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。     

氨态氮对菲律宾蛤仔毒理机制研究的内参基因筛选

为了准确和系统地分析NH_3-N对菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)毒性的分子机制,并对相关基因的转录组学数据进行验证,利用ge Norm和Normfinder这2种软件,以暴露30 d中不同时间点的鳃组织c DNA为模板,从18S r RNA(18S)、beta-actin(Actin)、beta-tubulin(Tubu)、elongation factor 1-alpha(EF1α)、cyclophilin A(Cy PA)、Ubiquitin(Ub)等6个备选管家基因中,筛选可以稳定表达的内参基因,作为转录组学分析的内参基因。以稀释50倍的鳃组织c DNA模板作为检测模板,ge Norm软件分析获得6对备选内参基因的表达稳定性依次为:EF1αCy PAActinTubuUb18S,较优内参为EF1α和Cy PA;Norm Finder软件分析获得6对备选内参基因的表达稳定性为:EF1αActinTubuCy PAUb18S,最优内参基因为EF1α。为了验证上述筛选结果,分别以EF1α和Cy PA作为内参基因研究unigene1的表达趋势,发现以EF1α为内参基因时,unigene1的q RT-PCR的表达趋势与其转录组表达倍数的变化趋势一致。因此确定NH_3-N暴露菲律宾蛤仔后,鳃组织中表达最为稳定的内参基因为EF1α。     

微氧折流反应器中产甲烷菌的分布与群落结构分析

为了研究微氧条件下折流反应器处理生活污水的微生物学机理,针对产甲烷菌的MCR基因采用实时荧光定量PCR和构建克隆文库的方法,对反应器中的关键功能微生物产甲烷菌的分布特点与群落结构变化进行了分析。结果表明,微氧条件下折流反应器的环境条件可以保证产甲烷菌的增长,不同格室的产甲烷菌丰度均要高于接种污泥(1 720 copies/ng),其中经过微氧曝气处理的1#(2 864 copies/ng)和2#(2 282 copies/ng)格室产甲烷菌丰度低于厌氧状态的3#(3 508copies/ng)格室;微氧处理后折流反应器产甲烷菌的群落结构发生了明显的变化,接种污泥的产甲烷菌多属于Methanomicrobiales目的 Methanoregulaceae属(6/9),而保持微氧状态的1#格室中产甲烷菌多隶属于Methanomicrobiales目(6/10)的其他类群,2#格室的产甲烷菌则多隶属于Methanobacteriales目(5/10),保持厌氧状态的3#格室的产甲烷菌主要属于Methanomicrobiales目(3/10)和Methanosarcinales目(3/10);产甲烷菌MCR基因的多样性指数表明微氧曝气的引入降低了活性污泥中产甲烷菌的生物多样性。     

基于功能基因表达的高氯酸盐与硝酸盐氮修复

为更好地研究环境中高氯酸盐离子(ClO-4)与硝酸盐氮(NO-3-N)混合污染的共同降解。选用pcrA、cld基因表征参与高氯酸盐降解的细菌,NirS基因表征反硝化细菌,16S rRNA基因表征整个细菌群落的活性。通过对高浓度硝酸盐氮与高氯酸盐混合污染降解体系内不同时间点不同种基因的表达分析,实时定量的反应复杂环境中混合污染物生物降解机理。结果表明,在外源添加足够的醋酸盐作为电子供体条件下,NO-3-N与ClO-4质量浓度比为5∶1时,硝酸盐氮的存在不会完全抑制ClO-4的降解,当NO-3-N降解完全时,可以加快ClO-4的降解过程。在有硝酸盐氮存在的混合降解体系内,pcrA和cld基因与ClO-4的浓度变化之间的相关性不是很高,证明该功能基因对复杂环境中特定生物群落的表征有一定局限性。     

污水处理厂抗生素抗性基因分布和去除研究

在自然选择的情况下,保持着一定浓度的抗生素环境,能够间接地"培养"了很多在抗性基因环境下生存的细菌等微生物,它们就具备有了相应的抗生素抗性。拥有抗性基因的细菌大量滋生,对生态安全和人类生命健康造成巨大的威胁,研究抗性基因的分布和去除,对世界医学研究和保护人类健康有着巨大作用。笔者从污水处理厂抗生素抗性基因的分布和去除出发,做一个展望。     

太湖冬季军团菌（Legionella spp．）的分布和多样性

军团菌（Legionellas pp．）广泛存在于各种水体中,对人类的健康造成了一定的安全隐患．为了解太湖在冬季是否存在军团菌,以及它的分布和多样性,本研究于2010年2月,在全太湖32个点位采样,使用巢式PCR对样品中军团菌进行检测,并用变性梯度凝胶电泳（denaturing gradient gel eletrop...     

利用氧化亚氮还原酶基因 (nosZ) 评价人工湿地系统中的反硝化菌

应用人工潜流湿地净化微污染地表水,出水用于补给人工景观河.利用定量PCR测定了湿地植物根际土壤和景观河底泥中16S rDNA和nosZ的丰度,并采用PCR-DGGE技术考察了样品中含nosZ基因的群落结构及其相似性.定量PCR结果表明,潜流湿地及人工景观河16S rDNA、nosZ平均绝对丰度(以DNA计)分别为1.91E+07、1.26E+06和2.68E+07、8.37E+05 copies.ng-1,以干土计时分别为1.45E+11、9.31E+09和5.31E+11、1.45E+10 copies.g-1.景观河底泥中微生物总量和反硝化菌数量要高于湿地根际土壤,但是后者nosZ相对丰度(3.8%～10.1%)则明显高于前者(1.7%～4.1%).根际土壤和底泥样品聚类分析相似度低,根际土壤优势菌种大部分与红杆菌目(Rhodobacearales)、根瘤菌目(Rhizobiales)和伯克氏菌目(Burkholderiales)的细菌相似,而底泥的优势菌种均为不可培养的微生物.     

生物炭和锌对土壤镉赋存形态及小麦镉积累的影响

为探讨生物炭单独施用及其联合锌施用对镉污染土壤安全利用的可行性,采用污灌区镉污染土壤种植小麦盆栽试验,结合小麦生长参数、抗氧化酶活性、相关基因表达,研究单独施用0、1.0%、1.5%和2.0%小麦秸秆生物炭以及与锌混施(在上述4个处理组土壤中施加30 mg/kg七水合硫酸锌)对镉胁迫下土壤镉形态特征和小麦镉积累特征的影响. 结果表明:①施用生物炭可促使土壤可交换态、碳酸盐结合态向稳定性强的有机结合态和残渣态转化,且随着生物炭施用量的增加,转化比例显著增加,但锌施用对土壤镉形态没有显著影响. ②土壤施加1%~2%生物炭能够显著降低小麦籽粒镉含量29%~57%,且施用2%生物炭可将籽粒镉含量降至0.1 mg/kg以下,土壤同时施用生物炭和锌可在单施生物炭基础上降低籽粒镉含量21%~39%,具有协同效应. ③施用生物炭和锌均可促进植物生长,提高小麦产量,并通过调节小麦丙二醛(MDA)和抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性提升小麦根系细胞抗氧化能力,以及调节镉转运基因(TaNramp5、TaLCT1、TaHMA3和TaHMA2)的表达,降低小麦根系从土壤吸收镉以及向地上部分转运,从而减少小麦对镉的吸收和积累. 研究显示,向土壤添加生物炭和锌对污灌区小麦的安全生产具有参考和指导意义.      

高温堆肥过程对猪粪来源抗生素抗性基因的影响

为研究大规模好氧高温堆肥过程对猪粪来源抗生素抗性基因的影响,采用荧光定量PCR法检测了4个大环内酯类抗性基因(erythromycin resistance methylase,erm A、erm B、erm C和erm F)、3个β-内酰胺抗性基因(beta-lactamase,bla TEM、bla CTX和bla SHV)和2个喹诺酮类抗性基因(quinolone resistance,qnr A和qnr S)在堆肥过程中的变化趋势.结果表明,堆肥初期大环内酯类抗性基因含量显著高于β-内酰胺类和喹诺酮类抗性基因(P0.01),其中erm B基因丰度最高为9.88×10~8copies·g~(-1),其次是erm F为9.40×10~8copies·g~(-1).在高温堆肥结束时β-内酰胺抗性基因和喹诺酮类抗性基因丰度维持在较低水平,而大环内酯类抗性基因在堆肥结束后仍然具有较高含量.其中,erm F基因与堆肥初期相比甚至出现了增加的情况,这表明高温堆肥过程不能有效去除所有抗生素抗性基因.对于某些抗生素抗性基因,堆肥可能还是良好的生物反应器而导致抗性基因的增殖,农田中堆肥产品的施用有可能会造成抗生素抗性基因的传递.     

营养盐恢复对氮磷饥饿铜绿微囊藻生长的影响

在自然水体中微囊藻经常经历营养盐的限制和再补充,营养盐浓度的波动影响着微囊藻的生长和暴发.本文利用14C标记和荧光定量PCR研究了营养盐恢复对氮磷饥饿的铜绿微囊藻细胞生理和光合作用相关基因表达的影响.结果表明经过氮磷饥饿的铜绿微囊藻在补充营养盐后,都能快速生长,氮饥饿的藻细胞生长更快,但其经过快速增长期后很快开始衰亡.补充营养盐后,经过磷饥饿的藻细胞固碳能力和光合作用相关基因表达很快恢复至未经饥饿藻细胞的水平,而经过氮饥饿的藻细胞其固碳能力和相关基因虽然有很大提升,却难以恢复至未经饥饿的藻细胞的水平.这可能也是氮饥饿的藻细胞在饥饿解除后虽然能暂时地快速生长,但很快又进入衰亡的原因之一.