Prospects and problems pertaining to the management of arbuscular mycorrhizae in agriculture

The arbuscular mycorrhizal symbiosis is recognized for its multiple positive effects on plant growth and for its important contribution towards the maintenance of soil quality. In spite of these benefits to agriculture, at present, the realization of the full potential of this symbiosis has not yet been reached. The understanding of interactions existing among crops, fungal partners and environmental conditions must improve to allow for the efficient management of the mycorrhizal symbiosis through selected agronomic practices and inoculation of cultivated crops.     

应用好氧生物菌剂深度处理消化污泥

为评估应用好氧生物菌剂-地衣芽孢杆菌深度处理消化污泥的可行性,比较了不同接种比（分别为2.7×10^-3,2.7×10^-2和2.7×10^-1,以总固体之比计）条件下,菌解处理过程中消化污泥液相的溶解性有机碳DOC,溶解性总氮DN,氨氮,荧光性有机物浓度和消化污泥絮体中的蛋白质,氨氮浓度,以及以模化CST值表征的脱水性能的变化,同时分析了机械破碎法和菌解法对消化污泥再次厌氧消化产气性能的影响.结果表明,需要达到较高的接种比,投加地衣芽孢杆菌才能显著促进消化污泥胞内物质溶出,大幅提高消化污泥的生物可降解性.接种比为2.7×10^-1时,菌解过程中消化污泥的液相DOC,DN,氨氮和消化污泥絮体中的氨氮含量达到最大值,分别是对照组的6.23,2.83,5.93和4.94倍;并且,消化污泥絮体的蛋白质平均降解速率最高;同时,消化污泥的产甲烷潜力优于其它接种比,是机械破碎处理后消化污泥产甲烷潜力的5.96倍.但是,在菌解处理结束后,消化污泥的模化CST值是对照组的2.69倍,说明经菌解后消化污泥的脱水性能有所劣化.     

Leaf metabolic influence of glyphosate and nanotubes on the Arabidopsis thaliana phyllosphere

Chemical exposure can indirectly affect leaf microbiota communities, but the mechanism driving this phenomenon remains largely unknown. Results revealed that the co-exposure of glyphosate and multi-carbon nanotubes (CNTs) caused a synergistic inhibitory effect on the growth and metabolism of Arabidopsis thaliana shoots. However, only a slight inhibitory effect was induced by nanotubes or glyphosate alone at the tested concentrations. Several intermediate metabolites of nitrogen metabolism and fatty acid synthesis pathways were upregulated under the combined treatment, which increased the amount of energy required to alleviate the disruption caused by the combined treatment. Additionally, compared with the two individual treatments, the glyphosate/nanotube combination treatment induced greater fluctuations in the phyllosphere bacterial community members with low abundance (relative abundance (RA) <1%) at both the family and genus levels, and among these bacteria some plant growth promotion and nutrient supplement related bacteria were markable increased. Strikingly, strong correlations between phyllosphere bacterial diversity and metabolites suggested a potential role of leaf metabolism, particularly nitrogen and carbohydrate metabolism, in restricting the range of leaf microbial taxa. These correlations between phyllosphere bacterial diversity and leaf metabolism will improve our understanding of plant-microbe interactions and the extent of their drivers of variation and the underlying causes of variability in bacterial community composition.     

Increased acidification in the rhizosphere of cactus seedlings induced by Azospirillum brasilense

Acidification of the rhizosphere of cactus seedlings (giant cardon, Pachycereus pringlei) after inoculation with the plant growth-promoting bacterium Azospirillum brasilense Cd, in the presence or absence of ammonium and nitrate, was studied to understand how to increase growth of cardon seedlings in poor desert soils. While ammonium enhanced rhizosphere and liquid culture acidification, inoculation with the bacteria enhanced it further. On the other hand, nitrate increased pH of the rhizosphere, but combined with the bacterial inoculation, increase in pH was significantly smaller. Bacterial inoculation with ammonium enhanced plant growth.     

微生物菌剂对砒砂岩土壤的改良作用

为了研究微生物菌剂改良砒砂岩土壤特性的效果,以植物促生细菌Bacillus halotolerans P75、Sinorhizobium meliloti D10、Bacillus megaterium H3和Bacillus subtilis HB01为原料制备4种液体单一菌剂和1种复合菌剂CB,分别按5%（体积质量比）接种到砒砂岩土壤中,种植紫花苜蓿和柠条,进行盆栽试验.通过分析植物生物量、土壤pH值、有机质、氮磷钾含量、酶活性和水稳性团聚体等指标来评价微生物菌剂对砒砂岩土壤的改良效果.结果表明,与不接菌的对照组相比,接菌处理能使紫花苜蓿显著增产18.6%~45.6%、柠条显著增产24.1%~46.7%,降低土壤pH值,促使土壤中的有机质、铵态氮、硝酸盐氮、速效磷、速效钾含量不同程度的增加,提高了土壤团聚体的水稳性,且接种复合菌对砒砂岩土壤的改善效果要优于单一菌株的效果.接种供试菌株能够改善砒砂岩的土壤质量,同时促进植物生长,其中复合菌对砒砂岩土壤的改良效果更为突出.     

铁强化厌氧氨氧化脱氮机理研究进展

如何强化厌氧氨氧化细菌生长代谢,提高厌氧氨氧化工艺脱氮效能以及保障工艺长期稳定运行是有关厌氧氨氧化研究的热点之一.铁强化厌氧氨氧化是当前研究最为广泛且最具经济性和实用性的一种措施.本文简述了铁强化厌氧氨氧化技术及其强化脱氮效能;重点从优化厌氧氨氧菌的生长环境、促进胞外聚合物分泌、加速脱氮功能菌群富集、诱导细胞结构演变、调控关键酶和功能基因表达、促进信号分子合成以及强化非生物脱氮反应等方面总结了铁强化厌氧氨氧化菌生长代谢和厌氧氨氧化系统脱氮效能的机理.最后对铁强化厌氧氨氧化技术进行总结展望,并提出废铁屑强化厌氧氨氧化技术的构想.     

不同施氮水平下再生水灌溉对土壤细菌群落结构影响研究

微生物是土壤环境变化的敏感因子,为探明再生水灌溉和氮素减量施用对土壤环境的影响,以温室棚栽番茄为研究对象,借助Miseq高通量技术,比较研究了再生水灌溉下氮素常规施肥和氮肥减量施用对土壤细菌群落结构所产生的影响,并采用冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)方法分析导致土壤细菌群落结构差异的因素.结果表明:再生水灌溉对土壤硝化螺菌门(Nitrospirae)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)群落结构的影响明显;再生水灌溉土壤细菌共53个属,其中41个属是再生水灌溉和清水灌溉土壤的共有菌属,其余12个属是再生水灌溉土壤的特有菌属.随氮素施用水平的降低,土壤细菌种群优势度呈先增加后降低然后再增加的趋势,减少氮肥施用有利于土壤细菌种群丰富度和多样性的增加.土壤微生物群落结构受土壤化学特性的影响.再生水灌溉能够促进与土壤碳、氮转化相关的微生物的增长,改变土壤微生物的群落结构.     

土霉素降解菌TJ-1在猪粪无害化处理中的作用

利用普通理化分析结合Biolog微平板技术研究了土霉素高效降解菌Staphylococcus sp.TJ-1在新鲜猪粪无害化处理中的作用.结果表明,土霉素高效降解菌的接种能显著提高猪粪中土霉素的降解效率(p＜0.05),21d堆肥结束时可将土霉素降解率从62.7％提升至82.0％.堆肥结束后,不接种降解菌的普通堆肥工艺和接种降解菌的高效堆肥工艺中NH+4-N含量分别为189.34、42.36 mg·kg-1,NO-3-N含量分别为439.38、238.06 mg·kg-1.Biolog结果显示,土霉素降解菌TJ-1对土霉素中碳源的代谢有利于堆体中氨基酸类及芳香族化合物等氮源的降解,缓解了堆体中有毒有害物质对其他微生物的损伤,保证了微生物群落的多样性和活性,对维护堆体生态系统的稳定性具有良好作用.因此,接种高效降解菌进行堆肥是一种良好的消除抗生素残留的猪粪无害化工艺.     

青藏高原不同海拔梯度厌氧氨氧化细菌丰度及其生物多样性空间分布

厌氧氨氧化作为新型微生物氮循环过程,已经成为国内外研究热点.目前对厌氧氨氧化细菌的研究主要集中在海洋生态系统中,而在陆地生态系统外源氮污染物较少的地区是否存在厌氧氨氧化过程且其在氮循环中发挥的作用,还很少有相关报道.本研究应用分子生物学技术研究了氮污染负荷较低的青藏高原地区不同海拔湿地和旱地土壤样品中厌氧氨氧化细菌的丰度及其生物多样性.结果表明,在青藏高原地区,普遍存在厌氧氨氧化细菌.使用厌氧氨氧化细菌特异性引物HSBeta396f/HSBeta742r进行定量发现,厌氧氨氧化细菌丰度随着海拔的升高而降低.垂向尺度上,海拔较低地区表层样品厌氧氨氧化细菌丰度高于底层样品,海拔较高地区则相反.通过构建厌氧氨氧化细菌系统发育分析发现,青藏高原地区厌氧氨氧化细菌的生物多样性较高,且多数可能属于新型厌氧氨氧化细菌.该区域湿地沉积物样品厌氧氨氧化细菌生物多样性明显低于旱地土壤样品.湿地沉积物样品厌氧氨氧化细菌生物多样性与海拔无明显关系,但旱地土壤样品厌氧氨氧化细菌生物多样性随着海拔的增高有上升趋势.     

光合细菌在环境领域的研究与应用进展

光合细菌是自然界中一类特殊的微生物,它可以借助光能进行营养物质的代谢和生长。随着近年来研究的逐步深入,发现光合细菌在环境领域的水体净化、脱氮除磷、生物质能化以及农牧业生产等相关领域都发挥着重要的作用。文章系统的介绍了光合细菌的分类和生理生化性质特征,并综述了光合细菌在环境及其相关领域的研究和应用进展,同时,结合目前已经广泛应用的技术手段提出了光合细菌在水污染控制等环境领域应用的一些新的技术设想和研究思路。     

外接菌种对污泥堆肥效能及堆体细菌群落的影响

以污泥、锯末、蘑菇渣为堆肥原料,分阶段添加高温复合菌和白腐真菌,通过测定温度、pH、有机质、水溶性有机碳、含水率、总氮、NH_4~+-N、NO_3~--N和种子发芽率,比较了外接菌种对堆肥效能的影响.利用高通量测序技术,研究了污泥堆肥过程中细菌群落结构变化及外接菌种对细菌群落的影响.结果表明,外接菌种可以延长堆体高温持续时间,降低氮损失,加快堆体腐熟脱毒.在整个堆肥过程中,细菌群落结构发生了较大的演变,同一堆肥的不同阶段的细菌群落结构相似性较低,同一时期不同堆肥的细菌群落结构相似性较高.外接菌种提高了堆体中细菌群落的丰富度,增加了高温期优势菌的所占比例,但未改变优势菌的种类.典型对应分析(CCA)表明pH对细菌群落结构的影响最大,温度主要与9个菌属呈正相关关系.     

不同磷水平下丛枝菌根真菌对纳米氧化锌生物效应的影响

纳米ZnO颗粒是应用最为广泛金属型纳米颗粒(nanoparticles,NPs)之一,对作物和土壤微生物的影响值得关注.丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)是自然界中普遍存在的植物-真菌共生体,对各种环境胁迫具有一定的抵御能力,但菌根效应受土壤和植物磷含量的影响.分别设置0、20、50、100 mg·kg~(-1)这4个磷水平,在接种或不接种AM真菌Funneliformis mosseae、添加或不添加纳米ZnO(500 mg·kg~(-1))条件下在温室中利用玉米进行土壤盆栽试验.结果表明,纳米ZnO没有显著影响玉米生长,但不利于菌根侵染和磷素吸收,并引起锌在植物体内的积累.纳米ZnO和高磷降低玉米菌根侵染,但AM真菌在所有磷水平下均显著促进植物生长.施磷和接菌均可使土壤p H升高、降低纳米ZnO源锌的生物有效性,从而降低锌向玉米地上部分的转运和积累,体现出一定保护作用.接菌在多数情况下显示出积极的菌根效应,尤其在低磷、添加纳米ZnO条件下更为显著.结果首次表明,AM真菌、磷肥均有助于减轻纳米ZnO引起的土壤污染及其所产生的生态和健康风险.     

废弃鲜烟叶田间就地堆肥促生长机制研究

烟草种植过程中产生的废弃鲜烟叶同时含有有机质、钾及病原菌,田间就地堆肥可以低成本实现其无害化处理与资源化利用. 为明确废弃鲜烟叶堆肥产品中溶解性腐殖质的含量与功能,研发出废弃鲜烟叶野外强化堆肥模式进行高效返田,开展了废弃烟叶田间直接就地堆肥、废弃烟叶接种有机肥堆肥、废弃烟叶接种土壤堆肥以及废弃烟叶接种土壤和复合肥堆肥,将4种堆肥模式下获得的产品用于烟草盆栽试验,研究了其在添加与不添加化肥复合肥下对土壤肥力、土壤酶活、特征功能基因、病原菌及作物生长的影响. 结果表明:①施加烟叶有机肥能显著增加土壤中溶解性腐殖质的含量,抑制微生物的硝化和反硝化过程,促进全氮保存和碱解氮供给,同时有机肥中的溶解性腐殖质组分还可提升土壤速效钾和有效磷的含量. ②施用烟叶有机肥能增加土壤过氧化氢酶活性,抑制土壤青枯病. ③有机肥施用后,土壤中增加的溶解性腐殖质促进了碱解氮供给,引起了盆栽作物的株高、茎围、叶片数、最大叶长、最大叶宽增加. ④与不添加有机肥的对照组相比,施用废弃烟叶接种土壤和复合肥堆肥得到的产品,在盆栽过程的团棵期(37 d)时株高、茎围、叶片数、最大叶长、最大叶宽分别提高了78.7%、23.1%、26.8%、45.5%、49.6%;在旺长期(56 d)时最大叶长、最大叶宽分别提高了18.5%和16.5%,在成熟期(100 d)时分别提高了11.6%和19.7%. 研究显示,废弃鲜烟叶+土壤+化肥复合肥堆肥工艺制备的有机肥能显著增加土壤溶解性腐殖质,提升土壤固氮、释磷、促钾的能力,改善烟叶的农艺性状.      

Nitrogen deposition alters soil chemical properties and bacterial communities in the Inner Mongolia grassland

Nitrogen deposition has dramatically altered biodiversity and ecosystem functioning on the earth; however, its effects on soil bacterial community and the underlying mechanisms of these effects have not been thoroughly examined. Changes in ecosystems caused by nitrogen deposition have traditionally been attributed to increased nitrogen content. In fact, nitrogen deposition not only leads to increased soil total N content, but also changes in the NH₄⁺-N content, NO₃^--N content and pH, as well as changes in the heterogeneity of the four indexes. The soil indexes for these four factors, their heterogeneity and even the plant community might be routes through which nitrogen deposition alters the bacterial community. Here, we describe a 6-year nitrogen addition experiment conducted in a typical steppe ecosystem to investigate the ecological mechanism by which nitrogen deposition alters bacterial abundance, diversity and composition. We found that various characteristics of the bacterial community were explained by different environmental factors. Nitrogen deposition decreased bacterial abundance that is positively related to soil pH value. In addition, nitrogen addition decreased bacterial diversity, which is negatively related to soil total N content and positively related to soil NO₃^--N heterogeneity. Finally, nitrogen addition altered bacterial composition that is significantly related to soil NH₄⁺-N content. Although nitrogen deposition significantly altered plant biomass, diversity and composition, these characteristics of plant community did not have a significant impact on processes of nitrogen deposition that led to alterations in bacterial abundance, diversity and composition. Therefore, more sensitive molecular technologies should be adopted to detect the subtle shifts of microbial community structure induced by the changes of plant community upon nitrogen deposition.     

细菌还原U(VI)分子生物学机理的研究进展

铀（U）污染对生态环境和人类健康的潜在危害受到越来越多的关注.U（VI）还原细菌可将U（VI）还原至U（IV）,从而降低铀在水中的溶解性和移动性,达到污染修复的目的.目前发现的U（VI）还原细菌主要包括但不限于铁还原菌和硫酸盐还原菌.本文综述了细菌还原U（VI）的分子生物学机理,重点阐述了U（VI）还原细菌的胞外电子转移方式,包括希瓦氏菌的金属还原方式、土杆菌的孔蛋白介导方式和微生物纳米线方式.竞争性电子受体和共存离子对细菌还原U（VI）有重要影响.目前细菌还原U（VI）过程中胞外电子转移的机理仍需更多实证,土杆菌利用微生物纳米线和细胞色素协作调控电子转移的机制尚不明确.今后可将研究聚焦于细菌还原U（VI）机理的验证和完善,并开发和优化基于微生物还原的铀污染修复技术,进而提高铀污染生物修复效率和稳定性.     

植物促生菌在重金属生物修复中的作用机制及应用

重金属污染是导致生态和环境退化的主要因素之一.土壤重金属污染会降低土壤质量、农作物产量和品质,甚至威胁人类健康.因此,优化土壤重金属污染治理措施,对于农业高产优质可持续具有重要意义.诸多国内外学者在重金属污染植物修复方面开展了大量研究,但由于受土壤和气候环境条件的影响,其修复效率受到制约.微生物与植物的协同修复被认为是环境胁迫条件下提高重金属污染修复效率的一种有效手段.耐重金属的植物促生细菌（PGPB）不仅可以促进植物生长,提高对生物胁迫（如病原菌）和非生物胁迫（如干旱、高盐、极端温度和重金属等）的抗性,还可以改变土壤中重金属的生物利用度和毒性,从而提高植物对重金属的修复效率.系统地梳理了耐重金属的PGPB在促进植物生长,增强植物抗逆性和影响重金属生物利用度方面的作用机制,并进一步综述了近年来国内外关于PGPB在生态修复中的应用和研究进展.     

Soil fungistasis and its relations to soil microbial composition and diversity: a case study of a series of soils with different fungistasis

Fungistasis is one of the important approaches to control soil-borne plant pathogens.Some hypotheses about the mechanisms for soil fungistasis had been established,which mainly focused on the soil bacterial community composition,structure,diversity as well as function.In this study,the bacterial community composition and diversity of a series of soils treated by autoclaving,which coming from the same original soil sample and showing gradient fungistasis to the target soil-borne pathogen fungi Fusarium gr...     

生物脱氮技术中好氧反硝化细菌的代谢及应用研究进展

微生物脱氮是水体氮素去除最常用的有效方式,具有高效、经济和二次污染小等特点.好氧反硝化细菌的发现是微生物脱氮技术的重要里程碑,为新型生物脱氮领域的研发提供了新出路.当前,探究好氧反硝化细菌的脱氮特性及各环境因子（如碳源种类、C/N、温度、pH、DO、盐度、重金属含量等）在好氧条件下对反硝化过程的影响已成为污染水体氮素逸出的研究热点.通过总结好氧反硝化细菌的脱氮机制、筛选来源和种类、鉴定、脱氮特性与环境影响因素及其在实际含氮污染水体中的应用,结果表明,好氧反硝化细菌种类丰富、存在环境广泛,脱氮效率一般在50%以上;目前,好氧反硝化细菌脱氮机理的研究主要停留在氮的转化方面,对其中心碳的代谢研究以及碳氮比对反应机理的具体影响尚未明确,需要进一步探究;有关好氧反硝化细菌的脱氮特性研究尚处于实验室小试或中试阶段.建议进一步筛选高效菌群,进行碳氮代谢途径研究,优化好氧反硝化细菌固定化技术,并将其应用于实际工程中,减少水体中的氮素污染,对于实现高效、经济的脱氮具有重要社会价值.      

活性污泥萃取液的安全性及对水稻苗期生长和土壤环境的影响

为进一步探讨活性污泥萃取液的农用安全性及应用效果,以水稻为试验材料,开展活性污泥萃取液安全性及与化肥不同配施量处理试验,通过设置5个处理组(CK,空白对照;CF,常规施肥对照;LMF,化肥减氮30%配施低量萃取液;HMF,化肥减氮30%配施高量萃取液;MF,化肥减氮100%配施全量萃取液),分析萃取液对水稻苗期生长性状、土壤理化性质和土壤微生物群落的影响. 结果表明:活性污泥萃取液中的重金属元素含量符合《含氨基酸水溶肥料》(NY 1429—2010)农用标准,0.33%~10%浓度的萃取液浸种可促进水稻种子萌发. 施用萃取液可促进水稻幼苗株高、茎宽、叶面积、地上部生物量与地下部生物量等生长指标的增加. 与常规施肥相比,配施萃取液后,土壤pH显著提高0.51%~13.8%,土壤电导率显著降低14.3%~66.3%,可溶性有机碳含量最高可显著增加68.0%. 高通量测序分析结果显示,相对丰度位于前10位的细菌门类在各处理土壤中均有分布,施用活性污泥萃取液改变了菌群分布比例,且对近根际土壤中菌群结构的影响最大. 施用活性污泥萃取液后,与碳循环相关的门类菌群显著增加,如变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)等;常见于胁迫环境的厚壁菌门(Firmicutes)显著减少. 研究显示,活性污泥萃取液具有农用安全性,配施高量萃取液能显著促进水稻幼苗生长,改善土壤理化性质,优化土壤菌群结构,可与有机肥施用效能相当.      

内生菌在修复重金属污染土壤的研究进展

内生菌是生活于植物的各组织、器官内部,但并不使植物表现出有害症状的真菌、细菌或放线菌。因其具有固氮、矿物溶解、光合作用、载运铁、利用1－氨基环丙烷－1羧酸为唯一氮源、传递营养物质等作用,内生菌在修复重金属污染土壤方面具有重要应用潜力。本文综述了内生菌及其抗重金属机理（促进植物生长和拮抗重金属方面）研究进展,以期为修复重金属污染土壤提供新思路。