马铃薯根际与非根际土壤微生物群落结构及多样性特征

利用Illumina-MiSeq高通量测序技术对马铃薯根际与非根际土壤中细菌的16Sr DNA基因V3-V4区片段和真菌18S r DNA基因V4区片段进行了测序,研究马铃薯根际与非根际土壤微生物群落多样性及其与土壤养分之间的关系,为马铃薯健康种植提供理论数据。结果表明,(1)马铃薯根际土壤pH显著低于非根际(P0.05),根际土壤电导率、有机碳、全氮、速效氮和速效磷均显著高于非根际(P0.05),而根际土壤全磷与非根际差异不显著(P0.05)。(2)马铃薯根际土壤细菌和真菌均匀度指数(Simpson)、多样性指数(Shannon-Wiener)、ACE、Chao1均显著高于非根际(P0.05);而根际土壤细菌和真菌覆盖度(Coverage)、Simpson指数与非根际差异不显著(P0.05)。(3)马铃薯根际和非根际土壤细菌群落中,优势类群主要是变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes),还包括浮霉菌门(Planctomycetaceae)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、疣微菌门(Verrucomicrobia),其中根际土壤细菌酸杆菌门相对丰度高于非根际,变形菌门相对丰度低于非根际。根际和非根际土壤真菌群落中,优势类群主要是子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota),还有结合菌门(Zygomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)、新丽鞭毛菌门(Neocallimastigomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)、芽枝菌门(Blastocladiomycota)。(4)主成分分析(PCA)表明,马铃薯根际和非根际土壤细菌和真菌群落具有很好的相似性,并且细菌群落产生明显的分离效应。Pearson相关性分析表明,马铃薯土壤细菌和真菌Coverage、ACE与土壤养分均没有显著相关性(P0.05);土壤pH与土壤细菌和真菌多样性呈负相关,土壤电导率和全磷与土壤细菌和真菌多样性均没有显著相关性(P0.05)。(5)冗余分析(RDA)显示,7个土壤环境因子分别解释了细菌86%和真菌82%的总特征值,说明土壤环境因子对马铃薯土壤细菌和真菌多样性有显著影响,其中对土壤细菌和真菌多样性影响较大的有有机碳和全氮,而pH对土壤细菌和真菌多样性影响为负。由此可知,土壤pH值是马铃薯根际土壤微生物多样性的重要影响因子。     

固定化微生物厌氧膨胀床在污水处理中的应用

本文介绍了固定化活性污泥小球的性质及其在厌氧膨胀床中处理高浓度有机污水的试验.结果表明,用琼脂包埋方法固定厌氧活性污泥细菌群,性质稳定.选交联剂戊二醛0.5%时,情况良好.pH6.0～8.0时,COD去除率均在75%以上.厌氧膨胀床进水COD为7300mg/L,回流比为24时,COD去除率达83.6%.此外,本文还探讨了在室温(20℃～25℃)条件下,水力停留时间、COD负荷和回流比对COD去除率的影响.     

南亚热带不同植被根际微生物数量与根际土壤养分状况

研究了包括尾叶桉、广东凤丫蕨、柳叶竹、大叶相思、青皮、木荷、湿地松在内的7种南亚热带不同植物植被下土壤根际微生物与根际养分状况及其相关关系。结果表明,根际环境对细菌有明显的正效应,对放线菌和真菌有正、负两方面的影响,但对根际微生物总量具有根际效应明显;在南亚热带森林生态系统中.在植物的某些生长季节,微生物的根际效应与土壤养分的根际效应一致     

落叶松混交林根际与非根际土壤养分、微生物和酶活性特征

近年来,落叶松(Larix gmelinii)纯林导致地力衰退和生产力下降现象引起了林业工作者广泛关注.为了揭示其地力变化的内在机理,对落叶松纯林、落叶松-水曲柳(Fraxinus mandshurica)混交林和落叶松-蒙古栎(Quercus mongolica)混交林中根际土与非根际土的pH值、土壤养分、土壤微生物和土壤酶活性进行了对比分析.结果表明:(1)与纯林相比,混交林能提高根际土与非根际土的pH值,增加土壤有机质、全N、速效N、全P、速效P的含量,尤其能明显增加N素含量;能使土壤微生物总量、细菌和放线菌的数量有所增加,而真菌数量却有所减少;能提高过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶、多酚氧化酶和蔗糖酶的活性.(2)与非根际土比较,除混交林中根际土的速效P外,其它养分含量与土壤生物活性均增加.(3)落叶松-水曲柳混交林能显著提高土壤养分和土壤生物活性.这从一个侧面反映了混交能改善落叶松林地和根际土壤环境,为有效防止落叶松林地土壤退化提供了理论依据.     

烟区烟草根际与非根际土壤微生物的生态因子作用分析

烟草根际和非根际土壤的理化性质、微生物区系和土壤酶之间的相互关系尚缺乏系统研究。对南阳烟区6种土壤包括黄褐土和黄棕壤等共13个取样点的烟草根际和非根际土壤的分析表明,根际与非根际微生物之间没有对应相关关系。根际土壤真菌数与解钾菌数、硝化细菌数显著正相关;非根际土壤荧光假单胞菌数与细菌芽孢数极显著正相关,氨化细菌数与放线菌数显著负相关。与土壤容重和空隙度显著相关的仅有根际真菌数(正相关)。与土壤全氮呈显著正相关的分别有根际荧光假单胞菌、纤维素分解菌(正相关)以及根际解磷菌和非根际真菌(负相关)。土壤全C与根际细菌总数显著负相关。土壤pH与非根际纤维素分解菌显著正相关。速效P与非根际放线菌数呈显著正相关。根际土壤蛋白酶活性与根际细菌总数极显著负相关。非根际土壤蛋白酶活性则分别与非根际放线菌和解钾菌显著正相关。根际土壤脲酶活性分别与根际真菌、解磷菌显著正相关,非根际脲酶活性则与非根际纤维分解菌显著正相关。非根际土壤过氧化氢酶活性与非根际细菌总数显著正相关。     

Cd、Pb在根际与非根际土壤中的吸附解吸特点

采用根袋盆栽试验以及平衡法研究根际与非根际土壤对镉、铅的吸附-解吸特性。结果表明，在镉、铅起始浓度分别为Cd 0-0．6mmol／L和Pb0～1mmol／L条件下，根际与非根际土壤镉、铅吸附量差别不大，随镉、铅浓度的提高，根际土壤镉、铅吸附量均比相应的非根际土壤的高。根际与非根际土壤镉、铅解吸量随镉、铅吸附量的增加而增加，但铅解吸率(0．7％以下)明显比镉的(5％-10％)低，根际土壤镉解吸量比非根际土壤的低。     

根系分泌物与根际微生物相互作用研究综述

对几种主要根系分泌物与根际微生物之间的相互作用关系和影响机理的研究进行了综述，同时提出了今后在根系分泌物及根际微生态方面需要深入研究的几个问题。     

浮床栽培蕹菜根际微生物特征研究

以浮床栽培蕹菜根际微生物中的细菌为例,分别在水箱中栽培25%、50%面积的蕹菜以及不栽培蕹菜的空白对照组,采用PFU法定期观察培养期间细菌的动态特征,以及细菌总数与水中COD含量的变化,分析它们之间的关系,得出:(1)25%和50%栽培面积的细菌数比对照组高1个数量级;(2)蕹菜生长4周内,蕹菜的栽培面积与细菌总数呈正相关关系,生长4周后水中细菌总数与栽培面积无明显相关;(3)50%栽培面积的COD去除率为63.54%,25%栽培面积的去除率为47.92%,对照组为25%,故浮床栽培植物根际微生物的生长对水中有机物的降解有显著作用.研究从微生物角度定量地论证了浮床栽培植物的根际微生物对水中有机物的降解作用,从而完善了浮床栽培植物治理富营养化水体的理论基础,有利于该技术的推广应用.图2,表3,参8.     

流动沙漠腹地灌木根际土壤微生物比较分析

分层采集塔里木沙漠公路3种防护林灌木梭梭、沙拐枣、红柳的根际土和非根际土,分析土壤微生物的根际效应及其与土壤环境因子间的关系.结果表明,3种防护林树种的根际土壤微生物均有比较明显的正效应,R/S值大小为梭梭沙拐枣柽柳;土壤微生物区系组成在不同树种根际土之间变化不大,其中细菌介于78.10%～93.18%,为优势类群,放线菌次之,真菌仅为0.03%～0.12%;与非根际土相比,根际土壤养分含量较高,盐分含量较低,为微生物营造了较好的土体条件.可见,沙漠腹地定植灌木对风沙土发育有较明显的促进作用,尤其是梭梭,建议实际林分配置中可适当提高梭梭的比例.     

秸秆生物炭施用对玉米根际和非根际土壤微生物群落结构的影响

为探究生物炭施用对土壤微生物群落结构与功能的影响,以广东博罗某生态农业实验基地玉米地为试验对象,设置3个处理,分别按0(C)、5(B1)、10(B2)t·hm~(-2)施加秸秆生物炭,分别于第7天、14天、21天后采集根际土壤及非根际土壤样品,通过对玉米根际及非根际土壤细菌16S rDNA进行高通量测序分析,结合16S rDNA PICRUSt功能预测技术,探究生物炭施用对玉米根际土壤及非根际土壤微生物群落结构与功能的影响。结果表明,与空白对照组相比,施加生物炭可明显增加玉米非根际土壤微生物群落多样性,施加21 d后C组、B1组和B2组chao1指数分别为1 261、2 707和2 472;对根际土壤微生物多样性影响不显著(P=0.406)。施加5t·hm~(-2)生物炭后,玉米根际土壤酸杆菌门(Acidobacteria)相对丰度升高,但施加10 t·hm~(-2)生物炭处理酸杆菌门(Acidobacteria)相对丰度降低。在科水平上,施加生物炭后,玉米非根际土壤黄色单胞菌科(Xanthomonadaceae)受到明显抑制,而施加生物炭与否及施加量多少对根际土壤黄色单胞菌科(Xanthomonadaceae)丰度高低影响不显著(P=0.857)。PICRUSt预测结果表明,生物炭施加对玉米土壤微生物群落代谢、遗传、信息传递等过程产生影响,从而改变微生物的群落结构及生态功能。综上,施用生物炭会影响玉米土壤微生物群落结构与功能,相对于施加10 t·hm~(-2)处理,施加5 t·hm~(-2)处理对土壤微生物群落结构的影响效果更为显著。该研究结果可为生物炭农业化利用机制研究及施加量选择提供参考。     

浮床栽培蕹菜根际脱氮微生物研究

浮床栽培植物是一种利用植物根系的吸收和根际微生物作用来改善水质的生物修复技术.本研究以温棚内浮床栽培蕹菜试验为基础,采用PFU法定期监测脱氮细菌变化情况,并与水中总氮含量进行对比,分析在浮床栽培植物情况下脱氮细菌的特征及其与水中总氮含量变化的关系,结果表明:1)栽培蕹菜有利于脱氮细菌的稳定生长;2)脱氮细菌的生长与总氮的去除有良好的相关性.研究为浮床栽培植物净化水质提供了理论依据,对该技术的推广应用有一定的理论和现实意义.表5,参10.     

几种固沙植物根际土壤微生物特性研究

研究了红柳、梭梭、沙拐3种固沙植物的根际和根外土壤微生物数量、组成、生理群微生物及土壤养分。结果表明：这3种固沙植物具有较强的根际正效应，其R/S在1.69-75.24之间，以梭梭的根际效应最大，沙拐枣其次，红柳最小，固沙植物的种植显著增加了微生物数量，促进有机质的积累和植物有效养分的转化，有利于流沙的成土发育。表7参9     

连作茶树根际土壤酸度对土壤微生物的影响

为了解连作茶树根部土壤酸化对微生物生物量及区系的影响,以不同种植年限黄金桂茶树根际土壤为研究对象,分析茶树根际土壤p H值对土壤微生物量、微生物数量和微生物类群的影响以及土壤微生物对土壤酸度响应的敏感性趋势.结果显示,茶树根际土壤的微生物生物量碳、微生物呼吸强度、微生物生物量氮及细菌、放线菌、氨化细菌、亚硝酸细菌、反硝化细菌、好气性自生固氮菌、好气性纤维素分解菌的数量随着茶树树龄的增加呈现下降趋势,且与茶树根际土壤p H值呈现极显著正相关(P0.01),而真菌、嫌气性纤维素分解菌、硫化细菌的数量呈现上升趋势,且与茶树根际土壤p H值呈现极显著正相关(P0.01).敏感性分析结果显示,不同微生物指标响应茶树根际土壤p H值变化的趋势为微生物呼吸强度(8.721 8)细菌(8.428 7)微生物量碳(7.955 2)硫化细菌(7.726 8)放线菌(5.780 0)真菌(4.740 8)嫌气性纤维素分解菌(4.065 0)氨化细菌(3.760 6)好气性自生固氮菌(2.368 3)反硝化细菌(2.340 6)微生物量氮(2.324 2)亚硝酸细菌(2.219 8)好气性纤维素分解菌(1.772 0).综上表明,茶树根际土壤酸化显著影响了土壤微生物数量变化,不同的微生物指标响应土壤酸度的敏感性存在一定差异.(图3表3参32)     

返青前后草地早熟禾草坪根际微生物区系动态

根际是土壤-植物生态系统物质及能量交换的活跃界面,根际微生物不仅直接影响植物对水分、养分的吸收,而且也同时影响植物对不良环境的抵抗能力。利用选择性培养基对草地早熟禾(PoapratensisL.)返青前后根际与非根际的细菌、真菌以及放线菌类群进行分离测数,拟从根际及非根际土壤微生物区系动态变化方面来阐述草地早熟禾返青前后其根际微生态的变化规律。结果表明:(1)草地早熟禾草坪的返青后,根际及非根际细菌、真菌数量明显增加,但放线菌数量呈减少趋势;(2)无论返青前后或者根际以及非根际,细菌的数量都占整个土壤微生物量的绝大部分,细菌数量的变化代表了整个微生物类群数量的变化趋势,使得草地早熟禾返青后根际土壤由"真菌型"向"细菌型"转化;(3)返青前后,各微生物类群都表现出明显的根际效应。     

豆科植物对根际土壤微生物种群及代谢的影响

自然界中很多种类的植物与固氮微生物共生,故其自身可进行氮同化,尤以豆科植物为甚。豆科植物由于与固氮微生物共生,所以豆科植物根际土壤的氮素较高于非固氮类植物种类。由于氮素是微生物代谢必需的营养元素之一,所以,豆科植物与非豆科植物的根际微环境存在一定的差异,自然而然两者根际土壤微生物的种群数量及其代谢活性也应存在一定的差异。基于此,本研究拟选取两种豆科植物(合欢Albizia julibrissin和豌豆Pisum sativum)及两种非豆科植物(樱花Prunus serrulata和艾蒿Artemisia argyi)的根际土壤微生物为研究对象,以平板梯度稀释法测定其种群数量,并通过测定纤维素酶、转化酶、脲酶、硝酸还原酶和酸性磷酸酶的活性为切入点分析其代谢活性,进而分析豆科植物对根际土壤微生物种群数量及其代谢的影响。本研究结果显示豆科植物的根际土壤细菌和真菌数量显著低于非豆科植物的。木本非豆植物和木本豆科植物根际土壤放线菌数量无显著差异,但是草本豆科植物根际土壤放线菌数量却显著高于草本非豆科植物的。另外,豆科植物根际土壤纤维素酶、转化酶、硝酸还原酶和酸性磷酸酶活性均显著大于非豆科植物的,而豆科植物根际土壤脲酶活性却显著低于非豆科植物的。另外,转化酶和脲酶活性与真菌数量呈显著相关。     

根际微生物增强宿主植物耐铬能力生理机制研究进展

植物根际有大量微生物,其中一部分微生物,如根际促生菌、丛枝菌根真菌、非麦角属内生真菌和外生菌根真菌,在改善宿主营养状况,缓解宿主由于旱涝、盐分和重金属等环境胁迫导致的危害中起到重要作用.笔者将以这4种根际微生物为例,综述它们提高宿主植物耐铬性的内在机制,如通过促进宿主生长、降低根际土壤中铬的有效性、降低铬从根系向叶片的转运以及利用自身组织固持铬等,直接或间接地提高植物对铬的耐受能力,展现出多样且互有差异的功能.同时,笔者提出了铬在根际微生物与宿主的共生体系内转运和解毒行为的分子和生理机制上的不足,并对未来根际微生物互作的研究内容提出了展望.     

不同微生物菌剂对当归苗生长及根际土微生物和养分的影响

通过当归拌种育苗试验研究4种微生物菌剂对当归新茬地和连作地育苗质量和品质的影响,通过测定根际土养分和可培养微生物类群数探讨添加外源微生物菌剂对当归苗根际土微生物和养分代谢功能的调节作用.结果显示:4种微生物菌剂处理在新茬地和连作地育苗条件下,均显著提高一等苗并降低废弃苗;其中复合真菌菌剂(PO+BB)处理在新茬地和连作地对有效苗数量的提高效果最好,较对照(CK)处理分别提高了6.6%和26.8%;添加外源微生物菌剂均极显著地改变根际土细菌、真菌、放线菌、氨化细菌和固氮菌等可培养微生物的类群数量(P0.001),同时也显著影响了有机质、有效钾和有效磷在根际土的积累和转化利用(P0.01).新茬地和连作地根际土微生物与养分的相关分析结果显示,连作地育苗显著改变了根际土微生物与养分的相关关系;而外源微生物菌剂处理条件下,根际土微生物与养分的相关分析结果显示,不同微生物菌剂不仅改变某类微生物与根际土养分的相关关系,而且与其他养分的积累和转化利用存在一定的协同效应.本研究表明,添加外源微生物菌剂通过影响根际微生物类群数量和功能改善了根际土养分的含量和植物的吸收利用能力,进而提高了当归苗的品质,因此在当归栽培过程中具有较好的应用前景.     

镉在北京褐潮土中对玉米幼苗及其根际微生物的毒性效应

通过温室盆栽实验,研究了镉在北京褐潮土中对玉米(品种郑单958)幼苗的毒性效应及其生物富集特性,并通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术,探讨了镉对玉米根际微生物群落结构的影响。结果表明,高浓度(>100mg·kg-1)镉对玉米幼苗的生长发育有明显的抑制作用,北京褐潮土中镉引起玉米幼苗株高下降1/2的效应浓度(EC50)为654.6mg·kg-1,引起玉米根部和地上部干质量下降1/2的EC50分别为323.6和110.2mg·kg-1,玉米幼苗地上部生物量(干质量)可作为评价重金属生态毒性的适宜终点。玉米幼苗对镉有一定的吸收累积效应,镉在玉米幼苗各组织中的浓度分布为根>茎>叶,其中根部对镉有一定的富集作用(生物富集系数BAF>1)。镉污染可引起玉米根际微生物群落结构发生改变,高浓度(1000mg·kg-1)镉可导致部分微生物种群数量减少甚至完全消失,表明镉污染可对植物幼苗、植物根际微生物以及植物-微生物之间的相互作用造成重要的干扰和威胁。     

间作栽培对连作马铃薯根际土壤微生物区系的影响

为探究不同间作栽培模式缓解马铃薯（Solanum tuberosum）连作障碍的可行性及作用机制,以马铃薯单作为对照,研究马铃薯间作玉米（Zea mays）、蚕豆（Vicia faba）和荞麦（Fagopyrum esculentum）3种模式对连作马铃薯根际土壤养分含量及微生物区系的影响.结果表明,间作种植模式下马铃薯根际土壤全氮、全磷、速效磷和速效钾含量显著低于马铃薯单作,根际土壤速效磷降幅最大,达45％以上,土壤pH值明显下降.间作栽培模式改变了马铃薯根际土壤微生物群落结构,降低了根际土壤真菌的数量;间作栽培模式对马铃薯根际土壤微生物群落的碳源利用能力也有明显影响,其中马铃薯间作蚕豆和间作玉米处理马铃薯根际土壤微生物培养120 h的平均颜色变化率分别比对照高13.39％和4.30％.马铃薯根际土壤微生物群落总体上对碳水化合物利用率较高,对芳香化合物的利用率较低.间作蚕豆明显促进了马铃薯根际土壤微生物群落的碳源代谢强度,而且能维持较稳定的产量,因而可能是一种有利于改善马铃薯连作栽培根际微生态环境、缓解连作障碍的栽培模式.     

西藏青稞和豌豆根际土壤微生物多样性及结构组成研究

青稞和豌豆都是西藏主要的粮食作物,都具有耐寒、抗逆能力强以及适应性广等特点,在西藏有悠久的种植历史。通过采用高通量测序技术,以林芝市加兴乡青稞和豌豆根际土壤微生物为研究对象,探究林芝市加兴乡青稞和豌豆根际土壤微生物多样性特征。结果表明,豌豆和青稞根际细菌Shannon多样性排序：豌豆>青稞。豌豆和青稞根际细菌主要菌门为厚壁菌门(Firmicuts)、放线菌门(Actinobacteria)、变形杆菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes),豌豆优势菌属为梭菌属(Clostridium),青稞优势菌属为杜擀氏菌属(Duganella)。NMDS分析表明,豌豆与青稞两者之间的根际微生物组成存在较大差异。LEfSe多级物种层级分析表明,放线菌门(Actinobacteria)和Nitrospirdce菌门在豌豆根际细菌样本中明显富集,厚壁菌门(Firmicutes)在青稞根际细菌样本中明显富集。通过分析豌豆和青稞根际微生物多样性,为豌豆和青稞筛选根际促生菌。