Abundance and diversity of ammonia-oxidizing archaea in response to various habitats in Pearl River Delta of China, a subtropical maritime zone

Ammonia-oxidizing archaea (AOA) are widely considered key to ammonia oxidation in various environments. However, little work has been conducted to simultaneously investigate the abundance and diversity of AOA as well as correlations between archaeal amoA genotypes and environmental parameters of different ecosystems at one district. To understand the abundance, diversity, and distribution of AOA in Pearl River Delta of China in response to various habitats, the archaeal amoA genes in soil, marine, river, lake, hot spring and wastewater treatment plant (WWTP) samples were investigated using real-time fluorescent quantitative PCR and clone libraries. Our analyses indicated that the diversity of AOA in various habitats was different and could be clustered into five major clades, i.e., estuary sediment, marine water/sediment, soil, hot spring and Cluster 1. Phylogenetic analyses revealed that the structure of AOA communities in similar ecological habitats exhibited strong relation. The canonical correspondence method indicated that the AOA community structure was strongly correlated to temperature, pH, total organic carbon, total nitrogen and dissolved oxygen variables. Assessing AOA amoA gene copy numbers, ranging from 6.84×10⁶ to 9.45×10⁷ copies/g in dry soil/sediment, and 6.06×10⁶ to 2.41×10⁷ copies/L in water samples, were higher than ammonia-oxidizing bacteria (AOB) by 1-2 orders of magnitude. However, AOA amoA copy numbers were much lower than AOB in WWTP activated sludge samples. Overall, these studies suggested that AOA may be a major contributor to ammonia oxidation in natural habitats but play a minor role in highly aerated activated sludge. The result also showed the ratio of AOA to AOB amoA gene abundance was positively correlated with temperature and less correlated with other environmental parameters. New data from our study provide increasing evidence for the relative abundance and diversity of ammonia-oxidizing archaea in the global nitrogen cycle.     

双氰胺和3,4-二甲基吡唑磷酸盐对蔬菜种植土壤氨氧化细菌和古菌的影响

硝化抑制剂双氰胺(DCD)和3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)在抑制农业土壤硝化作用和提高氮肥利用率等方面效果显著,为了探讨它们对蔬菜种植土壤氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)的作用机制,选取40 a以上蔬菜种植土壤,在施加尿素(CK)基础上,分别添加DCD和DMPP进行室内培养,系统监测了土壤中NH_4~+-N、NO_3~--N和硝化势的变化,同时运用荧光定量PCR和高通量测序等技术揭示了AOB和AOA种群丰度和多样性的演替规律.结果表明,相比CK处理,DCD处理和DMPP处理的NH_4~+-N含量升高了213%和675%; NO_3~--N含量降低了13. 3%和37. 2%;硝化势降低了20. 4%和82. 4%;同时,AOB丰度降低了51. 2%和56. 5%; AOA丰度降低了6. 0%和27. 0%.不同抑制剂处理间AOB和AOA的α多样性指数没有显著差异; nork-environmental-samples、unclassified-Nitrosomonadaceae、unclassified-Bactertia和Nitrosospira是AOB序列属水平的主要优势类群; norank-Crenarchaeota、norank-enviromental-samples和Nitrososphaera是AOA序列属水平的主要优势类群,施用DCD和DMPP显著改变了AOB和AOA的群落组成.综上所述,尿素与DCD和DMPP配施显著抑制NH_4~+-N的转化,降低AOB和AOA的种群丰度并改变其群落组成.相比DCD,DMPP对硝化作用的抑制和对AOB和AOA群落的影响更强.     

草海湖滨带沉积物微生物群落对磷形态的影响

为探究高原湖泊湖滨带沉积物中微生物群落对磷赋存形态的影响,以草海湖滨带沉积物为研究对象,分析了磷素赋存形态;通过高通量测序技术分析了细菌和古菌的群落组成.结果表明,草海湖滨带表层沉积物的总磷含量范围在662.89~881.26mg/kg之间,平均值为750.36mg/kg;各磷形态中NaOH-NRP＞Res-P＞BD-P＞HCl-P＞NaOH-SRP＞NH₄Cl-P.细菌群落由变形菌门(Proteobacteria)等59个门和硫杆菌属(Thiobacillus)、厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)等1259个属组成;古菌群落由泉古菌门(Crenarchaeota)等8个门和甲烷丝菌属(Methanosaeta)等67个属组成.冗余分析、主成分分析和共现性网络分析表明,微生物群落能驱动草海沉积物中磷的形态转化,细菌主要通过影响铁的氧化/还原和碱性磷酸酶的活性;古菌则通过改变有机质和酸性磷酸酶活性来调控沉积物磷形态.     

紫色土N2O排放及氨氧化微生物群落结构对玉米秸秆与化肥减量配施的响应

以紫色土为研究对象,采用静态箱-气相色谱法,通过田间原位试验,设置了对照(CK)、常规施肥(F)、秸秆与全量化肥配施(100FS)、秸秆分别与化肥减量30%(70FS)、40%(60FS)、50%(50FS)处理,观测了玉米秸秆与化肥配施下的菜地土壤N2O排放动态变化特征,并利用克隆技术和实时荧光定量PCR技术,结合土壤理化性质和氨氧化微生物amoA功能基因丰度,分析了秸秆与化肥配施对土壤N2O排放及相关微生物的影响,以期为调控和减缓紫色土N2O排放提供理论依据.结果表明,玉米秸秆与化肥配施处理较F处理提高了土壤N2O排放量和试验期内的累积排放量,其中100FS处理的N2O排放量最高[57.59~6 238.02μg·(m2·h)-1],累积排放量高达60.76 kg·hm-2.与F处理相比,秸秆与化肥配施处理降低了土壤铵态氮和硝态氮含量,提高了土壤有机质含量,但对土壤总氮和pH值没有显著的影响.本试验条件下,土壤AOB amoA基因拷贝数比AOA高出1~2个数量级,其中F处理的AOA amoA基因拷贝数(50.9×103copies·g~(-1))明显高于其他处理,但AOB amoA基因拷贝数最低(1.36×105copies·g~(-1)).100FS处理降低了AOA和AOB amoA基因多样性指数和均匀度,同时也显著降低了AOA amoA基因拷贝数,但秸秆与化肥减量配施可以提高AOA和AOB amoA基因多样性,同时显著增加了AOB amoA基因拷贝数.土壤AOA优势菌群OTU1可能是硝化作用的主要驱动者,直接和间接地影响N2O排放.通过冗余(RDA)分析,土壤铵态氮、有机质和有效磷含量对AOA群落结构存在显著影响(P0.05,蒙特卡罗算法);土壤可溶性有机氮、总氮、速效钾以及有效磷含量显著影响AOB群落结构(P0.05,蒙特卡罗算法),其中AOB对不同环境因子的耐受性和生态位低于AOA.总体上,玉米秸秆配施60%~70%的化肥,在保证蔬菜产量的前提下,有效提高了AOA和AOB amoA基因多样性,在一定程度上减缓了土壤N2O排放.     

辽河口芦苇湿地细菌和古菌群落周期日变化特征

采用实时荧光定量PCR和Illumina高通量测序技术对秋季辽河口芦苇湿地水体中一昼夜细菌和古菌群落特征进行了研究.测序共获得52802条细菌和106091条古菌高质量序列,以97%的相似性聚类并抽平后共划分了530和979个OTU.结果表明,湿地水体中浮游细菌和古菌群落丰度均在早上达到最高值,夜晚达到最低值.细菌和古菌群落多样性指数均存在周期日变化,不同时间细菌和古菌群落结构和组成具有显著差异.此外,古菌群落组成特征表明辽河口芦苇湿地具有较高的潜在甲烷生成能力.本研究为进一步认识河口湿地细菌和古菌群落特征和功能奠定了基础.     

海洋古pH重建的技术方法

重建海洋古pH对于海洋酸化进程研究具有重要意义。本文对海洋古pH反演的硅藻组合、硼同位素组成及B/Ca、brGDGTs及3-羟基脂肪酸等技术方法进行了归纳和总结。硅藻组合法系根据沉积物中保存的硅藻的种类和丰度重建水体的古pH,在湖泊研究中有较多成功的应用;硼同位素组成及B/Ca法基于海洋钙质生物中δ11B或B/Ca的变化重建海水pH,brGDGTs法是基于沉积物中brGDGTs的环化指数或异构化程度重建过去海水pH,3-羟基脂肪酸法是基于沉积物中3-羟基脂肪酸的支链比反演海洋古pH。这些海洋古pH的反演技术方法各有特点,就目前而言,仅硼同位素组成及B/Ca法是追溯海洋古pH变化较为成熟的方法。研发海洋古pH反演新技术方法至关重要,完善现有方法构建更加准确精密的海洋古pH重建指标体系任重而道远。     

土壤硝化和反硝化微生物群落及活性对大气CO2浓度和温度升高的响应

硝化和反硝化微生物参与土壤氮循环转化过程,大气CO_2浓度和温度升高可能会影响它们的群落结构和活性.本试验依托稻-麦轮作农田系统气候变化平台研究大气CO_2浓度单独升高(CE)、升温(WA)以及两者同时升高(CW)对麦田土壤硝化和反硝化微生物基因丰度、群落结构和活性的影响.结果表明,在小麦分蘖期,大气CO_2浓度和温度升高对氨氧化细菌(AOB)和反硝化细菌丰度没有影响,而在抽穗和成熟期,CO_2浓度单独升高显著提高了氨氧化古菌(AOA)和反硝化细菌丰度,升温处理对其没有显著影响.通过对T-RFLP数据分析发现,大气CO_2浓度和温度升高对土壤AOA、AOB和反硝化细菌群落结构没有显著影响,但是在一定程度上改变了AOA和反硝化细菌多样性.另外,CO_2浓度单独升高处理显著提高了成熟期的土壤硝化速率,不同气候变化处理对反硝化速率没有显著影响.研究表明大气CO_2浓度和温度升高对不同生育期的微生物群落影响存在差异,而且功能微生物对不同气候变化因子处理的响应也各不相同.     

海洋氨氧化古菌与氨氧化细菌在N2O生成机制中贡献研究

氧化亚氮（N₂O）是一种重要的痕量温室气体,而且在光照条件下平流层的N₂O会与O₃发生光化学反应,破坏臭氧层。海洋是大气中N₂O的主要来源之一,海洋中N₂O主要通过硝化和反硝化作用产生,而氨氧化作用是硝化作用的关键（限速）步骤,氨氧化古菌可能是氨氧化过程的主要执行者。本文先概述海洋中N₂O分布以及影响氨氧化古菌（Ammonia oxidizing archaea,AOA）和氨氧化细菌（Ammonia oxidizing bacteria,AOB）的amoA（ammonia monooxygenase）丰度与活性的因素以及N₂O生成机制研究现状,进而总结AOA和AOB在海洋N₂O生成机制中起到的关键作用,最后结合全球气候变化、海洋酸化以及大洋OMZ区域扩大等前沿科学问题,对AOA、AOB以及N₂O的生成机制研究进行了展望。     

北天山东段阜康断裂吉木萨尔段古地震事件研究

阜康断裂带是北天山东段博格达弧形推覆构造一条重要的地质地貌构造分界线,吉木萨尔段位于阜康断裂带最东部,晚第四纪以来断裂活动性明显,地表形成一系列的地质地貌现象。通过在吉木萨尔段开展详细的地质地貌调查、断裂陡坎测量以及探槽剖面分析等工作,从探槽发现8次古地震事件,由老到新发生年代分别为:E1(257±24~376±22)ka B.P.;E2(2271±193~257±24)ka B.P.;E3(155±04~227±09)ka B.P.;E4(133±04~1359±116)ka B.P.;E5(87±05~133±04)ka B.P.;E6(65±15~675±057)ka B.P.;E7(20±10~35±08)ka B.P.;E8(?~20±10)ka B.P.。最新一次古地震为距今约(20±10)ka,古地震事件复发周期为(24-745)ka。吉木萨尔东南探槽有两条平行断层陡坎F1-7-1及F1-7-2。根据测年结果显示:最新活动时代分别为(87±05)ka和(20±10)ka,F_(1-7-1)早于F_(1-7-2)形成。     

高烧的大地:法国高温灾害

冬不冷,夏不热,这里的天气十分温和,夏日非常凉爽……这是法国小学教科书在介绍欧洲地理环境时,常常津津乐道的赞美之词。的确,夏日凉爽的天气一向让欧洲人引以为豪,在那里,绝大部分住宅不装空调似乎成了欧洲气候宜人的印证。然而,2003年入夏不久,滚滚热浪便席