高密度聚乙烯微塑料与氯嘧磺隆对大豆生长和根际细菌群落的复合胁迫效应

随着我国农业的大力发展，塑料地膜和农药被广泛投入到农业生产中，而塑料地膜降解形成的微塑料和农药在土壤中累积也带来诸多环境问题.目前微塑料与农药单一作用的环境生物学效应已有报道，但两者复合胁迫对作物生长和根际土壤细菌群落的影响研究较少.因此，设计高密度聚乙烯微塑料（HDPE，500目）与磺酰脲类除草剂代表品种氯嘧磺隆共处理，研究其对大豆生长的影响，并通过高通量测序技术、互作网络和PICRUSt2功能分析，探究HDPE和氯嘧磺隆复合胁迫对大豆根际土壤细菌群落多样性、结构组成、菌群网络和土壤功能的影响，阐明HDPE和氯嘧磺隆对大豆的复合毒性.结果表明1% HDPE处理延长氯嘧磺隆在土壤中的半衰期（由11.5 d升至14.3 d），并且HDPE和氯嘧磺隆复合胁迫较单一污染物对大豆生长的影响更为明显.HiSeq 2500测序表明复合胁迫下的大豆根际细菌群落由20个门、312个属组成，门和属的组成数量显著少于对照和单一处理，并降低具有潜在生物防治特性、植物促生特性等功能菌属的相对丰度（如Nocardioides和Sphingomonas等）.Alpha多样性表明复合胁迫显著降低大豆根际细菌群落的丰富度与多样性，Beta多样性则表明复合胁迫显著改变大豆根际细菌群落结构.组间样品LEfSe和PICRUSt2功能分析表明复合胁迫调控根际细菌群落的优势菌群，并减弱土壤氨基酸代谢、能量代谢和脂质代谢等二级功能层的丰度占比.由属水平网络分析推测复合胁迫降低土壤细菌间的总连接数和网络密度，使网络结构简单化，维持网络稳定的重要菌群种类也发生变化.研究结果表明HDPE和氯嘧磺隆复合胁迫显著影响大豆生长，并改变大豆根际细菌群落结构、土壤功能和网络结构，相较于单一处理，复合胁迫的潜在危害更大.研究结果可为评价聚乙烯微塑料和氯嘧磺隆生态风险，以及污染土壤修复提供指导.     

重金属固定植物促生细菌的筛选及其阻控小麦富集重金属效应

由于工业和采矿业等人类的活动造成农田土壤Cd和Pb污染日益严重,并可通过食物链严重影响人类健康,必须采取有效措施阻控农作物对重金属的吸收.本研究依据细菌的重金属抗性和植物促生特性筛选功能菌株,并通过摇瓶吸附实验和小麦砂培实验验证其对小麦生长和阻控小麦吸收Cd和Pb的影响.结果显示,从狗尾草根际土壤中共分离到具有固定重金属和促生能力的菌株18株,其中巨大芽孢杆菌N3和液质沙雷氏菌H12效果最好,均能抵抗高质量浓度的Cd(650mg·L~(-1))和Pb(2 700 mg·L~(-1)),分泌吲哚乙酸(IAA)(56. 6 mg·L~(-1)和69. 1 mg·L~(-1))、铁载体和1-氨基环丙烷羧酸(ACC)脱氨酶.静置培养实验表明,菌株N3和H12显著提高溶液中NH4+的质量浓度和p H值,降低溶液中Cd(63. 1%～73. 8%)和Pb(69. 1%～81. 8%)的质量浓度.砂培条件下,与不接菌相比,菌株N3和H12不仅能够显著增加小麦根(47. 2%～97. 4%)和地上部(65. 3%～153%)的干重,还能够显著降低小麦根和地上部中Cd(49. 2%～68. 3%)和Pb(27. 4%～84. 5%)的含量.本研究结果为Cd、Pb污染农田的修复和农作物的安全生产提供菌种资源和理论依据.     

重金属污染农田生菜根际重金属固定细菌群落组成及其阻控效应

为了了解高含量重金属对蔬菜根际土壤可培养细菌和重金属固定细菌群落的影响,发掘其中的微生物资源,从河南省新乡市郊区采集一份高含量重金属污染(HY)和一份低含量重金属污染(DK)意大利生菜根际土壤,通过可培养分离技术和溶液吸附实验比较其重金属固定细菌的群落差异,通过水培实验研究功能菌株对生菜生长和富集Cd和Pb的影响.从HY和DK样品中各分离出400株细菌:HY样品中的400株细菌隶属于3门14属,其中β-Proteobacteria是优势门,而DK样品中的400株细菌隶属于4门30属,Firmicutes是优势门.HY样品中的400株细菌中有146株细菌对Cd和Pb的吸附率均大于80%,Brevundimonas、Serratia、Arthrobacter和Pseudarthrobacter为主要的属.而DK样品中的400株细菌中有44株细菌对Cd和Pb的吸附率均大于80%,Bacillus为主要的属.与不接菌对照相比,重金属固定细菌Serratia liquefaciens HY-22、Bacillus thuringensis HY-53和Acinetobacter lwoffii HY-157均能显著提高意大利生菜和花叶生菜根部(7. 5%～77. 6%)和地上部(15. 4%～67. 2%)干重,降低意大利生菜根部和地上部Cd(38. 7%～66. 6%)和Pb(34. 7%～62. 5%)的含量,此外Bacillus thuringensis HY-53能够使意大利生菜和花叶生菜新鲜叶片中Cd和Pb的含量达到食品安全国家标准.研究结果为Cd和Pb污染农田的修复和农作物的安全生产提供菌种资源和理论依据.     

产多胺细菌提高小麦Cd抗性和消减Cd吸收机制

为了探究重金属固定植物促生细菌强化作物消减对重金属的吸收及其机制,以产多胺细菌Enterobacter bugandensis YX6和小麦为研究对象,通过水培试验研究Cd胁迫下菌株YX6对小麦生长和Cd吸收以及Cd在小麦根系中亚细胞分布的影响,同时借助非标记蛋白质组学技术研究菌株YX6对小麦根系蛋白质表达的影响.结果表明,与单独3 mg·L^-1Cd处理相比,Cd胁迫下接种菌株YX6显著提高了小麦根（42.71%）和叶片（82.83%）的干重,显著降低了小麦根（48.56%）和叶（61.41%）中Cd的含量.同时,菌株YX6的接种显著提高了小麦根和叶中多胺的含量,进而增强了小麦对Cd的抗性.此外,YX6+Cd处理组中小麦根细胞器和可溶性部分中Cd的比例显著低于单独Cd处理中的比例,而细胞壁中Cd的比例则要高于单独Cd处理中的比例.非标记蛋白质组学显示,Cd胁迫下菌株YX6提高了小麦根系中与DNA修复（蛋白质-DNA复合物和DNA包装复合物）和激素（脱落酸和茉莉酸）合成相关蛋白质的表达,从而提高了小麦对Cd的抗性和消减Cd吸收.结果可为阐明产多胺细菌消减小麦Cd吸收的分子机制和保障小麦安全生产提供科学依据和技术途径.     

能源植物修复土壤镉污染过程中细菌群落分析

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.结果表明,100 mg·kg-1Cd的添加会抑制玉米、大豆生长,其中,大豆生物量降低比玉米高.不同组织中根部Cd积累量最高,转移系数TF分别为0.56(玉米)和0.14(大豆).基于Mi Seq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)、Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)等33个门.细菌群落的PCo A和UPGMA分析表明,Cd的添加和能源植物种植均能对细菌群落结构产生影响,其中,Cd的添加影响最大.Gemmatimonas、Flavisolibacter、Flexibacter、Ramlibacter、Ohtaekwangia、Flavitalea等细菌在Cd胁迫条件或大豆、玉米种植条件下相对丰度有所变化,分析其可能在大豆、玉米耐受Cd污染中起作用.     

Methylopila sp.SD-1与大豆联合修复苯磺隆污染土壤

分离得到1株苯磺隆降解菌株SD-1,根据表型、生理生化特征及16S rRNA基因序列分析,将其鉴定为Methylopila sp.SD-1,为首次报道能够降解苯磺隆的Methylopila属菌株,其在4d内完全降解50mg/L苯磺隆,最适降解温度、pH值分别为30℃和7.0,降解中间产物对大豆的毒性显著降低.大豆根系分泌物能促进菌株SD-1的生长,培养5d,菌株SD-1的数量由1.0×10⁷CFU/mL增至6.7×10⁷CFU/mL.分泌物中含有16种氨基酸,菌株SD-1对其中的Asp、Glu和Phe表现出明显的趋化性.接种菌悬液至苯磺隆污染土壤（3mg/kg）并种植大豆幼苗,培养4d,菌株SD-1依赖趋化性向大豆根系运动并定殖,存活率提高,根际土壤中苯磺隆的降解率相较于未种植大豆的处理提高36.0%.     

丹江口库区表层浮游细菌群落组成与PICRUSt功能预测分析

浮游细菌是水生生态系统的重要组成部分,是水体中氮素生物地球化学循环的主要驱动力.本研究于2016年5月采集丹江口库区库心和渠首2个生态位点表层水样,采用16S r DNA Miseq高通量测序技术研究其群落组成,发现其主要由变形菌门、放线菌门、拟杆菌门等12门、139属细菌组成,渠首样品浮游细菌群落多样性高于库心样品. PICRUSt功能预测分析表明,浮游细菌涉及氨基酸运输和代谢、转录、能量产生和转换等24个基因功能家族,表现出功能上的丰富性.其中35个参与氮代谢的KO(表示通路)中库心高于渠首为20个,渠首高于库心的为15个.两样品中检测到涉及固氮作用(nif H)、硝化作用(hao)、反硝化作用(nar G、nir K、nor B、nos Z)、氮同化还原及异化还原作用(nas A、nar B、nap A、nir A、nir B、nrf A)参与氮循环的关键基因相对丰度.综合基因功能家族预测基因拷贝数和氮循环相关基因丰度分析,丹江口库区库浮游细菌氮代谢能力整体趋势为库心高于渠首.本研究从细菌群落组成、功能角度初步分析了丹江口库区不同生态位点氮循环的差异,为丹江口水库水环境保护提供了参考依据.     

高密度聚乙烯微塑料胁迫对棉花生长、枯萎病发生和根际细菌群落的影响

塑料地膜,尤其是聚乙烯地膜,在我国农业生产中广泛使用,而其降解形成的微塑料也逐渐在土壤中累积,带来诸多环境问题.目前,农田土壤中微塑料的环境生物学效应已有诸多报道,但微塑料对作物生长、病害发生和根际土壤细菌群落的影响研究较少.前期研究发现1%高密度聚乙烯微塑料（HDPE,500目）处理土壤会提高棉花枯萎病发病率（33.3%）,并且抑制棉花生长,而土壤灭菌处理后未发现此现象,推测HDPE通过改变土壤微生物群落,影响棉花生长和枯萎病发生.因此,拟通过高通量测序技术,结合网络分析和FAPROTAX功能分析,探究HDPE对棉花根际土壤细菌群落结构、互作网络和功能的影响,解析HDPE的作用机制.NovaSeq测序显示HDPE处理的棉花根际细菌群落由54个门,472个属组成,门与属组成数量均少于无菌水处理土壤.α、β多样性和ANOSIM/Adonis分析表明,HDPE显著降低细菌群落的丰富度,并改变群落结构组成.基于T-test分析差异物种,HDPE显著降低土壤中具有潜在生物防治、污染物降解和抗真菌药物合成功能菌属的相对丰度,如Kribbella、Massilia、Hailiangium和Ramlibacter等.细菌群落的改变导致土壤细菌功能的变化,进一步通过FAPROTAX功能分析可知,HDPE弱化棉花根际土壤细菌部分生物化学功能,如化能异养、发酵和硝酸盐还原等.属水平物种相关性网络分析表明HDPE处理减弱了根际细菌间的相互作用,减少正相关连接数,增加负相关连接数,简化网络结构,改变关键菌群.以上结果表明HDPE可通过改变棉花根际细菌群落、相互作用与功能代谢,影响棉花的生长与枯萎病发生,可为评价聚乙烯微塑料生态风险与污染土壤修复提供指导.     

基于高通量测序和代谢组学解析重金属污染对农田微生物群落组成和功能的影响

重金属污染会影响微生物组成和群落结构,其与微生物的相互关系一直是重金属污染生态学研究的热点.河南省新乡市是中国著名的电池生产城市,因电池生产废水污灌造成严重的土壤重金属污染.目前有关新乡市长期灌溉电池废水造成的重金属污染对微生物群落组成和代谢功能的影响鲜见报道.采集了新乡市某长期生产电池厂旁3个重金属污染位点,重金属含量测定表明Cd和Pb超过相关标准,分别超标34~66倍和1.5~2.32倍.采用高通量测序分析了细菌和真菌群落组成,结果表明细菌由芽孢杆菌属、节杆菌属、鞘氨醇单胞菌属和类诺卡氏菌属等优势属,真菌由油壶菌属、小不整球壳属、Gibellulopsis和被孢霉属等优势属组成,表明经过长期的重金属胁迫,新乡长期重金属污染土壤富含重金属抗性细菌和真菌.环境因子和微生物群落相关性分析表明,总量Cu、DTPA提取态Cu和水溶态Pb显著影响细菌群落组成,总量Cd、Ni、Pb、Zn、DTPA提取态Cu和水溶态Pb显著影响真菌群落组成.目前,关于重金属污染对微生物群落代谢影响的研究较少,采用非靶向代谢组学分析表明,不同位点间代谢产物具有差异.通路富集分析表明,这些差异代谢物涉及代谢过程、环境信息处理和翻译等遗传信息加工等,在微生物缓解重金属导致的胁迫和环境适应中可能起到作用.     

汛期前后老鹳河干流人类干扰下浮游细菌多样性及功能预测

老鹳河是丹江口水库距离调水口最近的入库支流,水质好坏直接影响调水安全.为探究老鹳河干流汛期前后浮游细菌的群落组成和功能变化规律,分别于2018年和2019年汛期前(5月)与汛期后(10月)对老鹳河干流4个典型生态位点进行水质分析和浮游细菌高通量测序,杨河位点(YH)属轻度干扰;西峡北位点(XX)属中度干扰;垱子岭位点(...