其水环境保护提供了参考依据.     

三峡消落带适生植物根系活动调控土壤养分与细菌群落多样性特征

植物通过根系分泌修饰根际土壤微环境.从植物根系-土壤-微生物三者密切关联的根际土壤微环境角度,研究三峡消落带植被修复重建后根部土壤微生态动态特征,对于认识和评估消落带退化土壤环境的生态修复工作具有重要意义.从三峡库区忠县石宝寨汝溪河消落带植被修复示范基地采集人工植被中4种优势植物落羽杉(Taxodium distichum)、立柳(Salix matsudana)、狗牙根(Cynodon dactylon)和牛鞭草(Hemarthria altissima)的根际与非根际土壤,探究其根际与非根际土壤的养分含量与酶活性差异,同时通过高通量测序进行细菌群落多样性分析,以阐明三峡消落带不同物种逆境胁迫下的生长适应性以及养分利用策略.结果表明:①三峡库区消落带4种适生植物根系活动导致根际与非根际土壤养分含量产生显著差异,主要表现为根际土壤有机质、全氮、碱解氮以及有效磷的显著富集,而钾素在不同物种间的根际效应变化趋势并不一致;②蔗糖酶、脲酶以及酸性磷酸酶在4种适生植物中均表现出正向根际效应(R/S1),但由于不同物种生理特征的差异,不同物种根系活动对3种土壤酶的激活效应存在差异;③高通量测序结果显示,库区4种适生植物根际与非根际土壤细菌群落多样性特征并无显著差异,变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、放线杆菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、蓝藻门、厚壁菌门、硝化螺旋菌门、芽孢杆菌门、未知细菌门以及泉古菌门在消落带4种适生植物根部土壤环境中相对丰度最大,对于4种适生植物的营养吸收、疾病抵抗以及消落带逆境适应均发挥着重要的作用.     

微塑料和镉复合污染对狼尾草根际土壤微生物群落结构和功能的影响

微塑料和重金属复合污染对植物生长和根际微生物群落和功能的影响目前尚未清晰.以狼尾草为实验材料进行盆栽模拟试验,研究重金属镉（Cd）与不同种类MPs （PE、PS）、粒径（13 μm和550 μm）、质量分数（0.1%和1%）的微塑料复合污染对狼尾草生长、重金属积累和根际微生物群落功能的影响.结果表明,MPs和Cd复合污染条件下整体呈现对植物生长胁迫增加、Cd含量和积累量降低的趋势.MPs和Cd复合污染能改变细菌群落组成,降低细菌多样性,其中550 μm 0.1% PE+Cd处理组ACE指数和Chao1指数降低最显著.与单一Cd污染相比,不同MPs种类、质量分数和粒径的MPs添加能改变新陈代谢、氨基酸的转运和代谢、能量生成和转换等功能组的基因丰度,显著影响狼尾草根际土壤细菌的功能.研究采用宏基因组学的方法分析了MPs和Cd复合污染对狼尾草根际细菌群落和功能的影响,可为MPs重金属复合污染的生态毒理效应及其生物修复提供基础数据和科学依据.     

基于高通量测序检测Pb污染对三叶草根际土壤细菌多样性的影响

为了研究Pb污染对根际土壤微生物多样性的影响,揭示根际微生物对Pb胁迫的适应性机制,通过盆栽试验模拟轻度[w（Pb）为300 mg/kg]、中度[w（Pb）为600 mg/kg]和重度[w（Pb）为900 mg/kg]Pb污染土壤环境,利用高通量测序技术和生物信息学分析方法,测定了不同w（Pb）处理下三叶草根际土壤中细菌群落的丰度和组成.结果表明:①共检测到37个门,其中变形菌门为优势菌群,占比为50.7%~53.9%,其次为拟杆菌门、酸杆菌门和疣微菌门. ②共检测到623个属,其中鞘氨醇单胞菌属为优势菌属,占比为17.1%~19.4%. ③中度Pb污染土壤样本中细菌的多样性最高,重度Pb污染土壤样本中的细菌数量最少,并且其群落组成与其他处理差异最大.研究显示,重度Pb污染会显著抑制三叶草根际土壤样本中细菌的生长,降低土壤样本中细菌总量及其群落的多样性,但中度Pb污染会提高土壤样本中细菌群落的多样性. Pb污染会改变三叶草根际土壤样本中细菌群落组成和丰度,不同类型细菌对Pb污染土壤的适应性不同.根际土壤样本中Gp1菌群的丰度随着土壤w（Pb）的增加而增加,说明Gp1菌群可能是具有Pb污染抗性的优势菌群.      

丹江口库区库滨带植被土壤细菌群落多样性及PICRUSt功能预测分析

微生物是土壤元素生物地球化学循环的主要驱动力,目前库滨带植物截留和消减污染物质过程中细菌群落及其功能研究尚未清楚。本研究选取适宜丹江口库区库滨带生长的4种典型植物(草本植物香根草、芦苇、乔木植物杜梨和灌木植物假奓包叶),采用16S rDNA Miseq高通量测序技术研究根际细菌群落组成,发现其主要由变形菌门、拟杆菌门、放线菌门等31个门、343个属的细菌组成,表现出群落组成的丰富性。细菌群落分析表明香根草和芦苇细菌群落结构较为相似,但和杜梨细菌群落结构差异最大。PICRUSt功能预测分析表明,库滨带植物根际细菌主要涉及次生产物代谢的生物合成、转录、多糖生物合成和代谢、细胞生长和死亡等38个子功能,表现出功能上的丰富性。库滨带植物根际细菌代谢能力整体趋势为假奓包叶芦苇香根草杜梨。本研究初步探讨了丹江口库区库滨带不同植物根际细菌群落和功能,为丹江口水库库滨带植被构建及其水环境保护提供了参考依据。     

新乡市镉污染土壤细菌群落组成及其对镉固定效果

重金属污染土壤中具有丰富的微生物群落组成,为生物修复提供了微生物资源.本研究以新乡市某电池厂周边Cd污染土壤为研究对象,采用高通量测序和平板分离方法分析其细菌群落组成.传统培养方法表明新乡市重金属污染土壤细菌由厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门这4个门,芽孢杆菌属、节杆菌属和根瘤菌属等30个属组成;高通量测序表明,其由变形菌门、放线菌门和酸杆菌门等25门及400属组成.相较于培养方法,高通量测序群落组成更为丰富.基于高通量测序的分子生态网路分析表明其关键细菌分别为Arthrobacter、Marmoricola、Nocardioides、Ferruginibacter、Flavitalea、Nitrospira和Lysobacter等组成.对分离的159株可培养菌株进行Cd摇瓶吸附实验,结果表明Aneurinibacillus、Arthrobacter和Bacillus等11个属的30株菌具有较好地固定效果.效果验证实验表明,Ochrobactrum sp. 1-6、Bacillus sp.2-11和Pseudomonas sp.1-9等6株高效菌株能提高青菜(鸡毛菜)生物量、降低青菜不同组织中的Cd含量.本研究为新乡市重金属污染土壤修复提供菌种资源,同时为重金属污染土壤细菌群落和功能提供参考依据.     

松花江下游滨岸带典型植被根际土壤细菌群落结构与功能多样性

通过分析松花江典型植被(芦苇、白杨、松江柳和修氏苔草)根际土壤细菌群落结构与功能的差异,辨识不同类型植被修复受损滨岸带生境的潜力,为松花江受损滨岸带生境修复和保护提供理论依据.使用Illumina MiSeq PE300二代高通量测序平台对松花江下游滨岸带的4种典型植被根际土壤细菌16S rRNA进行测序,分析不同植被根际土壤细菌群落组成与功能的差异及其影响因素.结果表明,芦苇根际土壤细菌多样性的Ace、 Chao1和Shannon指数显著高于白杨(P<0.05),与松江柳和修氏苔草的土壤细菌多样性差异不显著.主坐标轴分析和ANOSIM组间差异检验表明,白杨与其它植被根际土壤细菌群落结构差异显著(P<0.05),松江柳、修氏苔草和芦苇根际土壤细菌群落结构相近. 4种典型植被根际土壤细菌共划分为38个菌门,其中,酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和变形菌门(Proteobacteria)为各样地共有的优势菌门(相对丰度>5%).硝化螺旋菌门(Ni...     

镉胁迫对芒草根际细菌群落结构、共发生网络和功能的影响

芒草（Miscanthus）作为第二代能源植物,已用于重金属污染土壤修复研究,但目前该过程中土壤细菌群落组成和功能研究开展较少.以芒草品种南荻（M.saccariflorus）为研究对象,通过高通量测序结合分子生态网络分析和PICRUSt功能预测,分析研究100 mg·kg^-1 Cd的胁迫对芒草根际细菌群落组成、共发生网络和功能的影响.MiSeq测序表明芒草根际细菌群落由32个门和425个属的细菌组成,包含鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、芽单胞菌属（Gemmatimonas）和链霉菌属（Streptomyces）等植物促生细菌（PGPR）种群.相似性分析（ANOSIM）和非参数多元方差分析（Adonis）表明,Cd的添加能显著影响芒草根际细菌群落组成,降低其群落多样性.同时分子生态网络分析表明Cd的添加降低了芒草根际细菌之间的相互作用,导致其网络结构更为简单;降低了网络缓冲环境变化的能力;提高了负相关连线数,使根际细菌物种之间的竞争关系更强;改变关键细菌组成.PICRUSt功能预测分析表明Cd的胁迫降低了芒草根际土壤细菌功能.本研究初步分析了芒草根际细菌群落组成及其对镉胁迫的响应,为后续调控芒草修复效率提供了基础.     

旱地作物根际和非根际土壤硝酸盐异化还原成铵细菌群落组成的研究

为研究典型旱地农田土壤硝酸盐异化还原成铵过程(Dissimilatory nitrate reduction to ammonium,DNRA)的群落组成,针对DNRA过程的功能基因nrfA进行高通量测序.根际和非根际、4种典型农作物共16个样品,质控后每个样品得到87000条序列,在相似度≥90%下划分到27952个OTUs,选取其中丰度较高的258个代表OTUs进行生态学分析.多样性分析(OTUs水平)结果表明:3/4的作物根际土壤样品中的DNRA群落丰富度、物种多样性和物种均匀度高于相应非根际样品,对比4种作物,粟作物根部土壤DNRA群落多样性最高,玉米作物非根际土壤最低.对代表OTUs进行分类,共定义到6个门(Phylum),19个属(Genus).其中相对丰度最高的3个属为Hyalangium(29.31%)、Chthoniobacter(20.33%)和Nitrospira(13.41%),表明三者在群落组成中占主导地位.结合土壤理化因子分析,DNRA群落相对丰度与NO~-_2-N、TN、含水率、TOM、pH及温度呈显著相关关系.本研究在一定程度上揭示了旱地农田土壤DNRA细菌的群落组成、多样性及与土壤环境因子的关系,为提高氮肥的利用效率和减小环境污染提供理论依据.     

武昌湖典型退化湿地菰草根际微生物群落结构

为研究淡水湖泊湿地微生物群落结构与退化湿地环境之间的关系,选取武昌湖湿地菰草根际水体、根际土壤、根下湖泊沉积物3组环境样本,提取样本微生物基因组DNA,并利用16S r DNA基因进行454高通量测序,共得到优质序列17 051条,产生2 062条OUTs。结果表明:武昌湖退化湿地菰草根际具有较为复杂的微生物群落结构,涉及15门48属,其中以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)为主要门类;菰草根际不同微环境微生物群落结构存在明显差异,生物多样性指数Shannon、Chao、ACE指数及OTUs均呈现根际土壤湖泊沉积物根际水体的变化特征。探究湿地退化过程中植被菰草根际微生物群落结构特征,对揭示长江中下游浅水湖泊湿地退化机理具有重要意义。     

Removal of metals by sorghum plants from contaminated land

The growth of high biomass crops facilitated by optimal of agronomic practices has been considered as an alternative to phytoremediation of soils contaminated by heavy metals. A field trial was carried out to evaluate the phytoextraction efficiency of heavy metals by three varieties of sweet sorghum (Sorghum biocolor L.), a high biomass energy plant. Ethylene diamine tetraacetate (EDTA), ammonium nitrate (NH₄NO₃) and ammonium sulphate ((NH₄)₂SO₄) were tested for their abilities to enhance the removal of heavy metals Pb, Cd, Zn, and Cu by sweet sorghum from a contaminated agricultural soil. Sorghum plants always achieved the greatest removal of Pb by leaves and the greatest removal of Cd, Zn and Cu by stems. There was no significant difference among the Keller, Rio and Mray varieties of sweet sorghums in accumulating heavy metals. EDTA treatment was more efficient than ammonium nitrate and ammonium sulphate in promoting Pb accumulation in sweet sorghum from the contaminated agricultural soil. The application of ammonium nitrate and ammonium sulphate increased the accumulation of both Zn and Cd in roots of sorghum plants. Results from this study suggest that cropping of sorghum plants facilitated by agronomic practices may be a sustainable technique for partial decontamination of heavy metal contaminated soils.     

施加盐基离子调控水稻Cd的吸收与累积

盐基离子含量是土壤肥力的重要指标,也是决定土壤Cd生物有效性的重要因素.为探明盐基离子对稻田系统中Cd迁移、转运与累积的影响,本研究通过水稻盆栽试验,按照土壤中盐基离子的物质的量比施加不同浓度梯度KCl、CaCl_2、NaCl和MgCl_2到模拟制备的轻度(0.5 mg·kg~(-1))和中度(1.5 mg·kg~(-1))Cd污染土壤,分析盐基离子对土壤CaCl_2提取态Cd含量和水稻吸收累积Cd的影响.结果表明:施加盐基离子能够增加土壤阳离子交换量(CEC),在轻度和中度Cd污染土壤中,土壤CaCl_2提取态Cd含量分别下降了24.6%～56.1%和17.0%～71.1%,糙米Cd含量分别降低了9.1%～60.5%和7.2%～36.0%.在轻度和中度Cd污染土壤中,糙米Cd含量与土壤CaCl_2提取态Cd含量之间存在线性正相关关系,根、茎、叶Cd含量与Ca含量均呈线性负相关.     

云南兰坪铅锌矿区优势植物重金属富集特性及应用潜力

为筛选适合云南高原地区重金属污染土壤修复治理以及矿区生态复垦的植物材料,通过实地野外调查,采集云南兰坪铅锌矿区18种优势植物样品及相应根系土壤,测定其Cd、 Cr、 Cu、 Ni、 Pb和Zn含量,计算植物对重金属的富集和转运系数,通过聚类分析方法,综合评估植物的应用潜力.结果表明, 18种优势植物分属18属13科,均为草本植物.植物体内多种重金属含量均高于植物正常含量,其中,延胡索(Corydalis yanhusuo)、旱芹菜(Carum bretschneideri)和毛连菜(Picris hieracioides)地上部Cd含量分别达到62.29、 76.49和85.09 mg·kg~(-1),Cd富集系数分别为0.57、 0.58和0.66,转运系数分别为0.89、 0.45和1.48,有着较强的吸收和转移土壤重金属Cd能力,具有修复Cd污染土壤潜力.狼毒(Euphorbia fischeriana)和倒提壶(Cynoglossum amabile)地上部Cd含量分别为0.46 mg·kg~(-1)和0.23 mg·kg~(-1),富集系数均小于0.01,属于重金属低积累植物,适合在中国西南高海拔地区生长,两种植物可以考虑作为Cd污染农田安全利用经济植物.其余13种植物对矿区重金属污染有着较好的耐性,可以用作矿区植被修复.     

铵态氮肥和腐殖酸协同促进孔雀草对土壤中Cd的去除

为了提升孔雀草(Tagetes patula L.)对镉(Cd)污染土壤的修复潜力,通过田间试验,研究铵态氮肥和腐殖酸对孔雀草生长以及土壤中Cd去除的影响.结果表明,氮肥(N)与氮肥和腐殖酸联用处理(NHA)可显著提高孔雀草的生物量;与对照(CK)相比,NHA和N处理下孔雀草地上部生物量分别提高了 2.49倍和1.52倍(肥东土壤),提高了 2.28倍和1.74倍(长丰土壤).在孔雀草生长期间,氮肥和腐殖酸能够降低土壤pH值,尤其是NHA处理;NHA处理较CK处理在肥东和长丰土壤上pH值分别降低了 0.76和0.84个单位;腐殖酸处理(HA)能显著提高肥东与长丰土壤中DOC的含量.NHA和HA处理能显著促进孔雀草根系生长发育,改善孔雀草的根系形态特征.在肥东和长丰土壤中,与CK相比较,NHA处理土壤有效态Cd含量分别增加了 64.1％和53.1％,孔雀草Cd的累积量分别增加了 7.17倍和4.15倍;NHA处理的土壤Cd去除率最高,在肥东和长丰土壤上分别达到17.06％和14.08％.本研究表明在强化孔雀草修复重金属Cd污染土壤方面,铵态氮肥和腐殖酸的联用具有潜在应用前景.     

牛骨炭与伊/蒙黏土组配改良剂对土壤中Cd的钝化效果

农田土壤Cd污染是我国最为突出的环境问题之一,开展新型钝化修复Cd污染土壤材料的研究和技术开发对保障农产品安全及保护人体健康具有重要意义.以北京某蔬菜生产基地设施大棚Cd污染土壤为试验对象,温室条件下采用盆栽试验,研究牛骨炭与伊/蒙黏土复合组配的改良剂对Cd污染土壤的钝化效果,探讨不同配比的组配改良剂对土壤Cd有效态含量以及小白菜Cd吸收量的影响.结果表明:在污染土壤中添加1%、2%和5%的组配改良剂,可明显降低土壤有效态Cd含量及小白菜对Cd的吸收,土壤有效态Cd含量降幅最大值达42.3%,小白菜地上部分Cd含量降幅最大值达22.7%,组配改良剂中骨炭成分比例越高,钝化效果越好,尤其以添加5%组配改良剂（添加组配改良剂中牛骨炭含量为50%）对Cd的稳定化效果最佳,且不同组配改良剂处理均不会对小白菜生长产生不良影响,表明牛骨炭与伊/蒙黏土组配的改良剂在修复Cd污染土壤上具有较好的应用潜力.研究显示,牛骨炭与伊/蒙黏土组配的改良剂符合绿色修复技术的发展要求,可作为钝化修复农田重金属污染土壤的环保新材料.      

玉米对受污染河道复合沉积物的修复

为减轻城市河道沉积物的受污染程度,利用温室盆栽玉米对其中的污染物进行了修复研究试验.结果表明,玉米体内累积最多的重金属是zn,占沉积物中Zn总量的56.69%,其中地上部分为1 985.56 mg·kg-1,占沉积物中Zn总量的30.16%,其余重金属(Pb、Cu、Ni、Cd)均为地上部分小于地下部分;Cd在玉米地上部分的累积量为2.33 mg·kg-1,为沉积物中Cd总量的40.10%;地上部累积的Zn、Pb、Cu和Ni等重金属数量与其离子交换态量显著相关,与重金属总量相关性不明显.种植玉米后沉积物中大分子有机物逐渐向小分子过渡,有效降低了有机物的污染.玉米的根际作用增加了沉积物中的微生物和酶活性.种植玉米较好地修复了受污染河道复合沉积物.