白蚁肠道微生物多样性和作用研究进展

白蚁在热带森林系统碳循环和氮循环中起重要作用.白蚁肠道中的微生物包括原生生物、细菌、古菌和真菌,帮助白蚁消化食物.本文主要概括近年来白蚁肠道微生物多样性研究方面的新进展,介绍白蚁肠道微生物的组成和作用.白蚁种类繁多,根据其后肠内是否含有原生生物,分为低等白蚁和高等白蚁两大类群.不同白蚁食性不同,其肠道微生物的组成也不同.白蚁肠道微生物对于宿主具有重要的作用,帮助宿主分解木质纤维素,发酵产生乙酸、甲烷和氢气(中间产物),除此之外,在热带以土壤为食白蚁的腐殖质矿化作用有助于氮循环.白蚁与微生物的共生关系是目前较受关注的研究热点,不仅有助于人们了解白蚁共生菌群落间的互作及其与宿主间的关系,而且可能为工业生产纤维素乙醇提供潜在的方法.分离鉴定方法和高通量测序技术的发展将有助于进一步深入了解白蚁肠道微生物的结构组成和功能.     

一株具有氢自养能力的固氮粘质沙雷氏菌的分离鉴定、代谢特征与功能基因检测

氢氧化细菌（HOB）是能利用氧气氧化氢气供能以固定二氧化碳进行自养生长的一类细菌,但是目前对能够固氮的HOB研究甚少.在自然界中部分HOB常作为植物根际促生细菌（PGPR）存在,而固氮是可能的促生机制,有望从功能菌群中得到更多的固氮HOB,是否存在氢自养且可固氮的沙雷氏菌未知.从固氮氢氧化混合菌群中分离出一株产色素的固氮菌NF-HOB1,经16S rRNA基因测序鉴定为粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）(GenBank:OQ625884),通过碳源或氮源限制培养实验验证其具有异养固氮生长、氢自养固碳生长能力,氢气氧化速率为0.187 5 mmol/d.聚合酶链式反应（PCR）扩增发现其质粒DNA编码固氮酶铁蛋白结构基因nifH,基因组编码种特异性的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（Rubisco）和氢化酶3的结构基因.基因组框架图测序进一步揭示了菌株的基因组特征,基因组长4 919 531 bp,蛋白编码基因4 778个.注释到氢化酶2、碳酸酐酶、GlnK型PII蛋白等,提示存在二氧化碳浓缩机制和以NtrB-GlnK-amtB/nifA为特征的全局氮调控机制.基因本体论...     

澳洲野生稻(Oryza australiensis)内生固氮菌的分子鉴定及发育分析

采用两种无氮培养基经平板划线法共分离筛选到澳洲野生稻(Oryza australiensis)45株内生固氮菌.利用全细胞蛋白电泳和插入序列指纹图谱对获得的内生固氮菌进行聚类分析,将其分为8个类群.其中类群Ⅰ有10株菌,类群Ⅱ为4株菌,类群Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ均为3株菌,类群Ⅵ、Ⅶ和Ⅷ各有2株菌.对分离得到的内生固氮菌主要类群部分代表菌株的固氮活性进行了系统研究,结果表明,菌株在偏酸(pH值5.0)和偏碱(pH值9.0)的条件下均能保持较高的固氮酶活性,NaCl浓度在2%时达到最高固氮活性,NH4+浓度达到7.5 mmol/L时,均无固氮酶活性,不同菌株所能利用的碳源不同.16S rDNA序列测定及系统发育分析显示:类群ⅠYH39与Burkholderia cepacia ATCC 25416T相似性为97%;类群Ⅱ为克雷白氏杆菌属(Klebsiella),相似性为100%;类群Ⅲ为泛菌属(Pantoea),相似性为99%;类群Ⅴ为草螺菌属(Herbaspirillum),相似性为99%;类群Ⅶ为中华根瘤菌属(Sinorhizobium),相似性为99%.本研究表明澳洲野生稻内生固氮菌资源具有遗传多样性.图5表1参26     

引入养殖鳖对稻田土壤固氮菌的影响

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,为了解稻田综合种养殖模式的土壤细菌尤其是功能型菌群的群落结构特征,采用高通量测序技术对稻鳖共作组(R-T)与稻田单作组(R-M)两种种养模式下根系土壤微生物(nif H基因)多样性特征进行比较.结果显示,稻田根系土壤中,属分类级别的固氮菌主要为慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、地杆菌属(Geobacter)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、除硫单胞菌属(Desulfuromonas)、嗜盐红螺菌属(Halorhodospira)、固氮菌属(Azotobacter)、脱硫球茎菌属(Desulfobulbus)、甲基单胞菌属(Methylomonas)、固氮螺菌属(Azospirillum)、Pseudacidovorax、Anaeromyxobacter、Sideroxydans共12类.R-T组根系土壤固氮菌的多样性指数高于R-T组,为6.85±0.07.稻田根系土壤固氮菌在不同种养模式间的差异性占23.86%,在不同水稻生长时期的差异性占16.97%.本研究表明,水稻的生长时期与不同种养模式对稻田根系土壤固氮微生物均具有影响,且生长时期对稻田根系土壤固氮微生物的影响更大.     

利用rep-PCR研究云南尼泊尔桤木根瘤内Frankia基因多样性

利用rep-PCR指纹技术对云南5个地区的尼泊尔桤木根瘤内Frankia菌基因多样性进行研究,实验发现Frankia菌呈现丰富的基因多样性.所有71个样品被分为11种不同的基因类型.除高黎贡山外,不同地域都有某种基因型占优势,显示Frankia菌基因型与地域有紧密关系.所观察的5个地区中,高黎贡山Frankia菌基因型种类最多,多样性指数最高,基因多样性最为丰富.结合高黎贡山地理资料及其它生物多样性相关研究,推测与高黎贡山尼泊尔桤木共生的Frankia可能作为种储备库,为其它地区的寄主植物提供了祖先菌株.图8表1参13     

慢生根瘤菌DG的分离、鉴定及其与降香黄檀的共生关系

从大果紫檀根瘤中分离到一株慢生型根瘤菌DG,通过其形态特征观察、保守基因序列分析以及生物学特性研究等方面进行种类鉴定,通过结瘤试验了解DG与降香黄檀的共生关系,并探讨其共生固氮能力.16S rRNA、nifH和dnaK系统发育结果表明,该菌株与Bradyrhizobium elkanii同源性最高.菌株DG与B,elkanii USDA76T在碳源利用、抗生素抗性、耐受NaCl等生物学特性上基本一致,而且还能在pH 10.0下良好生长.结瘤试验显示,菌株DG能在降香黄檀根部结瘤;接种DG的降香黄檀幼苗植株的株高、干重以及全氮含量(P<0.05)显著高于对照处理,表明DG能与降香黄檀形成良好的共生关系,且具有高效的固氮能力.图4表2参27     

白蚁肠道共生微生物多样性及其防治方法研究现状

白蚁是破坏性极大的世界性害虫.结合课题组多年来开展的科研工作,综述了白蚁肠道中内生菌分离和白蚁防治方法的研究现状.已从白蚁肠道内分离出原生动物、细菌、真菌和螺旋体等多种生物.白蚁肠道中存在的微生物对白蚁消化木质纤维素类食物有着重要的作用.白蚁防治方法主要为物理方法、化学方法和生物学方法.生物防治白蚁方法具有高效、低毒、无残留、无污染、价廉的特性.介绍了以从抗白蚁树木分离到的内生菌生物发酵合成的代谢产物作为杀白蚁生物药剂的生物防治方法,该方法优势明显,有可能成为未来白蚁防治剂研究的方向,为白蚁防治提供重要途径,具有广阔的应用前景.     

Diversity and structural characteristics of nitrogen-fixing bacterial community in tobacco-growing soils at different elevations in Panzhihua北大核心CSCD

固氮细菌在土壤氮素转换过程中发挥重要作用.为深入认识攀枝花地区农田土壤固氮细菌群落特征及其与土壤理化性质的关联性,以攀枝花米易县不同海拔高度(1 600 m、1 800 m、2 000 m)植烟土壤为研究对象,采用高通量测序技术(high-throughput sequencing)对nifH基因进行测序,分析固氮细菌群落结构特征和多样性.结果显示,固氮酶活性随海拔升高而逐渐降低,并与土壤有机碳及全氮呈极显著正相关(P <0.01);固氮细菌群落多样性指数在海拔1 800 m处达到最大值.3个海拔土壤共获得高质量序列1 159 980条,所检测到的固氮细菌分属于4个门、11个纲、19个目、29个科、40个属.基于门分类水平分析结果,变形菌门(Proteobacteria)在所有海拔土壤中均为优势固氮菌群,相对丰度达64.69%-78.36%;而蓝细菌门(Cyanobacteria)仅在海拔高度2 000 m时为优势类群.在属水平上,伯克霍尔德菌属(Burkholderia)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)相对丰度分别为海拔高度1 800 m与2 000 m土壤优势菌属,而类伯克霍尔德氏菌属(Paraburkholderia)是所有海拔土壤中的主要菌属.采用随机森林分析评估和筛选标志物种,确认Azohydromonas对固氮细菌群落结构差异存在重要影响.结合Pearson相关性分析与冗余分析结果,土壤含水量、硝态氮、碱解氮与有效磷是造成不同海拔土壤固氮细菌群落特征差异的主要环境因子.本研究表明海拔梯度及响应其变化的土壤理化因子,对调控固氮细菌群落结构与多样性有较大影响.(图8表3参41)     

基于根瘤菌来源的ACC脱氨酶基因提高大豆和紫云英根瘤菌的竞争结瘤能力

根瘤菌的竞争结瘤能力提高对提高接种剂的应用效果至关重要.为提高根瘤菌的共生固氮和竞争结瘤能力,从大豆慢生型根瘤菌USDA110中扩增1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶(ACC脱氨酶)基因和其上游调控序列,通过两亲本接合转移导入华癸中慢生根瘤菌7653R、大豆快生型根瘤菌HH103和SMH12,构建含有ACC脱氨酶的重组根瘤菌.结果显示:在土壤盆栽条件下,接种导入ACC脱氨酶的重组菌7653R,宿主植物地上鲜重、瘤数、瘤重和固氮酶活均显著增加,竞争结瘤能力提高22.6%;接种重组菌HH103,植物地上鲜重、瘤重和酶活显著增加,瘤数增加,竞争结瘤能力提高28.9%;接种重组菌SMH12,植物地上鲜重、瘤数、瘤重和酶活增加,未到达显著性,但竞争结瘤能力提高25.4%.本研究表明构建的3个重组根瘤菌具有良好的共生固氮和竞争结瘤能力,可作为有潜力的优良菌株应用到田间试验.(图10表2参32)     

梧县药用野生稻内生固氮菌分离鉴定与系统发育分析

以广西梧县药用野生稻为材料,采用两种无氮培养基及改变其碳源的无氮培养基分离纯化野生稻内生固氮菌,用乙炔还原法检测固氮酶活性;并结合插入序列指纹图谱进行聚类分析,测定各类群代表菌株的16S r RNA序列分析其系统发育;进一步扩增nif H基因片段以验证固氮菌,并通过生理生化试验筛选出具有较好功能的内生固氮菌.共分离得到27株内生固氮菌,固氮酶活性范围0.872-103.077 nmol m L~(-1) h~(-1);聚类分析6个类群中,类群Ⅰ代表菌株111与嗜麦芽窄食单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia MTCC 434T)相似性为99.61%,类群Ⅱ代表菌株与肺炎克雷伯氏肺炎亚种(Klebsiella pneumoniae subsp.pneumoniae DSM 30104T)相似性为99.48%,类群Ⅲ代表菌株23与Kosaconia sacchari SP1T相似性为99.74%,类群Ⅳ代表菌株JX41′与Enterobacter oryzendophytics LMG 26432T相似性为98.51%,类群V代表菌株a32N与肺炎克雷伯氏鼻硬结亚种(Klebsiella pneumoniae subsp.rhinoscleromatis ATCC 13884T)相似性为99.74%,类群Ⅵ代表菌株15C3与变栖克雷伯氏(Klebsiella variicola DSM 15968T)相似性为99.74%.nif H基因片段检测进一步验证分离的细菌为固氮菌,发现类群I未扩增得到nif H片段,有可能代表一类新的固氮体系,有待进一步研究.类群VI 15C3具有产脲酶、较强分泌生长素的能力,且同时具有溶磷解硅、产铁载体和分泌硫化氢的能力,具有较强促生作用,有很好的应用前景.本研究表明梧县药用野生稻内生固氮菌资源具有遗传多样性,并筛选得到一类具有促生特性内生固氮菌,应用前景广泛.     

转Bt基因抗虫棉对土壤微生物群落生物多样性的影响

设置非转基因抗虫棉棉田以及分别种植7和10 a转Bt基因抗虫棉的棉田3个处理,于2007--2008年棉花苗期、蕾期、花铃期和吐絮期采样测定了土壤中5个微生物种类的数量,以监测长期种植转Bt基因抗虫棉对土壤微生物群落生物多样性的影响.结果表明,3种类型棉田土壤细菌、真菌、固氮菌、反硝化细菌、亚硝化细菌数量以及微生物多样性指数在整个棉花生长期内变化趋势基本一致,其中,在棉花蕾期各种微生物数量达到高峰.与种植非转基因抗虫棉相比,不同种植年限转Bt基因抗虫棉对土壤细菌、真菌、固氮菌、反硝化细菌、亚硝化细菌数量和微生物多样性指数都无显著影响,但随着采样时间的不同,3种类型棉田土壤各类微生物数量和多样性指数都呈明显季节变化.     

火干扰对兴安落叶松林土壤氮组分及土壤中氮循环功能基因的影响

森林火灾通过影响土壤生物和非生物部分对土壤氮循环产生长期影响。在全球林火频发背景下,为探讨火灾与土壤氮循环之间的长期响应关系,选择火后1、6、11年兴安落叶松林（Larixgmelinii）重度火烧迹地为研究对象,通过测定土壤氮组分、氮循环功能基因和土壤基本理化性质,分析火后土壤氮组分和氮循环功能基因丰度随恢复年限的变化趋势,以及主要影响因子。结果表明,1）土壤全氮、铵态氮和微生物量氮（MBN）含量随恢复年限呈现先降低后增加的趋势,其中MBN恢复较慢。火干扰导致土壤硝态氮含量在火后1年显著增加（P<0.05）,火后6、11年均低于对照样地。2）固氮nifH功能基因在火后11年恢复到火烧前的水平,而反硝化nirS、nirK和nosZ功能基因在火后6年显著高于对照样地,火干扰显著提高了硝化amoA-AOA和amoA-AOB功能基因丰度。3）相关性分析表明固氮nifH功能基因与土壤全氮、铵态氮和MBN呈显著的正相关关系（P<0.05）;硝化amoA-AOA功能基因与硝态氮呈极显著的正相关关系（P<0.01）;反硝化nirS、nirK功能基因与硝态氮呈显著负相关关系（P<...     

模拟根系分泌物碳输入对凋落叶分解中微生物群落动态的影响

为深入理解根系分泌物对森林凋落物分解的影响,通过20 d的室内培养实验,在土壤中添加4种不同浓度的人工模拟根系分泌物中活性有机碳复合物(每克土壤添加0、0.3、0.6和1.2 mg碳),研究活性有机碳输入对凋落叶分解和微生物群落的影响.结果显示,一定浓度模拟根系分泌物碳输入(每克土壤添加0.6、1.2 mg碳)可引起凋落叶表面微生物数量特别是真菌数量的相对增加,并且明显改变凋落叶分解过程中微生物群落的种类组成,激活一些快速生长的真菌,促进微生物代谢活力,使分解率提高了19.0%-26.2%.根系分泌物碳添加、取样时间及其二者的交互作用均对凋落叶表面β-葡萄糖苷酶和β-N-乙酰葡糖氨糖苷酶的活性产生显著影响,随着分解时间的推进,0.6 mg和1.2 mg碳添加处理能显著提高这两种酶的活性.根系分泌物碳添加对凋落叶表面古菌硝化功能基因amoA和细菌硝化功能基因amoA的数量均无显著影响,但在分解20 d取样,0.6 mg碳添加处理能明显提高固氮功能基因nifH和反硝化功能基因nosZ的数量.本研究表明一定浓度根系分泌物输入能够改变微生物群落组成与数量,并提高微生物胞外酶活性,加速凋落物分解,且激发效应的启动由底物添加的碳含量和活跃的微生物群落相互作用决定.(图5表4参36)     

固氮放线菌Frankia与放线菌根植物共生进化的研究进展

固氮放线菌Frankia是能够诱导大范围的放线菌根植物(actinorhizal plants)产生根瘤放线菌.放线菌根植物是植物受Frankia侵染后能够形成根瘤的植物[1].目前,它们之间的进化研究虽然取得了很大进展,但是仍然存在许多不清楚的东西.本文根据最近对植物和Frankia系统进化研究成果、根瘤中放线菌Frankia的多样性研究情况,综述放线菌根植物和共生Frankia进化的研究进展.     

根瘤菌的遗传多样性与系统发育研究进展

根瘤菌 (ｒｈｉｚｏｂｉａ)是一类广泛分布于土壤中的革兰氏阴性细菌。它可以侵染豆科植物根部或茎部形成根瘤和少数茎瘤 ,固定空气中的分子态氮形成氨 ,为植物提供氮素营养 .据估计 ,全球每年生物固氮量达 1.75× 10 8ｔ,为世界工业氮肥产量的4 .37倍[1] .根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用是生物固氮中固氮效率最高的体系 .因此 ,根瘤菌与豆科植物的共生固氮作用是实现农业可持续发展的重大研究课题之一 .研究根瘤菌的遗传多样性 ,对于发掘新的根瘤菌种质资源 ,保藏并合理利用根瘤菌基因资源库 ,选育高效菌株直接应用于农业生产有重要意义 .…     

活性污泥系统原生动物多样性动态及其与运转效能的关系

研究了保定鲁岗污水处理厂活性污泥系统原生动物多样性动态及其与理化参数的关系.结果表明,为附着型纤毛虫的香农-威纳多样性指数最高,平均为2.25.自由游泳型纤毛虫的多样性指数最低,平均为0.27.各类群原生动物多样性指数与理化参数间相关分析的结果表明,匍匐型纤毛虫多样性指数对出水BOD5的指示效果最好,附着型纤毛虫多样性指数高则表明出水P浓度高,肉食型纤毛虫多样性值对出水氨氮及SVI具有较强的指示作用,有壳肉足虫多样性值对SVI的指示效果较好,裸肉足虫多样性值对出水氨氮浓度具有较好的指示作用.     

钒钛磁铁废矿土壤中根瘤菌的捕获及其共生固氮效应

根瘤菌与豆科植物共生能提供植物氮营养、增强植株抗逆性、增加土壤氮积累因而被应用于重金属污染土壤的生物修复中,为筛选出重金属耐受性强的土著根瘤菌应用于钒钛磁铁废矿土壤的生物修复,以钒钛磁铁废矿土壤作为基质进行大豆和豇豆盆栽实验捕获根瘤内生细菌,并通过分子鉴定筛选出根瘤菌,再测试根瘤菌的共生固氮效应.大豆和豇豆的盆栽捕获实验分离获得43株根瘤内生菌,BOX-A1R PCR电泳图谱聚类分析在84%相似水平上聚类为13个群,从13个类群中选取大豆和豇豆根瘤内生代表菌株进行16SrDNA测序和系统发育树的构建,结果表明只有类群8上的两株代表菌株(ms12-11,syj1)是根瘤菌,属于慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium).在盆栽回接实验中,ms12-11和syj1均能在贫瘠且重金属含量高的废矿土壤中与大豆和豇豆共生结瘤固氮,但ms12-11的固氮效率明显高于syj1;由于重金属的胁迫压力,播种于废矿土中的大豆和豇豆固氮效率明显低于蛭石中的大豆和豇豆固氮效率.综上表明钒钛磁铁废矿土壤中含有丰富的根瘤菌资源,能在逆境环境下与豆科植物共生固氮,增强植物抗逆性.     

与黑龙江大豆主栽品种匹配的优良根瘤菌筛选与鉴定

根瘤菌剂在大豆上能否充分发挥共生固氮效应涉及到根瘤菌的结瘤固氮能力、与大豆品种的匹配性、土壤特性等多种因素.黑龙江省是我国大豆的主产区之一,为筛选得到适于在黑龙江推广应用的根瘤菌资源,从黑龙江、河北和湖南等地区采集土壤样品,采用大豆结瘤法,从10个土样中分离获得59株大豆根瘤菌株,再依据BTB显色反应和16S r DNA分析,鉴定出36个慢生型大豆根瘤菌.沙培结果表明,有34株根瘤菌能够在大豆品种黑农61上有效结瘤;再从中选出4株共生效应较好的菌株做进一步实验.匹配实验表明,这4株菌SN2-5、NW5-3、SN7-2和SN10-3同样能与黑龙江另外16个主栽大豆品种结瘤;与不接根瘤菌的对照组相比,SN2-5、NW5-3、SN7-2和SN10-3处理的大豆的根瘤固氮酶活和生物量显著提高,且整体表型优于HN01和USDA110.土壤盆栽实验结果表明,NW5-3、SN10-3、SN7-2在黑土中具有显著的接种效果,且在10 mmol/L NH_4NO_3高氮处理下,4个优良供试菌均能够与黑农61结瘤.与不加氮素的处理相比,其中NW5-3和SN10-3形成根瘤具有近50%的固氮酶活性.本研究筛选的4个慢生型大豆根瘤菌SN2-5、NW5-3、SN7-2、SN10-3与黑龙江的主栽大豆品种具有良好匹配性能,可进一步用于黑龙江大豆产区的田间实验.     

草原沙化和人工固沙草地生态演替中昆虫群落多样性变化的数值分析

对宁夏沙坡头自然保护区不同沙化和人工固沙草地地段昆虫和植物群落特征参数、环境因子进行了调查．按不同营养层类群、栖息型类群和重要目分别进行了昆虫多样性变化规律的研究,应用主分量分析法和相关分析法,分析了草原沙化和人工固沙草地生态演替中昆虫不同类群多样性间以及多样性变化与植物、环境因子的关系．结果表明,昆虫多样性随草地沙化的加重而降低,以直翅目、膜翅目和食叶类群的下降率最大;随草地的恢复昆虫多样性趋于增加,以鳞翅目、同翅目、半翅目、脉翅目及捕食类群增长率为大．寄生类群和捕食类群多样性取决于植食类群多样性;杂食类群与地栖性类群成显著性相关．影响昆虫多样性变化的主要环境因子为植物种类、层次结构、盖度和表土层厚度、坚硬度等．     

紫云英根瘤菌的系统发育多样性

在筛选根瘤菌与不同紫云英品种高效结瘤的基础上,通过16S rRNA基因序列分析,对13株共生结瘤效果好的菌种进行了系统发育研究.结果表明,13株菌属于3个主要聚类群,分别与Mesorhizobium、Agrobacterium和Stenotrophomonas亲缘关系最为接近,种类多样性较为丰富;其中编号为ACCC13065株的菌株与S.rhizophila16S rDNA序列相似性为100%,位于γ-变形菌纲,这是除α-变形亚纲、β-变形亚纲外所发现的一类新的根瘤菌类型.