长期覆膜条件下农田土壤微生物群落的响应特征

地膜覆盖是农业生产中保障粮食增产增收的重要措施.为明确长期地膜覆盖对农田土壤微生物群落结构特征的影响,采集4个不同覆膜年限的农田土壤,利用高通量测序技术分析土壤细菌和真菌群落结构变化,探讨长期覆膜农田土壤中微生物群落的变化及其对微生物生态环境效应的影响.结果表明,长期覆膜对土壤细菌多样性无显著影响,但降低真菌多样性;长期覆膜使土壤细菌酸杆菌（Acidobacteriota）和真菌被孢霉菌（Mortierellomycetes）物种丰度降低,增加土壤放线菌（Actinobacteriota）物种丰度.长期覆膜可以使土壤富集细菌中的芽孢杆菌（Bacillus）和类诺卡氏菌（Nocardioidaceae）,及真菌中的肉座菌目（Hypocreales）和曲霉菌（Aspergillus）等有益微生物菌群.然而长期覆膜使土壤真菌共生网络变得简单而脆弱,其关键物种仅有子囊菌门中的粪壳菌目（Sordariales）中的未知菌属一种,因此对农田土壤生态环境带来潜在风险.本研究为深化了解长期覆膜对农田微生物生态环境效应的影响提供理论依据.     

不同环境因素对厌氧甲烷氧化型自养反硝化系统脱氮性能的影响及其微生物群落分析

采用序批实验研究了不同环境因素(甲烷供应、初始硝氮浓度和pH值)对厌氧甲烷氧化型反硝化系统脱氮性能的影响,并采用高通量测序对不同pH下反应器内微生物群落结构进行了分析。结果表明：当甲烷供给充足时,系统反硝化效果明显;随着初始硝氮浓度的升高,系统平均脱氮率呈现先升高后下降的趋势,表明适当增大硝氮质量浓度(<30 mg·L⁻¹)可提高反硝化速率;在不同pH下(pH=6~9)系统均表现出较强的脱氮能力,在中性和弱碱性条件下的脱氮速率最高。基于高通量测序结果表明：pH为7和8时微生物丰度最高,多样性及均匀度适中;随着pH的升高,微生物多样性和均匀度也越高,说明碱性环境可以提高微生物的多样性和均匀度;不同pH下,Gammaproteobacteria,Deltaproteobacteria,Bacterodia,Ignavibacteria和Anaerolineae为优势菌纲;pH为8时,常见的甲烷氧化菌Methylocystis大量富集;pH为6时,甲烷氧化菌Methylotenera和Methylophilaceae得到富集;环境pH对微生物种群结构具有选择作用,不同pH环境中优势微生物亦不同。本研究可为厌氧甲烷氧化型自养反硝化系统的条件优化和性能提升提供参考。     

典型湿地沉积物中硝酸盐异化还原成铵的细菌群落结构的研究

为研究中国典型湿地沉积物硝酸盐异化还原成铵过程(Dissimilatory nitrate reduction to ammonium,DNRA)的群落组成,针对DNRA过程的功能基因nrfA进行高通量测序.选取中国典型湿地岸边带的表层沉积物8个样点,质控后每个样品得到60000条序列,在相似度≥90%得到279个OTUs进行生态学分析.由基因丰度值显示:8个湿地沉积物的丰度为(6.69±0.28)×10~7～(8.44±0.48)×10~8 copies g~(-1).多样性分析(OTUs水平)结果表明:本研究的湿地沉积物样点中,南方湿地沉积物样点的多样性要高于北方样点.对代表OTUs进行分类,共定义到8个门(Phylum),23个属(Genus).其中相对丰度最高的3个属为Anaeromyxobacter(24.71%)、Anaerolinea(9.70%)和Dokdonella(7.94%),表明三者在群落组成中占主导地位.PCoA分析(OTUs水平)表明南北方地区差异是导致中国湿地沉积物中DNRA菌群结构不同的最主要影响因素.结合沉积物理化因子分析,DNRA细菌的丰度与碳氮比、年平均降水量及年平均温度呈显著正相关.本研究在一定程度上揭示了中国典型湿地沉积物DNRA细菌的群落组成、多样性及其与环境因子的关系.     

入侵植物小蓬草的细菌群落组成和多样性研究

生物入侵现象严重危害生态系统的健康,其中外来植物入侵是生物入侵中的重要组成,会对农业、林业、畜牧业产生直接的经济危害。选取生长状况良好的菊科外来入侵植物小蓬草(Conyza canadensis L.,Asteraceae)植株,利用16S rRNA基因的高通量测序技术和后续分析,探索小蓬草生境中的土壤及其根和叶的细菌群落组成和多样性,并分析表面消毒、冷冻干燥保存和不同研磨方法等处理方式对研究结果的影响。结果表明:小蓬草根样本细菌群落中OTU的数目最多,其次是土壤,小蓬草叶样本的细菌群落中OTU的数目最低;小蓬草细菌群落Alpha多样性在土壤样本中最高,其次是小蓬草根,小蓬草叶的细菌群落Alpha多样性最低;在门的水平,在土壤和小蓬草叶、根的细菌群落均以变形菌门和放线菌门丰度最高,此外在小蓬草根和叶的细菌群落丰度较高的还有厚壁菌门,在土壤细菌群落丰度较高的则是拟杆菌门;小蓬草根和叶细菌群落的优势属包括假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、甲基杆菌属(Methylobacterium)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、根瘤菌属(Rhizobium)和无色杆菌属(Achromobacter)等,这些优势属可能包含植物益生菌,并对小蓬草适应不良环境提供一定的帮助;是否进行表面消毒处理的小蓬草叶和根样本的细菌群落组成和多样性有明显的差异,表明小蓬草的根表和根内以及叶表和叶内的细菌群落存在明显的差异;机器研磨、冷冻干燥保存处理的小蓬草样本与人工研磨并及时处理的小蓬草样本相比,其细菌群落组成并没有明显的差异,表明这些处理方式对植物微生物组的研究结果不会产生明显的影响。该研究结果可为微生物在植物入侵机制中所起的作用提供数据支持。     

寒旱区湖泊沉积物中固氮微生物群落特征——以包头南海湖为例

为了探究寒旱区湖泊中固氮菌的地区差异性,利用固氮菌特异性功能基因nif H对南海湖沉积物中的固氮菌进行测定并分析其与环境因子之间的相互作用关系.结果表明：不同湖区优势固氮菌群落组成存在差异,整体上由3门（蓝藻门、厚壁菌门、变形菌门）10属（蓝藻菌属、着色菌属、梭菌属、鱼腥藻属、红螺菌属、厌氧粘细菌属、荚硫菌属、柱孢藻属、根瘤菌属、假单胞菌属）组成;寒旱区特有的冰封期长、紫外线照射强等环境条件导致沉积物中的主导固氮菌为蓝藻门下的微生物.冗余分析结果表明：较高的C/N和TP是固氮菌生存的必要营养条件,可以促进固氮反应的顺利进行,较高的TN和NH₃-N含量及较低的pH值会抑制表层沉积物部分固氮微生物的生长,较高的pH值尤其会抑制鱼腥藻属、荚硫菌属、蓝藻菌属、红螺菌属的生长.本研究通过探讨寒旱区固氮微生物在沉积物中的分布来研究固氮作用的潜在功能,进一步补充其在氮循环中的重要作用.     

C/N对SBR生物脱氮硝化过程微生物结构的动态影响

为揭示碳氮比（C/N）对硝化过程影响的机理本质,试验以人工模拟废水为研究对象,采用4组平行的SBR（R₀、R₅、R₁₀、R₁₅）反应器,基于16S rRNA基因-Illumina MiSeq高通量测序技术,考察了4种C/N（0、5、10、15）对硝化过程功能微生物组成和结构特征的影响.结果表明：4种C/N条件下,系统均获得了较好的去除氨氮（去除率>95%）和COD（去除率>90%）效果,TN也有不同程度的降低.此外,C/N会显著影响系统内微生物的多样性、种群结构和功能.R₀系统Chao1指数（922）、ACE指数（1232.4）、Shannon指数（6.76）和Simpson指数（0.96）均最大,故微生物多样性最丰富,而R₅的物种丰富度最低.在微生物门水平上,变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、蓝细菌门（Cyanobacteria）等9个相对丰度较高的门是重要的微生物门,其中变形菌门（Proteobacteria）约全部微生物的40.7%~65.2%,是4个系统中最优势的菌门.硝化过程的关键菌群亚硝化单胞菌科（Nitrosomonadaceae）及硝化螺旋菌属（Nitrospira）的相对丰度表现出随着C/N升高而急剧降低的趋势.基于LEfSe分析共获得了34组具有显著差异的微生物,从而得到了每种C/N条件下在微生物学分类水平上的菌群关键生物标记物.     

碳添加对土壤固碳细菌群落结构及多样性的影响——以松嫩平原盐碱耕地为例

采用高通量测序技术,研究秸秆、生物炭和纳米碳3种碳源添加对盐碱耕地土壤固碳细菌群落结构及多样性的影响,并分析土壤化学性质与固碳细菌群落多样性的关系.结果表明：3种碳源添加均降低土壤固碳细菌群落多样性,其中生物炭和纳米碳添加的土壤固碳细菌的Chao1指数、物种多样性、Shannon指数及系统多样性值均高于秸秆添加的.3种碳源添加均降低土壤固碳细菌群落的物种丰度,其中纳米碳添加的物种丰度大于秸秆和生物炭添加的.在群落组成方面及相对丰度上,3种碳源添加后的优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）,优势菌纲为γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）,均在纳米碳添加后相对丰度最高,分别为90.38%、57.79%.群落组间差异分析结果显示,秸秆和纳米碳添加后土壤固碳细菌群落结构差异显著.冗余分析结果表明,土壤固碳细菌群落结构受土壤pH值、有机碳、全氮、全磷、碱解氮及有效磷的综合影响,其中土壤pH值和有效磷含量是影响土壤固碳细菌群落结构的主要化学性质.综合来看,在盐碱耕地中添加秸秆、生物炭或纳米碳,都抑制了土壤固碳细菌群落的多样性和物种丰度,但纳米碳能够增加土壤固碳细菌群落结构差异.     

袁河流域不同土地利用方式下河流浮游细菌群落结构特征

于2018年8月采集袁河上游至下游的16个采样点表层水样,基于高通量测序技术分析土地利用方式下河流浮游细菌群落特征并对比土地利用与水化学指标对浮游细菌群落的影响差异.结果表明：①袁河优势浮游细菌群落为变形菌门（Proteobacteria,35.17%）,放线菌门（Actinobacteria,33.99%）和拟杆菌门（Bacteroidetes,17.59%）,其中Bacteroidetes丰度随流向显著降低;②受农田和建设用地增加的影响,袁河上、下游河段细菌群落多样性均随流向呈升高趋势;中游河段浮游细菌群落多样性由于湖库滞留作用明显下降;③水域和林地是土地利用方式中最佳组合因子,土地利用方式显著影响浮游细菌群落,两者相关系数为0.4797,土地利用方式对浮游细菌群落的方差解释量为31.3%;④土地利用方式对浮游细菌群落的影响大小与水化学指标相近,同时存在土地利用方式与水化学的交叉影响（方差解释量为10.9%）,表明在袁河浮游细菌群落的形成中,质量效应与物种分选机制并存.本研究表明,在河流浮游细菌研究中要重视流域土地利用方式造成的外源细菌输入差异,以及土地利用方式输入的不同水化学成分对浮游细菌的分选作用.     

羟胺对厌氧氨氧化污泥群落的影响

目前,由于厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)过程具有高效率、低能耗和污泥量少的优点,在污水除氮方面具有广阔的应用前景.羟胺既是厌氧氨氧化代谢的中间产物,同时也是一种抑制剂,但是目前关于厌氧氨氧化细菌颗粒如何应对羟胺的压力还没有很好的解释.通过羟胺批次添加实验,发现在投加不同浓度的羟胺情况下(40～80mg·L~(-1)),厌氧氨氧化的反应活性受到了抑制作用,但是无法判断厌氧氨氧化细菌对羟胺的耐受阈值.然后基于实时荧光定量聚合酶链反应(RT-qPCR)技术检测了不同反应器内肼氧化酶(HZO)的mRNA的表达量,发现HZO酶的表达量随着羟胺浓度的增加出现先升高后降低的趋势,由此本研究推测相对于3.12g·L~(-1)的厌氧氨氧化颗粒污泥,其承受的羟胺浓度(以N计)阈值介于60～70mg·L~(-1).同时利用16S rRNA高通量测序的方法对反应器内的颗粒污泥微生物结构与功能进行分析,发现投加适量的羟胺(50mg·L~(-1))有助于增强颗粒污泥中细菌的细胞运动性,促进厌氧氨氧化细菌的组成,提供一个更佳的生态平衡.     

生物炭对褐土理化特性及真菌群落结构的影响

为了探讨生物炭施用对土壤理化及生物学特性的影响,在田间条件下研究了不同用量(0、10、20、40 t·hm~(-2))生物炭施用3a后植烟褐土真菌的群落结构特征,并分析了其与土壤环境因子的关系.结果表明,土壤添加生物炭3 a后显著提高了土壤pH、含水率、总有机碳(TOC)和总氮(TN)含量,而降低了土壤容重和溶解性有机碳(DOC)含量.Illumina Mi Seq测序结果表明,生物炭的添加对土壤真菌α多样性影响不大,但能显著改变真菌群落结构.物种注释结果表明,所有样本中真菌优势菌群均为子囊菌门(Ascomycota)、接合菌门(Zygomycota)和担子菌门(Basidiomycota),其相对丰度之和占所有可注释真菌丰度的90%以上.生物炭提高了子囊菌门和担子菌门的相对丰度,降低了接合菌门的相对丰度.在属水平上,生物炭增加了链格孢属(Alternaria)、锥盖伞属(Conocybe)和曲霉属(Aspergillus)真菌的相对丰度,降低了放射毛霉(Actinomucor)和赤霉菌(Gibberella)的相对丰度.冗余分析(RDA)及Mantel检验结果说明,土壤DOC、pH和含水率是影响褐土真菌群落结构的主要环境因子.综上,生物炭施用3 a后对土壤理化特性有显著的影响,这些环境因子的改变驱动了土壤真菌群落的生态演替.