玉米根际微生物氮磷转化的功能基因组学分析

化肥减量增效是保障农业生态环境安全的重要基础.微生物是调控土壤氮磷循环的关键驱动力,研究根际微生物氮磷转化功能可以为进一步提高土壤氮磷利用率提供微生物学调控途径.基于3种典型农田土壤（黑土、潮土和红壤）的田间微区试验,利用宏基因组测序技术研究玉米根际微生物在土壤氮磷转化过程中功能基因的差异及调控因子.结果表明,根际微生物功能多样性受土壤类型影响,黑土和潮土的根际微生物功能多样性主要受含水量和养分含量的影响,红壤受全磷（TP）和速效磷（AP）影响.在土壤氮转化方面,编码氮转化过程通路中相关酶的基因丰度以脲酶基因（ureC）和葡萄糖脱氢酶基因（gdh）丰度最高,分别为7.25×10^-5~12.88×10^-5和4.47×10^-5~7.49×10^-5.同化性硝酸盐还原的功能基因在红壤中总丰度要高于黑土和潮土,其它过程相关酶的功能基因总丰度以潮土最高.编码氮代谢过程相关酶的功能基因丰度主要受土壤细菌丰富度、全钾（TK）和TP含量的驱动.在土壤磷转化方面,催化有机磷矿化的碱性磷酸酶基因（phoD）数目为1093个,酸性磷酸酶基因（PHO）数目为42个.phoD丰度高出PHO丰度2个数量级,此外,同种土壤类型下施肥对phoD和PHO丰度没有显著影响.随机森林分析表明phoD和PHO丰度均受土壤水分、有机质（OM）和全氮（TN）显著影响,但AP含量对PHO丰度影响最大.从功能基因组水平研究了玉米根际微生物的氮磷转化特征,为利用微生物功能提高农田生态系统氮磷利用率提供了科学依据.     

添加生物炭对琼北地区双季稻田生物固氮的影响

生物固氮有助于植物对土壤中有效氮的利用,减少农业生态系统中无机氮肥的使用.生物炭可以通过其特殊物理结构调节土壤理化性质,提高土壤微生物的丰度和活性,然而关于生物炭对水稻土生物固氮方面的研究并未深入了解.试验共设置3个处理：施磷钾肥对照（CK）、当地常规施肥处理（CON）和常规处理配施20 t·hm^-2生物炭（B）,采用qPCR和高通量测序分析固氮基因（nifH）的丰度和群落结构变化,探讨生物炭添加对琼北地区双季稻田土壤固氮微生物的影响.结果表明,相比CK和CON处理,添加生物炭提高了土壤pH和土壤有机碳（SOC）含量以及作物产量.同时nifH基因丰度与土壤pH和SOC呈显著正相关.与CK处理相比,添加生物炭处理增加了nifH基因丰度以及显著改变了早稻季土壤固氮微生物的群落结构,常规施肥处理减少了nifH基因丰度而对固氮微生物群落影响相对较小.施用生物炭使固氮微生物群落优势属发生了变化,地杆菌属（Geobacter）、嗜糖假单胞菌属（Pelomonas）、固氮螺菌属（Azospirillum）、厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）和铁氧化细菌属（Sideroxydans）等是所有处理中的优势菌属.相比CK处理,生物炭处理显著增加了嗜糖假单胞菌属的相对丰度,而常规施肥处理增加了地杆菌属的相对丰度.结果表明,生物炭添加具有一定的减肥潜力,为减少琼北地区稻田氮肥施用,提高氮肥利用率提供了理论依据.     

铜污染对土壤细菌群落结构及重金属抗性基因的影响

重金属Cu在土壤中长期积累会对微生物产生毒害作用,为了探究Cu污染对土壤细菌群落及重金属抗性基因的影响,本研究建立了不同Cu浓度（50、100、200、300、500、750和1000 mg·kg^-1）的土壤微宇宙,基于高通量测序和荧光定量PCR技术分析比较不同Cu浓度下培养14 d后土壤细菌群落及重金属抗性基因的变化.结果表明,当Cu浓度≤ 100 mg·kg^-1时,随着铜浓度增加细菌群落丰度和多样性增加;而Cu浓度≥ 500 mg·kg^-1时,Cu浓度的增加会导致细菌群落丰度和多样性显著降低（p<0.05）.随着Cu浓度的升高,变形菌门的相对丰度增加,酸杆菌门和芽单胞菌门的相对丰度降低（p<0.05）;在属水平,溶杆菌属、黄杆菌属和Brevundimonas等13个属的相对丰度升高,而芽孢杆菌属、假单胞菌属和Subgroup_6等17个属的相对丰度降低.抗性基因检测结果显示,当Cu浓度≥ 500mg·kg^-1时,重金属抗性基因的丰度显著高于其它样品中的丰度（p<0.05）,其中,copB、copA和czcA的丰度较高,copB和czcA与Cu浓度之间呈显著正相关（p<0.001）,而copA与Cu浓度则呈显著负相关（p<0.001）.网络分析表明,抗性基因丰度的升高或降低可能是由于Cu污染对其潜在宿主影响所造成.本研究结果表明,不同Cu污染水平下土壤细菌群落重金属抗性的选择影响着群落多样性的变化,也为重金属Cu污染修复提供了理论依据.     

有机物料投入对喀斯特地区土壤磷素赋存形态与含phoD基因细菌群落的影响

针对喀斯特地区有机物料盈余、土壤养分贫瘠和易流失的特点,设置长期有机物料还田小区定位试验,试验包括6个处理：不施肥对照（CK）、无机肥（NPK）、无机肥+玉米秸秆（NPKS）、无机肥+农家肥（NPKM）、无机肥+滤泥（NPKL）和无机肥+甘蔗灰（NPKA）.研究不同有机物料投入对土壤磷赋存形态和磷活化功能微生物（含有机磷矿化基因细菌）群落结构的影响.通过3 a断续的观测,结果表明,土壤全磷（TP）、速效磷（Olsen-P）和二钙磷（Ca₂-P）含量呈逐年增加趋势,而氯化钙磷（CaCl₂-P）含量呈先降低再增加的趋势;与不施肥对照相比,有机物料投入尤其是滤泥配施能显著提高土壤全氮（TN）、TP、Olsen-P、CaCl₂-P和Ca₂-P含量,其次是甘蔗灰和农家肥配施处理;相关分析表明,CaCl₂-P、Ca₂-P和Olsen-P均与土壤交换性钙（Ca-ex）含量显著正相关;冗余分析（RDA）表明土壤TN、Ca-ex、有机碳（SOC）和土壤全钾（TK）含量是影响土壤磷组分的关键因子.高通量测序分析含有机磷矿化基因（含phoD基因）细菌群落结果表明,与不施肥对照相比,秸秆还田配施无机肥处理显著增加土壤含phoD基因细菌丰富度,但各处理间含phoD基因细菌群落结构无显著差异.RDA分析结果表明,土壤Ca-ex、TK、Olsen-P、pH和SOC是驱动含phoD基因细菌群落变化的关键因子.总体上看,无机肥配施滤泥、甘蔗灰和农家肥是广西喀斯特地区农田土壤较为合适的养分管理方式.研究可为喀斯特地区有机废弃资源利用与土壤磷素管理提供科学依据.     

连续4个生长季大气CO2升高与土壤铅(Pb)污染耦合下刺槐幼苗根际土壤微生物特征

阐明CO₂升高和土壤重金属污染耦合对植物根际微生物群落的影响对明确大气CO₂升高背景下土壤重金属污染的植物根际生态效应意义明显.利用开顶箱系统模拟了连续4个生长季大气CO₂浓度升高［（700±27）μmol·L^-1］与土壤Pb污染（15.6 mg·kg^-1和515.6 mg·kg^-1）耦合对刺槐幼苗根际土壤微生物群落的影响.结果表明,与Pb污染相比,高浓度CO₂提高了（P<0.05）Pb污染下幼苗根际土壤总N含量,同时也提高了根际土壤pH、总C和水溶性C含量及C/N,降低了（P<0.05）根际土壤总Pb和可溶性Pb含量.细菌丰富度和多样性在耦合条件下较Pb污染增加（P<0.05）,而真菌丰富度降低（P<0.05）和多样性增加（P<0.05）;细菌和真菌群落中相对丰度最高的前两位优势属变化不显著,但其它类群如Anaerolineaceae、Solirubrobacterales、Eurotiomycetes、Aspergillus和Trichocomaceae的相对丰度受大气CO₂浓度升高与土壤Pb污染耦合影响显著;相对丰度较高的前10位细菌和真菌优势属与根际土壤环境因子的冗余分析表明,根际土壤总C和可溶性Pb是显著（P<0.05）影响细菌优势属环境因子,总C对真菌优势属影响显著（P<0.05）.结果表明刺槐幼苗根际土壤总C和可溶性Pb是根际土壤细菌群落变化的显著影响因子,而真菌群落仅受总C的显著影响.     

高量秸秆还田配施芽孢杆菌对沙化土壤细菌群落及肥力的影响

探讨高量秸秆还田模式协同配施芽孢杆菌等功能菌群对沙化土壤的培肥潜能,解析土壤碳氮磷组分和菌群功能活性的变化特征,可为高效提升沙化土壤肥力提供依据.采用随机区组试验,设置秸秆不还田（CK）、高量还田梯度分别为6.00 kg ·m^-2（ST1）、12.00 kg ·m^-2（ST2）、24.00 kg ·m^-2（ST3）、6.00 kg ·m^-2+芽孢杆菌（SM1）、12.00 kg ·m^-2+芽孢杆菌（SM2）和24.00 kg ·m^-2+芽孢杆菌（SM3）这7个处理组.利用16S rRNA高通量测序技术分析细菌多样性和群落结构,土壤农化分析方法测定土壤化学性质.结果发现：①高量秸秆还田协同配施芽孢杆菌显著降低土壤细菌群落α多样性;②高量秸秆还田单一模式显著富集变形菌门,降低放线菌门的相对丰度,配施芽孢杆菌对细菌群落结构变异性的影响更显著,在属水平上表现为假单胞菌、罗河杆菌和芽孢杆菌等有益菌属的相对丰度显著增加;③基于FAPROTAX的功能预测发现：高量秸秆还田配施芽孢杆菌显著提高了土壤菌群对有机物质的分解潜力和氮组分转化潜力;④与对照相比较,高量秸秆还田配施芽孢杆菌显著提升了ω（SOM）、ω（TP）和ω（AP）,分别提高了31.20~32.75 g ·kg^-1、0.11~0.18 g ·kg^-1和29.69~35.09 mg ·kg^-1.因此,高量秸秆还田配施芽孢杆菌可显著提升沙化土壤有机质与磷组分含量、细菌功能活性与有益菌属丰度,对旱区沙化中低产田地力快速提升具有重要意义.     

解磷细菌Klebsiella sp. M2钝化重金属及阻控小麦吸收Cd和Pb效应

解磷微生物能够将土壤中难溶性的磷转化为可供植物吸收的磷,同时可溶性磷酸盐也能与重金属结合生成沉淀,降低土壤中有效态重金属的含量,进而阻控作物对重金属的吸收,在重金属污染土壤修复中发挥着重要的作用. 通过溶液培养试验研究解磷细菌Klebsiella sp. M2固定Cd和Pb以及释放PO₄^3-的规律,并通过盆栽试验探究菌株M2对小麦吸收Cd和Pb的影响及其微生物学机制. 结果显示,菌株M2通过细胞壁吸附和诱导磷酸盐沉淀降低溶液中Cd和Pb的浓度,并增加溶液中PO₄^3-的浓度. 盆栽试验表明,与不接菌和接灭活菌M2对照相比,接种活菌株M2后能够显著提高（123%~293%）土壤Ca₂-P和Ca₈-P的含量,降低小麦根际土壤中DTPA-Cd（34.48%）和DTPA-Pb（36.72%）的含量,进而阻控小麦籽粒对Cd和Pb的富集. 此外,高通量测序结果表明,菌株M2显著提高了小麦根际细菌群落的多样性,提高了小麦根际土壤中Proteobacteria、Gemmatimonadetes和Bacteroidota的相对丰度,同时增加小麦根际土壤中具有重金属固定和解磷促生特性细菌的相对丰度（主要为Sphingomonas、Nocardioides、Bacillus、Gemmatimonas和Enterobacter）,而这些菌属在钝化重金属和阻控小麦吸收重金属的过程中发挥了重要作用. 研究结果可为重金属污染农田的生物修复提供菌种资源和理论依据.     

大通河流域土壤细菌及氮循环功能菌群沿海拔的空间分布

探究土壤微生物的海拔分布格局及其驱动机制对理解气候变化下陆地生态系统的响应至关重要.土壤微生物群落的海拔分布格局随空间尺度有所差异,为此分别沿大通河流域干流流向（海拔梯度1 000 m）和山体坡面（海拔梯度500 m）设置了两种空间尺度的样带,利用高通量测序技术分析土壤细菌群落结构和多样性沿海拔的分布特征,基于FAPROTAX数据库分析氮循环功能类群的海拔分布,探讨驱动土壤细菌群落沿海拔分布的关键环境因子.结果表明:①土壤理化性质沿海拔分布有显著差异,总氮（TN）和硝态氮（NO₃ ^-）含量与海拔正相关（P < 0.01）,土壤容重（BD）、pH与海拔负相关（P < 0.001）;②细菌群落OTU丰度沿海拔升高显著增大（P < 0.01）,丰富度和多样性指数沿海拔增大,但趋势不显著（P > 0.05）;③细菌群落以酸杆菌门（Acidobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势门,其相对丰度随海拔升高分别增加、减小和微弱减小;④参与氮循环的功能类群共13种,以硝化作用、好氧氨氧化和好氧亚硝酸盐氧化作用为主,随海拔升高响应规律不同,其中硝化作用细菌丰度显著增加（P < 0.01）,好氧氨氧化和硝酸还原细菌丰度微弱增加,而参与含氮化合物异化还原的细菌丰度先增后减;⑤冗余分析表明海拔（ELEV）、pH和氨氮（NH₄ ⁺）是驱动门水平土壤细菌群落的主要因子,Mantel分析表明土壤细菌氮循环优势类群均受海拔驱动（P < 0.01）.⑥流域和坡面尺度上细菌群落α-多样性沿海拔的规律一致,但土壤性质、氮循环功能菌群丰度和主要环境影响因子均不同.因此从不同空间尺度探究土壤微生物的海拔分布格局具有重要意义.     

设施番茄种植年限对土壤理化性质及微生物群落的影响

为探究设施番茄种植年限对土壤理化性质和微生物群落影响,以种植1~3 a、5~7 a和>10 a的设施番茄耕层土壤为研究对象,采用常规分析方法测定土壤理化性质,采用Illumina NovaSeq高通量测序技术测定土壤微生物群落结构和多样性.结果表明,随着种植年限的延长,土壤容重和pH呈现降低趋势,最大持水量和有机质等指标逐渐增加,电导率（EC值）和全盐含量先降低后升高,显现出土壤次生盐渍化的趋势,其中土壤有机质、全氮和速效钾含量不同连作年限间差异显著（P<0.05）.土壤碱性磷酸酶在种植1~3 a与5~7 a存在显著性差异.各处理间真菌群落相对丰度存在显著性差异,Simpson指数和Shannon指数先升高后降低,Chao1指数逐渐降低;在属水平上,随种植年限的增加,链霉菌属（Streptomyces）等有益细菌群落相对丰度升高成为优势菌属;曲霉菌属（Aspergillus）和Pseudaleuria等致病真菌群落相对丰度逐渐增加成为优势菌属.冗余分析表明设施番茄种植年限与速效钾、速效氮呈显著正相关关系.研究认为,随种植年限的延长,设施番茄土壤次生盐渍化加重、氮磷钾养分累积和微生物群落失衡,导致设施番茄连作障碍.     

再生水构建水环境中沉水植物附着细菌群落特征

沉水植物茎、叶附着生物膜对再生水构建水环境的水质改善具有重要作用.为探究再生水水质及沉水植物种类对附着生物膜细菌群落特征的影响,选取再生水构建的水环境中不同种类沉水植物为研究对象,采用16S rRNA高通量测序技术对其附着生物膜及周围环境样本的细菌群落结构和功能基因进行分析.结果表明,再生水水体中氮磷营养物质在水环境中得到了20%~35%的吸收利用,下游水体中COD、浊度和色度呈现升高趋势.沉水植物附着生物膜中细菌群落与周围环境（土壤、底泥和水体）及再生水处理厂活性污泥的细菌群落存在差异：在群落多样性上,其丰富度和多样性显著低于土壤和底泥中细菌但高于水中浮游细菌;在群落结构上,其优势菌属及对应相对丰度与其它样本不同,主要优势菌属有鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、气单胞菌属（Aeromonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）和不动杆菌属（Acinetobacter）,分别占比7%~40%.沉水植物种类和再生水水质（BOD₅、TN、NH₄⁺-N和TP）均会影响植物附着细菌群落,但水质对附着细菌群落的影响大于植物种类,且水质也会影响沉水植物附着细菌群落功能基因相对丰度,氮磷浓度较高区域氮循环与磷循环功能基因相对丰度较高.研究结果为揭示沉水植物附着细菌群落特征和优选沉水植物种植种类提供科学依据.     

汤旺河国家公园不同演替阶段森林土壤细菌多样性变化规律

为了解红松湿生演替系列过程中土壤生境及土壤细菌多样性的变化规律,以小兴安岭汤旺河国家公园的白桦次生林、人工针阔混交林和原始云冷杉红松林为研究对象,分别代表湿生演替系列的演替先锋群落、演替中期群落和演替顶级群落,采用高通量测序的方法分析森林土壤细菌的多样性变化规律.结果表明:汤旺河国家公园从先锋演替到顶级演替阶段,森林土壤中w（OC）、w（TN）、w（AN）、w（AP）和w（AK）升高,而pH降低.此次分析土壤细菌包括16门27纲52目60科75属,其中Acidobacteria、Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes为共有的优势菌门（相对丰度>1%）.演替先锋阶段（白桦次生林）Proteobacteria相对丰度最高,然而演替后期（云冷杉红松林）Acidobacteria相对丰度最高.通过冗余分析和相关性分析发现,不同演替阶段的森林土壤细菌多样性与土壤中w（OC）呈显著负相关,与土壤中w（TK）呈显著负相关,与土壤中w（AK）呈极显著负相关.研究显示,土壤细菌群落结构和多样性在不同湿生演替阶段有明显差异,主要可能受到土壤中w（OC）、w（TK）和w（AK）的影响.      

土地利用变化后不同种植年限香榧土壤微生物群落的组成及多样性

为探究毛竹林改种香榧后以及香榧种植年限的增加对土壤微生物群落结构特征的影响,并研究其与土壤肥力因子的关系,运用高通量测序技术,研究毛竹林、香榧5a、香榧+山稻5a、香榧10a和香榧30a 土地利用方式下土壤微生物群落组成及多样性的变化.结果表明土地利用改变后,土壤中细菌群落的Shannon指数和Chao l指数显著增加...     

林地转型耕地对东北丘陵区白浆土cbbL细菌群落丰度和结构的影响

土壤固碳细菌的CO_2同化作用能够将CO_2转化成有机质,是土壤碳循环的重要过程,然而对土地利用方式转变下土壤固碳细菌群落丰度和结构变化的了解却非常有限.在此,采用q PCR和高通量测序技术研究了东北丘陵区林地转型耕地后白浆土cbb L细菌群落丰度和结构变化,并探讨了土壤理化因子在群落丰度和结构变化中的作用.结果表明,耕地土壤细菌的cbb L基因丰度为2. 57×108copies·g~(-1),显著低于林地土壤的7. 30×108copies·g~(-1),但林地与耕地间cbb L/16S r RNA基因拷贝数比无显著差异.与林地相比,耕地土壤cbb L细菌群落的Shannon和Chao1指数显著降低,而Simpson指数显著升高.系统发育树分析和主坐标分析(principal co-ordinates analysis,PCo A)均表明林地转型耕地改变了土壤cbb L细菌群落组成.Pearson相关分析表明,cbb L基因丰度和Shannon指数均与pH极显著正相关,而与AP和NO_3-显著负相关,证明了施肥导致的土壤pH和速效养分改变是造成土壤cbb L细菌群落丰度和多样性变化的主要原因.典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)显示,pH、NO_3-、AP和NH_4+与土壤cbb L细菌群落结构变化显著相关.综上所述,了解土壤cbb L细菌群落对土地利用方式转变的响应及其微生物学机制将为加强我国东北丘陵区白浆土的可持续利用及生态环境重建提供新的见解.     

缙云山马尾松林和柑橘林土壤微生物PLFA沿海拔梯度的变化

土壤微生物群落是土壤生态系统的重要组成部分,对环境变化敏感.本文运用磷脂脂肪酸法(PLFA)研究缙云山马尾松林和柑橘林土壤微生物群落结构沿海拔梯度的变化特征.结果表明,从6个海拔土壤中共检测到48种PLFA,其中i16:0、10Me17:0、10Me18:0 TBSA在6个海拔中含量均最高,且柑橘林土壤PLFA种类和含量明显高于马尾松林.随着海拔升高马尾松林土壤微生物种类和含量逐渐增加,柑橘林则逐渐降低,各海拔间细菌、真菌、放线菌、革兰氏阴性菌(G~-)及革兰氏阳性菌(G~+)含量差异显著.土壤微生物群落多样性研究结果表明,马尾松林低海拔丰富度指数(R),多样性指数(H')、均匀度指数(J)均显著高于高海拔,而柑橘林R在低海拔最高,H'、J则在高海拔最高.不同海拔土壤细菌、放线菌、G~-及G~+与土壤酶和环境因子之间存在相关性,细菌、放线菌、G~-及G~+与脲酶(Ure)、转化酶(Ive)、过氧化氢酶(CAT)、林分类型均呈极显著正相关,真菌与Ure、Ive、CAT呈显著正相关;而细菌、真菌、放线菌、G~-及G~+与海拔呈极显著或显著负相关.Ure、Ive、CAT、林分及海拔是影响土壤微生物PLFA变化的重要因子.     

泗顶矿区6种土地利用类型土壤微生物群落结构特征

以广西柳州泗顶铅锌矿区的玉米地、菜地、灌木、尾矿库、森林和柑橘园6种不同利用类型土壤为研究对象,采用高通量测序技术,分析了不同土地利用类型土壤微生物群落结构特征及土壤环境因子对微生物群落结构的影响.结果表明,变形菌门（Proteobacteria）是6种土壤的优势菌门,所占比例为31.34%~53.47%,γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）为优势菌纲.冗余分析表明,在重金属含量最高的灌木区,厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）的丰度与土壤中铅、锌、镉、铜的含量呈现显著正相关;在土壤钠和钾含量较高的玉米地和菜地,浮霉菌门（Planctomycetes）的丰度有所增加,而厚壁菌门和拟杆菌门的丰度则有所下降.在土壤有机质含量较高而总氮、总磷含量较低的柑橘园,酸杆菌门（Acidobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia）的丰度较高.芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）和浮霉菌门的丰度与土壤pH值呈显著正相关.研究结果表明土地利用类型及土壤环境因子对土壤微生物群落结构多样性有显著的影响.     

粪肥和有机肥施用对稻田土壤微生物群落多样性影响

为探究典型粪肥施用对稻田土壤微生物的影响,开展崇明岛稻田粪肥施用现场实验.采用高通量测序技术分析对照组(CK)和鸡粪(CM)、猪粪(PM)和有机肥(OF)施用稻田土壤微生物群落组成及多样性.结果表明,与CK相比,施用有机肥可提高土壤有机质(SOM),施用鸡粪可显著提高土壤氨氮(NH⁺₄-N)和总氮(TN)含量(P<0.05).PM组土壤微生物多样性显著高于CK组(P<0.05),OF组土壤微生物群落丰富度显著高于CM组(P<0.05).pH值、总磷(TP)、总氮和Pb是影响稻田土壤微生物群落组成的重要因素,CM组微生物群落结构与其他3组差异较大.与CK相比,OF组增加了硝化螺菌属(Nitrospira)的相对丰度,CM组显著降低了反硝化细菌Ignavibacteriae的相对丰度(P<0.01),达40.56%,但显著增加了硝化细菌陶厄氏菌属(Thauera)的相对丰度(P<0.05),达203.00%; PM组显著增加了氨化细菌Armatimonadetes的相对丰度(P<0.05),达57.51%,还增...     

磷差异性调控水稻根际nirK/nirS型反硝化菌组成与丰度

磷作为一种重要的生命元素,对反硝化微生物的活性和功能有重要影响.反硝化功能基因nir K和nir S是编码亚硝酸还原酶的两种同工酶基因,但是,磷对具有同种功能的nir K和nir S型反硝化菌的调控是否存在差异尚不十分清楚.本文采集严重缺磷红壤性水稻土设置水稻盆栽试验,通过外源添加磷肥设置对照(CK,P:0 mg·kg-1),低磷(P1,P:15 mg·kg-1),高磷(P2,P:30 mg·kg-1)这3个磷添加水平,研究不同磷水平对水稻亚硝酸还原酶基因的组成与丰度的调控作用.结果表明,在长期缺磷土壤上施用磷肥对含亚硝酸还原酶基因nir K和nir S的细菌种群的调控作用有明显差异.不管是根际还是非根际土,含nir S的微生物种群均对施磷水平表现敏感,尤其是高磷(P2)水平,施磷可导致nir S丰度提高2～3倍,同时显著改变nir S型反硝化微生物的组成结构.相比之下,施磷后含nir K基因的微生物组成结构和丰度变异较小.与非根际土壤相比,高磷水平条件下根际土中nir S的基因拷贝数和群落结构均发生了显著变化,缺磷和低磷条件下水稻生长只引起根际土nir S种群组成结构发生显著变化,但其丰度与非根际无显著差异.但不同磷水平条件下nir K的基因丰度和组成结构在根际和非根际土之间几乎无显著变化.综上所述,在严重缺磷水稻土中加施磷肥会显著提高水稻根际和非根际土中nir K和nir S型反硝化菌数量,并改变其种群组成结构,且nir S比nir K型种群响应更敏感.不同磷水平条件下的水稻根系生长均显著改变了根际土壤中nir K和nir S种群组成结构,但除了在高磷水平条件下显著增加了nir S丰度外,对nir K和nir S丰度均影响较小.研究结果可为进一步深入探究施肥对土壤反硝化过程的影响提供理论依据.     

稻田硝酸盐异化还原成铵细菌群落结构的垂向分布特性

硝酸盐异化还原成铵（Dissimilatory nitrate reduction to ammonium，DNRA）过程，可将土壤中的NO₃^-/NO₂^-还原成NH₄⁺-N以被作物吸收利用，有助于土壤中氮素的保存.选择位于广东韶关市和吉林安图县的两块稻田为研究对象，通过分子生物学方法和高通量测序技术，深入探究了两种稻田土壤（0~1 m）中DNRA细菌丰度和群落结构的垂向分布特性.结果显示：两种稻田土壤中DNRA细菌更多的存在于表层土壤（0~20 cm）中，丰度最低值均出现在深层土壤（90~100 cm）中，且表层样品群落结构的多样性大于深层样品；两个稻田样品间的群落结构体现出明显的空间异质性，安图稻田样品DNRA细菌的丰度和群落结构多样性均大于韶关稻田样品；其中，相对丰度较高的Anaeromyxobacter（28.67%）、Caldimicrobium（19.49%）、Nitrospira（10.90%）和Chthoniobacter（9.15%）是两个稻田中DNRA细菌群落组成中的关键菌属.相关性分析表明，总硫（TS）、有机质（TOM）、含水率（MC）、碳氮比（C/N）与DNRA细菌丰度之间均有显著正相关性（p<0.01，n=20），偏碱性、有机质丰富、氮源缺乏、碳源丰富且C/N较高的环境及适宜的含水率是稻田垂向生态系统中DNRA细菌适宜的生存环境.