油菜秸秆还田对土壤真菌群落结构和功能影响的研究

油菜是中国乃至世界重要的油料作物之一,油菜秸秆还田能改善土壤性质、提高土壤肥力,是农业废弃物综合利用的主要途径。文章为阐明油菜秸秆还田对土壤微生物群落的影响,特进行了2年油菜秸秆还田试验,并提取试验区土壤基因组DNA,利用真菌18S核糖体RNA基因高通量测序方法,研究不同处理土壤真菌组成、结构和功能的变化。试验结果表明,油菜秸秆还田(SR)和对照(CK)处理高通量测序分别获得135 824和100 582条高质量序列,分别代表1 129和964个OTUs,简并后得到1 498个OTUs,其中595(35.6%)个为两处理共有。两处理OTU丰度分布较为均匀,但SR处理OTU种类较CK多。两处理真菌群落在门水平较为类似,均以子囊菌门丰度最高,其次为担子菌门和罗兹菌门,仅新丽鞭毛菌门只在CK中检出。在检出的212个属中,126个属(59.4%)为两处理共有,同CK比较,SR处理部分属丰度发生较大变化。Alpha多样性分析显示,SR处理真菌群落丰富度、均匀度、Shannon指数和Simpson指数均显著增加(P<0.1),而Beta多样性分析显示SR处理土壤真菌群落与对照显著不同(P<0.05)。同对照比较,SR处理21个属(8.7%)丰度发生显著性改变(P<0.1),包括核盘菌属在内的17个属显著增加,倍数变化(FC)在0.09～7.76之间,而源杯梗孢属等4个属丰度则显著下降,FC在-1.6～-5.3之间。SR处理中编码与纤维素分解相关酶的基因,包括纤维素分解酶、纤维二糖脱氢酶、葡聚糖1,3-beta-葡萄糖糖苷酶,其丰度在还田处理中有较大幅度增加,倍数变化在1.95～3.29之间,而与编码木质素分解酶相关基因,L-木酮糖还原酶基因丰度显著增加(P<0.05)、漆酶基因则小幅下降。综合结果表明,油菜秸秆还田有利于增加土壤真菌群落的丰度和多样性、促进土壤纤维素分解相关基因丰度增加,但土壤核盘菌数量也相应显著增加,提示有可能增加油菜菌核病发生风险。     

黄土高原土壤细菌和真菌群落结构及其多样性对菌糠有机肥响应机制研究

为了明确黄土高原农田土壤细菌群落和真菌群落对菌糠有机肥的响应机制,基于高通量测序技术,分析了施用菌糠有机肥和施用化肥(对照)后土壤细菌和真菌群落物种组成、多样性指数、群落结构差异及其主要分异作用的微生物.结果表明,土壤细菌和真菌群落对外源养分的响应机制不同.添加菌糠有机肥改变了土壤细菌菌群的结构,厚壁菌门、奇古菌门相对...     

抗虫-耐除草剂转基因玉米种植对根际土壤细菌和真菌群落的影响

全生育期种植抗虫基因cry1Ab/cry2Aj和耐除草剂基因G10evo-spsps的转基因玉米及其亲本非转基因玉米,采用定量聚合酶链式反应(PCR)和高通量测序技术,测定玉米拔节期和成熟期根际土壤细菌和真菌群落数量、组成及多样性,研究种植抗虫耐除草剂转基因玉米对根际土壤微生物的影响。结果表明,种植转基因玉米未显著影响根际土壤理化性质、土壤荧光素二乙酸酯水解酶活性、微生物群落丰度及多样性;在门水平上,种植转基因玉米仅显著提高2个生长时期根际土壤细菌放线菌门(Actinobacteria)相对丰度;在属水平上,种植转基因玉米均显著降低2个生长时期根际土壤细菌Candidatus_Nitrososphaera相对丰度;种植转基因玉米未影响真菌门水平相对丰度,但影响根际土壤真菌Fusarium、Staphylotrichum和Lophiostoma属相对丰度。另外,生长时期显著影响根际土壤可溶性有机碳和全氮含量,也显著影响根际土壤细菌群落组成和多样性,但未显著影响根际土壤真菌群落组成和多样性。该研究旨在为转基因作物产业化的自然生态风险管理和控制提供基础数据和理论支撑。     

复合菌株YH01+YH02强化SBR好氧反硝化脱氮及菌群结构分析

为探讨复合菌株强化好氧反硝化的脱氮特性以及揭示菌群结构动态演替与生物反应器运行效率之间的联系,以硝态氮为底物,研究了异养硝化-好氧反硝化复合菌株Delftia sp.YH01+Acidovorax sp.YH02强化好氧SBR的脱氮特性,并借助高通量测序技术对强化过程中的菌群结构进行了分析.结果表明,经复合菌株强化后,反应器对NO₃^--N、TN和COD去除率分别提高了12.1%、9.2%和9.4%;复合菌株YH01+YH02的加入对菌群结构产生了较大的影响,菌群结构在属水平上丰度呈上升趋势,多样性呈下降趋势;PCA主成分析和UPGMA聚类分析大致把反应器运行过程分成4个阶段;Delftia和Acidovorax菌的丰度随着反应器呈上升趋势,复合菌株YH01+YH02在SBR反应器内具有良好的适应能力,对好氧反硝化起着非常重要的作用.     

玉米秆与猪粪混合发酵产沼气及其古菌解析

为了解混合发酵系统不同发酵时间的古菌组成,采用批式全混发酵工艺进行预处理后的玉米秆和猪粪混合中温发酵产沼气研究,在不同发酵时间取样,利用454焦磷酸测序法测定各样品中古菌的组成.结果表明,该混合发酵启动迅速,第4天(d 4)达到产气高峰,料容产气率为1.46 L L-1 d-1,46 d原料产沼气率、产甲烷率分别为356.55 mL/g(VS)和208.0 mL/g(VS).454焦磷酸测序及分析表明,混合发酵系统中古菌都归属于广古菌门(Euryarchaeota,97.83%-100%)和泉古菌门(Crenarchae ota,0-2.17%);随着发酵时间的延长,甲烷杆菌纲(Methanobacteria)古菌含量由69.84%迅速下降到0.14%,杂色泉古菌(Miscellaneous Crenarchaeotic Group,MCG)和热原体纲(Thermoplasmata)古菌含量则分别由0%、1.05%逐渐上升到2.17%、20.68%,甲烷微菌纲(Methanomicrobia)古菌则从29.84%迅速上升到96.14%后保持高位.研究说明玉米秆和猪粪混合发酵可迅速启动,系统古菌多样性随发酵时间延长而逐渐上升.     

疏水性石油烃降解菌的PCR测序及营养平衡研究

细胞表面疏水性是在研究细胞黏附物体表面领域最值得研究的细胞表面特性,研究表明其对疏水性有机物的去除率呈相关性。文章在对疏水性石油烃降解菌HDB-1生理生化特征、疏水能力及降解能力研究的基础上,继续对其16SrDNA序列进行分析,同时对其的营养平衡进行讨论。实验表明,PCR测序与细胞分类法得到的结果一致,菌株HDB-1属于假单胞菌属细菌(Pseudomonas),氮、磷则是影响HDB-1菌降解石油的限制因素。     

菲反硝化降解菌群的富集及其群落结构解析

从潜在多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)污染的油田区域采集土壤样品,以菲为唯一碳源且添加硝酸根的培养基来富集土壤中的菲反硝化降解菌群.随后,通过定量PCR(Polymerase Chain Reaction)测定了获取的富集菌群中反硝化相关功能基因(硝酸还原酶基因nar G、亚硝酸还原酶基因nir S)的丰度,并通过Illumina Mi Seq测序对其中的细菌群落结构进行解析.结果表明,获取到的3个菌群(PDN-1、PDN-2和PDN-3)12 d内对菲的降解率分别为45.18%、34.04%和25.92%.各富集培养菌群中nar G的丰度均高于nir S,且菲降解率最高的PDN-1中的反硝化相关基因丰度较低.Illumina Mi Seq测序结果表明,菲降解率最高的富集菌群PDN-1同时也具有较高的细菌多样性指数,变形菌门(Proteobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是各富集菌群中的优势菌门,且Proteobacteria在3个富集菌群PDN-1(97.78%)、PDN-2(96.57%)、PDN-3(93.90%)中的比例均最高.变形菌门的Pseudomonas(γ-Proteobacteria)和Methylophilus(β-Proteobacteria)则是各富集菌群中最大的优势菌属,前者为公认的PAHs降解菌,而后者则为能够利用还原型"一碳化合物"的特殊菌属.细菌多样性与菲的降解率呈正相关,表明菲的反硝化降解可能是多种细菌参与的共同结果.上述结果可为揭示典型PAHs反硝化降解的微生物机制提供理论依据,同时为深入研究反硝化与菲代谢的偶联机理打下基础.     

固体碳源生物膜处理地下水硝酸盐污染的脱氮性能研究

采用聚己内酯(PCL)为固体碳源和生物膜载体,研究填充率和水力停留时间(HRT)对生物膜反应器脱氮的影响。结果表明:(1)40%(体积分数)的填充率较合适,4h为最佳HRT。此时反应器硝酸盐氮去除率为88%,出水硝酸盐氮质量浓度平均值为8.80mg/L。(2)丛毛单胞菌属(Comamonas)、热单胞菌属(Thermomonas)、固氮螺菌属(Azospira)和长绳菌属(Longilinea)为反应器的主要菌属,且填充率40%的反应器以上菌属相对丰度总和最高(70%)。     

酸性矿山废水影响下水库细菌群落结构特征与环境因子关系

为揭示酸性矿山废水（Acid mine drainage,AMD）影响下水库水体中细菌群落结构特征及影响因子,对贵州省兴仁市3座受AMD影响与1座未受AMD影响水库样品进行了对比研究,利用16S rDNA高通量测序技术分析揭示细菌群落结构特征,并通过冗余分析（Redundancy analysis,RDA）探明影响水体细菌群落变化的主要环境因子.结果表明,受AMD影响水库水体中各主要阳离子（Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺）、SO₄^2-浓度及电导率值均高于未受AMD影响的水库,而DOC和pH值均低于未受AMD影响的水库.变形菌门（Proteobacteria）是受AMD影响水库水体的主要细菌门类,在3个受影响的水库中均占比95%以上.在属分类水平上,红杆菌属（Rhodobacter）、不动杆菌属（Acinetobacter）、假单胞菌属（Pseudomonas）和铁氧化细菌属（Ferrovum）是受AMD影响水库水体中的主要菌属;未受AMD影响水库水体细菌群落中,放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）为主要细菌门类,占比分别为48%和29%,主要菌属为发光杆菌属（Ilumatobacter）、不动杆菌属（Acinetobacter）.分析表明,受AMD影响水库细菌群落结构特征与未受AMD影响水库细菌群落存在明显差异,推测DOC、pH及Na⁺浓度对此差异起主导作用.本研究可为科学认识受AMD影响水体微生物群落与环境因子之间的关系提供依据.