高通量测序法表征潜流人工湿地中不同植物根际细菌群落特征

为了研究人工湿地中植物根际、污水水质和深度等对细菌群落结构特征分布的影响,利用高通量测序技术,对人工湿地中芦苇(Phragmites communis)、香蒲(Typha orientalis Presl)2种植物根际3个不同深度细菌群落特征进行了研究.细菌群落丰富度和多样性研究结果表明,芦苇根际细菌群落丰富度和多样性均大于香蒲根际,细菌在芦苇根际周围可以更好地生存;同一植物根际细菌的丰富度和多样性随着深度的增加逐渐减少.相似度和差异性分析结果表明,相同植物根际细菌群落结构相似度较高,而不同根际群落结构有一定的差别.优势细菌菌群分析结果发现,细菌群落在门类水平上达到13门以上,优势细菌种群均以变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、厚壁菌门为主,相对丰度约为55%~78%;纲类水平也达到20纲以上,主要有α-变形杆菌纲、β-变形菌、δ-变形菌纲、γ-变形菌纲、芽孢杆菌纲、酸杆菌纲、相对丰度达到50%以上,植物根际富集的主要纲类细菌是β-变形菌纲.影响细菌群落结构丰富度和多样性的主要环境因素是营养物浓度、植物、采样深度和温度.     

基于高通量测序检测Pb污染对三叶草根际土壤细菌多样性的影响

为了研究Pb污染对根际土壤微生物多样性的影响,揭示根际微生物对Pb胁迫的适应性机制,通过盆栽试验模拟轻度[w（Pb）为300 mg/kg]、中度[w（Pb）为600 mg/kg]和重度[w（Pb）为900 mg/kg]Pb污染土壤环境,利用高通量测序技术和生物信息学分析方法,测定了不同w（Pb）处理下三叶草根际土壤中细菌群落的丰度和组成.结果表明:①共检测到37个门,其中变形菌门为优势菌群,占比为50.7%~53.9%,其次为拟杆菌门、酸杆菌门和疣微菌门. ②共检测到623个属,其中鞘氨醇单胞菌属为优势菌属,占比为17.1%~19.4%. ③中度Pb污染土壤样本中细菌的多样性最高,重度Pb污染土壤样本中的细菌数量最少,并且其群落组成与其他处理差异最大.研究显示,重度Pb污染会显著抑制三叶草根际土壤样本中细菌的生长,降低土壤样本中细菌总量及其群落的多样性,但中度Pb污染会提高土壤样本中细菌群落的多样性. Pb污染会改变三叶草根际土壤样本中细菌群落组成和丰度,不同类型细菌对Pb污染土壤的适应性不同.根际土壤样本中Gp1菌群的丰度随着土壤w（Pb）的增加而增加,说明Gp1菌群可能是具有Pb污染抗性的优势菌群.      

铜尾矿白羊草重金属含量对叶际和根际真菌群落的影响

植物的叶际和根际微生物与宿主植物之间存在复杂的相互关系,能促进植物的生长,增强宿主植物对逆境胁迫的耐受性.本实验选择铜矿区主要恢复植被白羊草为研究对象,采用高通量测序的方法,分析白羊草叶际和根际真菌群落结构与多样性差异,探究白羊草叶片和根部富集的重金属含量对叶际和根际真菌群落特征的影响.结果表明,在白羊草的根际和叶际区域,子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）均为优势菌门.白羊草根际真菌群落的多样性和丰富度显著高于叶际真菌.白羊草植株叶际和根际真菌多样性受到不同重金属的影响,白羊草叶际多样性主要受到叶片Zn和Cu含量的影响,而根Pb含量是影响根际真菌群落多样性的关键因子.此外,叶际子囊菌门的孢菌科与叶片Cd含量有极显著正相关关系,根际丛赤壳科与根Zn含量显著正相关,可作为重金属污染区域生态恢复的指示菌种.本研究为铜尾矿生态恢复过程中发掘和利用叶际或根际真菌资源提供科学依据,也为筛选重金属污染区生态修复的植物-微生物共生体提供基础.     

云南会泽废弃铅锌矿区植物丛枝菌根和深色有隔内生真菌研究

用碱解离、酸性品红染色法对云南省会泽县者海镇废弃铅锌矿区的17科21种植物的丛枝菌根状况进行了调查,结果发现,15种植物形成典型的丛枝菌根,占所调查植物的71%;2种植物不确定是否形成丛枝菌根,占所调查植物的10%;4种植物没有形成丛枝菌根,占所调查植物的19%.用湿筛沉淀法从这些植物根际土壤中共分离鉴定出了4属20种丛枝菌根真菌(AMF),即无梗囊霉属(Acaulospora)4种,球囊霉属(Glomus)14种,巨孢囊霉属(Gigaspo-ra)1种,盾巨孢囊霉属(Scutellospora)1种;其中,球囊霉属分离频率为77%,是样地的优势属.在AMF中,疣突球囊霉(G.verruculosum)分离频率最高,在20种植物的根际土中都有发现;此外,聚生球囊霉(G.fasciculatum)的相对多度最大,为56%,具有最强的产孢能力.同时,在13种植物的根中发现了深色有隔内生真菌(DSE),占调查植物的62%,其中,10种植物同时被DSE和AMF感染.本调查研究表明,AMF和DSE能普遍存在于Pb、Zn重金属污染土壤中.     

Sequestration of As by iron plaque on the roots of three rice (<Emphasis Type="Italic">Oryza sativa</Emphasis> L.) cultivars in a low-P soil with or without P fertilizer

A pot experiment was carried out in a greenhouse to investigate the sequestration of As in iron plaques on root surface of three rice (Oryza sativa L.) cultivars. Phosphate (P) fertilization increased both plant biomass and tissue P concentrations significantly, indicating that the soils used in this study was highly P-deficient. Results from this study confirmed that low P supply improved the formation of iron plaque on rice roots. As a consequence, arsenic (As) concentrations in DCB-extracts with no P addition were significantly higher than those with P fertilization. Arsenic was highly sequestrated in iron plaque; arsenic concentration in iron was up to nearly 120 mg kg⁻¹, while arsenic concentrations in roots were just several mg kg⁻¹. Both arsenic and phosphate concentrations in iron plaque were highly positively correlated with the amounts of iron plaque (DCB-extractable Fe). Contrary to normal understanding that increasing P supply could reduced As accumulation in plants, results from the present study showed that P fertilization did not inhibit the As uptake by plants (As accumulation in aboveground), which was probably due to the fact that iron plaque formation was improved under low P conditions, thus leading to more As sequestration in the iron plaque. Thus results obtained in this study indicated that the iron plaque may inhibit the transfer of As from roots to shoots, and thus alter the P–As interaction in plant As uptake processes.     

磷和硅对土壤-烟草系统中铅迁移的影响

为探究降低土壤铅活性与烟叶铅含量的有效措施,采用盆栽法研究施磷、施硅及磷硅配施对铅在土壤-烟草系统中迁移的影响。结果表明,在非根际土壤中,施磷使土壤可交换态和碳酸盐结合态铅向铁锰氧化物结合态和残渣态铅转化,施硅使土壤可交换态铅向铁锰氧化物结合态铅转化,磷硅配施使土壤可交换态铅向铁锰氧化物结合态、有机态及残渣态铅转化。与CK相比,施磷、施硅及磷硅配施使根际土壤可交换态铅含量分别降低46.05%、14.24%和48.76%,使烟草铅总吸收量分别降低44.02%、44.04%和65.65%,使烟叶铅含量分别降低63.06%、60.37%和83.24%。施磷可通过降低土壤中铅向根部迁移的移动指数(IM,土-根)和根部向茎部迁移的移动指数(IM,根-茎)来抑制土壤中铅向叶部的迁移;施硅及磷硅配施可通过降低IM,土-根、IM,根-茎和茎部铅向叶部迁移的移动指数(IM,茎-叶)来抑制土壤中铅向叶部的迁移。施磷和施硅是降低烟叶铅含量的有效措施,且配施效果更佳。     

美洲商陆（Phytolacca Americana L.）对铀的富集特征及根际微生物群落功能多样性的响应

在模拟低(25 mg·kg-1)、中(50 mg·kg-1)、高(100 mg·kg-1)剂量铀污染的条件下,采用盆栽试验,研究了美洲商陆富集铀的特点及铀污染对根际微生物群落的影响.结果表明,铀污染对美洲商陆生长的影响可能存在一个阈值,该阈值介于25~50 mg·kg-1之间,低于该阈值时,铀污染能够促进美洲商陆的生长,反之,则会抑制美洲商陆的生长.美洲商陆成熟时,根、茎和叶的最大铀富集量分别为131.69、9.87和45.33μg,是一种较为理想的修复铀尾矿的植物.Biolog-Eco测试结果表明,土壤中铀会对美洲商陆根际微生物群落产生负效应,铀胁迫可使根际微生物代谢迟缓,对碳源的选择发生转移,对糖类、羧酸类和胺类碳源的利用显著减少,对酚酸类碳源的利用显著增加;同时,铀胁迫可导致根际微生物群落功能多样性指数、均匀度指数及优势微生物种类降低.最后,利用培养96 h的平均吸光值进行聚类和主成分分析.结果表明,铀胁迫下美洲商陆根际微生物群落异于对照,美洲商陆根际微生物对铀胁迫的适应是以降低对糖类、羧酸类和胺类等碳源的利用为代价的.     

蕹菜镉积累典型品种的根际土壤酶研究

通过在镉含量高、低不同的2种土壤上的自制根箱试验并对所种植作物的镉含量进行相关性分析,研究了两种蕹菜镉积累典型品种,强坤柳叶白骨（QK,Cd-PSC）和台湾308纯白柳叶（T-308,非Cd-PSC）的根际土壤酶区系.结果表明：品种间茎叶镉含量差异极显著;在高镉条件下,蕹菜茎叶Cd含量与根际转化酶活性呈显著正相关;在低镉条件下,与根际碱性磷酸酶活性呈显著负相关.     

三峡库区消落带4种典型植物根际土壤养分与氮素赋存形态

三峡水库消落带土壤N循环受到植被覆盖和季节性淹水的影响,对三峡水库水质具有潜在的不利影响,进行消落带植被恢复和提高土壤N保持能力成为保护库区水环境的重要措施.选择三峡库区一级支流澎溪河消落带为研究对象,分别在冲积潮土、紫色土和水稻土分布区采集狗牙根、香附子、苍耳以及玉米这4种典型植物根际、非根际土壤,分析了根际与非根际土壤理化性质与N赋存形态特征,并比较了不同植物类型根际富集效果,初步探究不同植物根际效应对消落带土壤N循环的影响.结果表明,所有植物根际土壤p H均低于非根际,有机质、全氮、全磷、速效氮均高于非根际,且根际富集率表现为香附子狗牙根玉米苍耳;不同植物根际对土壤全钾、有效磷、速效钾影响作用不一致;植物根际土壤中可转化态氮TF-N及其不同赋存形态离子交换态氮(IEF-N)、碳酸盐结合态氮(CF-N)、铁锰氧化态氮(IMOF-N)和有机态和硫化物结合态氮(OSF-N)均高于非根际土壤,植物根际效应能够改变土壤N赋存形态及其对N循环的贡献率,但狗牙根和香附子根际土壤中TF-N占TN的比率低于非根际,而玉米和苍耳相反,表明消落带玉米和苍耳覆盖加快了N素向TF-N转化,不利于土壤N素保持;消落带土壤有机质、总磷和有效磷含量与可转化态N形态显著相关,是土壤N形态转化的主要因素.研究表明,消落带狗牙根和香附子覆盖对土壤N素的保持优于玉米和苍耳,植物根际效应对消落带土壤N循环的影响为消落带植被恢复中植物选择提供了参考.     

低浓度Pb^2＋对Cd^2＋污染下冬小麦幼苗根微域土壤水解酶活性及与根微域土壤生化特征关系的影响

采用盆栽试验法探讨了Cd^2＋、低于国家“土壤环境质量标准”规定的II类土壤环境基准值300mg-kg^-1干土时的Pb^2＋与Cd^2＋复合处理对冬小麦幼苗根微域土壤磷酸酶、转化酶和脲酶活性及与根微域土壤微生物数量和生化特征关系的影响特征。结果表明：（1）Cd^2＋对冬小麦幼苗根微域土壤转化酶、脲酶和磷酸酶活性表现为显著抑制效应;而低浓度Pb^2＋主要表现为协同Cd抖污染抑制根微域土壤水解酶活性效应;（2）Cd^2＋处理下,磷酸酶活性与微域土壤有机质含量呈极显著正相关;转化酶活性与细菌、真菌和放线菌数量呈显著负相关,与有机质呈显著正相关;脲酶活性与细菌、真菌和放线菌数量及微生物量碳表现为极显著正相关;（3）Pb^2＋／cd^2＋处理下,碱性磷酸酶活性与微生物量碳表现为显著正相关;转化酶活性与全氮含量表现为显著负相关,与有机质含量呈极显著正相关;脲酶活性与全氮呈极显著正相关,与有机质为极显著负相关,总体来讲,Cd^2＋／Pb2＋与Cd^2＋处理之间酶活性与生化特征的关系存在明显差异;同时Pb^2＋／Cd^2＋处理下磷酸酶、转化酶和脲酶活性与土壤微生物数量之间的相关性特点与Cd^2＋处理下也明显不同。