新疆野苹果(Malus sieversii)根际固氮菌(NFB)、解磷菌(PSB)及解钾菌(KSB)的定植数量,不仅影响植物补充养分,促进生长,也可以诱导系统抗性(ISR),提高抗性抑制疾病.因此,探讨新疆野苹果根际NFB、PSB及KSB定植数量对生理指标的影响,确定野苹果生长较好时根际微生物数量,对研究其氮、磷、钾的吸收至关重要.该研究以新疆8个自然种群新疆野苹果根际土壤及植株叶片为实验材料,分离NFB、有机解磷菌(oPSB)、无机解磷菌(iPSB)及KSB,估算功能菌株数量并测定新疆野苹果叶片生理指标,叶片及土壤中氮、磷、钾含量.结果表明:(1)8个种群新疆野苹果根际4种功能菌株定植总数量存在极显著差异,其中新源县野果林种群oPSB、iPSB、NFB及4种功能菌株定植总数最多,巩留县那孜工队种群KSB定植数量最多;(2)4种功能菌株总数、PSB数量与新疆野苹果叶片过氧化氢酶活性呈正相关关系,KSB数量与其叶片氧化还原酶活性呈正相关关系.证明新疆野苹果根际氮、磷、钾活化菌定植数量与其抗性存在关联.(3)在营养生长方面,oPSB数量反映叶片磷和氮含量;iPSB数量反映土壤磷含量,oPSB和NFB数量反映土壤氮含量;KSB数量反映叶片和土壤钾的含量;(4)定植数量分别在7.08 × 104 CFU·g-1(NFB)、2.7 × 107CFU·g-1(PSB)及4.98 × 105CFU·g-1(KSB)时,叶片及土壤中氮、磷、钾含量较高,新疆野苹果营养生长最佳.研究确定了野苹果生长较好时根际微生物数量,以期为施用功能菌株的接种量提供理论依据,也为新疆野苹果林生态保护提供参考.

低甲烷排放转基因水稻是实现水稻低碳生产的理想材料.土壤微生物驱动了稻田甲烷的产生,低甲烷排放转基因水稻土壤微生物群落组成的变化不仅影响稻田甲烷排放,也关系到土壤微生态系统的稳定性.通过对细菌16S rRNA基因、真菌ITS基因的高通量测序及mcrA、nifH、amoA和nirS等功能基因的荧光定量PCR,分析了低甲烷排放转基因水稻(86R27-3)与野生型水稻(MH86)土壤微生物群落间的差异.结果显示:稻田土壤细菌群落的α-多样性指数在86R27-3与MH86间无明显差异,且仅在水稻分蘖期86R27-3的土壤真菌群落多样性指数Shannon、Simpson及均匀度指数Pielou_e显著高于MH86(P＜0.05);β-多样性分析表明土壤细菌或真菌群落组成在86R27-3与MH86间均没有显著差异;但在水稻齐穗期:86R27-3 土壤的放线菌门(Actinobacteria)、罗泽真菌门(Rozellomycota)的相对丰度显著高于MH86(P＜0.05),而酸杆菌门(Acidibacteria)、子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度显著低于MH86(P＜0.05);土壤微生物群落功能预测显示,86R27-3 土壤氮、硫和锰代谢细菌功能群丰度显著低于MH86(P＜0.05),如分蘖期的土壤硝酸盐还原、硝酸盐呼吸、硫代硫酸盐呼吸及硫呼吸,齐穗期和成熟期的好氧亚硝酸盐氧化及成熟期的锰氧化等;与MH86相比,86R27-3的土壤真菌功能群丰度有减有增,如在水稻不同生育期内的其未定义腐生物银耳目、嗜热囊菌科、镰刀菌属及韦斯特氏菌功能群丰度显著降低(P＜0.05),而其分蘖期的动物内共生体腐生生物毕赤酵母属和未定义腐生物马勃科功能群丰度显著提高(P＜0.05).定量PCR分析表明86R27-3 土壤中的产甲烷细菌mcrA基因丰度显著低于MH86(P＜0.05),同时,土壤固氮菌nifH基因、氨氧化细菌amoA基因及反硝化细菌nirS基因的丰度在86R27-3土壤中也显著降低(P＜0.05).综上所述,低甲烷排放转基因水稻(86R27-3)对土壤细菌或真菌的群落组成没有影响,但可引起主要细菌或真菌种类的相对丰度及某些细菌或真菌功能群丰度发生变化,并显著降低了稻田土壤微生物功能基因丰度.

根际是植物根系和土壤微生物进行物质交换和能量流动的重要场所,根际固氮微生物对植物获取氮素具有重要作用.本研究以闽西三明市森林生态系统与全球变化研究站(SM)、龙岩市上杭白砂国有林场(BS)和南平市武夷山国家森林公园(WYS)3个典型林场的杉木人工林根际土壤为对象,利用荧光定量PCR和高通量测序,以nifH基因为标靶,研究杉木人工林根际土壤固氮菌丰度和群落特征及其环境驱动因子.结果表明:SM的土壤pH值及C∶N和C∶(N∶P)均显著低于BS和WYS.SM的nifH基因丰度为6.38× 108 copies·g-1,显著低于 BS 的 1.35×109 copies·g-1 和 WYS 的 1.10×109 copies·g-1;SM 的根际土壤固氮菌群落的α多样性指数也低于BS和WYS.BS和WYS根际土壤固氮菌群落结构具有较大的相似性,但与SM显著不同.3个采样点获得的固氮菌序列分属5门8纲15目23科33属,且均以变形菌门、α-变形菌纲、慢生根瘤菌属为优势类群.土壤pH值、有效磷、硝态氮和C∶(N∶P)是影响nifH基因丰度和群落特征的重要因素,其中土壤pH值是主控因素.综上,杉木人工林根际土壤的固氮菌丰度和群落结构在空间上存在较大差异,土壤pH值是最重要的调控因子.

[目的]酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)是一类低pH、高硫酸盐浓度和重金属富集的废水.探究成熟期水稻根区土壤固氮菌群落的丰度和组成及其对AMD的响应,并阐明土壤固氮菌群落结构变化的主要驱动因素.[方法]对取自安徽省铜陵市矿区受AMD污染和未受污染的稻田土壤进行水稻盆栽试验,设置 3 组不同处理(A:AMD浇溉污染土、B:清洁水浇灌污染土、CK:清洁水浇灌未污染土),采用nifH基因高通量测序技术分析不同处理下的成熟期水稻根区土壤固氮菌群落特征.[结果]AMD污灌使得水稻根区土壤中SO42-、NO3-、重金属的含量显著上升,土壤酸化且固氮菌群落的多样性下降.水稻根区土壤的优势固氮菌包括Anaeromyxobacter、Geobacter等,CK处理中富集的固氮菌群数量显著高于A、B处理,且B处理中主要富集疣微菌门,CK处理中主要富集变形菌门.pH和重金属Cu、Pb、Zn是驱动水稻根区土壤固氮菌群落结构的主要因素.具有硫还原功能的Desulfovibrio和Desulfurivibrio对氮的变化贡献明显.[结论]AMD对水稻根区土壤化学性质和固氮菌产生显著影响,恢复清洁水灌溉可促进固氮菌的恢复.

为揭示罗汉松土壤微生物对不同氮磷钾养分水平的响应及规律,该研究以两年生罗汉松(Podocarpus macrophyllus)幼苗为试验树种,采用L9正交试验控制盆栽土壤的氮磷钾养分水平梯度,使用稀释平板涂布法和Biolog-ECO微平板法探讨不同土壤氮磷钾养分水平对罗汉松土壤微生物量和群落多样性及其对6种碳源的利用特征.结果表明:(1)随氮添加量的增加,土壤细菌(P＜0.05)和放线菌数量(P＜0.001)减少,真菌(P＜0.001)及固氮菌数量(P＜0.01)显著增加,土壤微生物群落的Pielou指数(P＜0.001)降低,Simpson指数(P＜0.05)和McIntosh指数(P＜0.001)升高,从而降低了土壤微生物对6种碳源的利用强度,特别是对难利用碳源胺类(P＜0.001)、羧酸(P＜0.001)、聚合物(P＜0.001)及其他化合物(P＜0.001)的利用强度显著降低.(2)磷添加量的增加显著降低了土壤微生物群落的Shannon指数(P＜0.05).(3)钾添加量的增加显著降低了土壤微生物群落的Shannon指数和Pielou指数及微生物群落对碳水化合物和氨基酸(P＜0.01)两类易利用碳源的强度.综上所述,氮添加和钾添加是影响罗汉松土壤微生物群落功能多样性的主要因素,在罗汉松培育时应注意少量多次施肥,降低氮和钾的添加量,适当提高磷添加量,以促进罗汉松的生长及其可持续培育.该研究从微生物的角度为罗汉松施肥及管护提供了理论依据.

近年来,由于林地开发和商品林建设等原因,我国亚热带地区大量天然林和次生林经皆伐改造为林分结构简单、树种单一的人工林.氮(N)素是维持森林植被生长和系统初级生产力的重要因子,土壤微生物驱动了森林土壤N转化的关键过程.然而,目前亚热带森林转换对土壤N转化微生物群落的影响仍不清晰.以湖南芦头森林生态系统国家定位观测研究站内典型次生林(CS)及由其转换而成的油茶(YC)、黄桃(HT)、杨梅(YM)和杉木(SM)四种人工林为研究对象,采用实时荧光定量PCR和高通量测序等方法,研究了各林分土壤性质、固N菌和氨氧化微生物功能基因丰度、群落特征及相互关系,旨在探讨亚热带森林转换后土壤N转化关键过程(固N和氨氧化作用)的功能微生物群落变化及驱动因素.结果表明:森林转换显著改变了土壤碳(C)、N含量,降低了土壤nifH基因丰度、固N菌和氨氧化细菌的群落α多样性,但提高了氨氧化微生物amoA基因丰度和氨氧化古菌的群落α多样性;并且,森林转换通过改变各功能微生物优势菌群(如变形菌、蓝细菌、泉古菌和奇古菌等)的相对丰度,显著影响了土壤固N菌和氨氧化微生物的群落组成;冗余分析和结构方程模型表明,土壤有机碳、全氮、铵态氮含量和pH是驱动土壤固N菌和氨氧化微生物群落变化的关键因素.森林转换后,合理的施肥方式有利于人工林土壤固N菌和氨氧化微生物的群落恢复.研究结果为转换后单一人工林土壤养分恢复、生产力的提高和可持续经营提供了科学依据.

[目的]从无量山国家级自然保护区森林根际土壤发掘具有多种生物活性的功能菌株,探究其开发应用潜力.[方法]采集无量山地区 25 个区域植物的根际土壤,采用选择培养基,分离鉴定磷酸盐溶解、固氮、溶锌和拮抗等活性菌株,进一步测定菌株分泌铁载体、ACC脱氨酶和吲哚乙酸等生物活性,并验证促番茄种子发芽和生长效果.[结果]分离鉴定得到解磷菌 70 株,固氮菌 27 株,解钾菌 8 株,拮抗镰刀菌的菌株 51 株.其中,YIM B08401 和YIM B08402 形态学结合生理生化特性和 16S rDNA序列测序,鉴定为白色伯克霍尔德氏菌(Burkholderia alba)和青岛假单胞菌(Pseudomonas qingdaonensis),两个菌株均具有磷酸盐溶解、固氮、溶锌和分泌铁载体的活性,最大可溶性磷含量为(455.63±59.65)mg/L和(878.95±64.78)mg/L;两株菌的促种子发芽试验结果接近,施加稀释 10 倍、102 倍和 103 倍的发酵上清液后,发芽率都维持在 82%-93%,明显高于对照组的 56%和 49%,施加菌株发酵液的处理组相较于空白对照组的长度都有显著增加.盆栽实验证明,两株菌株促生效果最明显的处理组在地上部长度、鲜重、干重、茎粗、根长、根鲜重、根干重方面的数据都显著优于对照组,YIM B08401 的上述指标相对于对照组分别显著增加了 89%、495%、268%、62%、53%、385%和 469%,YIM B08402 的上述指标相对于对照组分别显著增加了 118%、528%、477%、55%、37%、413%和 747%.此外,菌株YIM B08401 还具有拮抗病原菌和分泌ACC脱氨酶活性,YIM B08402 则还具有分泌吲哚乙酸的活性.[结论]无量山森林根际土壤蕴含具有多种生物活性的功能菌株,白色伯克霍尔德氏菌(B.alba,YIM B08401)和青岛假单胞菌(P.qingdaonensis,YIM B08402)具备开发为新型微生物肥料的应用潜力.

核桃和刺梨是西南山区栽培的2种重要乔灌果树,二者在该区域存在复合种植.本研究以贵州地区具有代表性的核桃('黔核7号')/刺梨('贵农5号')复合种植模式为对象,研究了复合种植7年时刺梨的生长、产量、果实品质、光合作用及土壤肥力等情况.结果表明:与单一种植模式相比,复合种植中刺梨叶片光合色素含量和光合速率显著降低;刺梨长势和产量显著下降,其中产量下降高达77.7％;刺梨的果实品质有所提升,果实中抗坏血酸(Vc)、总酚、糖类物质以及钾、钙、镁、铁、锰、锌等含量显著提高,其中果实Vc和锰含量分别提高34.1％和64.1％.复合种植刺梨土壤中全氮、有效态氮和有效态钾含量分别提高45.8％、34.8％和67.8％;土壤微生物数量和功能菌数量也明显增多,其中细菌和真菌的增幅均达36.0％以上,钾细菌和固氮菌分别提高71.3％和124.8％;土壤有机质、碳氮比、全磷、全钾及有效态矿质养分(磷、钙、镁、铁、锰、铜、锌)含量下降;除土壤脲酶和过氧化氢酶活性提高外,其余土壤酶(蔗糖酶、纤维素酶、蛋白酶、磷酸酶)活性都显著降低.综上,在核桃/刺梨复合种植林中,随着核桃植株的不断生长,其对刺梨存在明显的遮阴和土壤肥力竞争,从而影响了刺梨产量,但对刺梨果实品质存在一定的改善作用.

[背景]菊科(Asteraceae)外来入侵植物欧洲千里光(Senecio vulgaris L.)来源于欧洲,广泛分布于我国西南和东北地区,在湖北高海拔山区也有分布.在入侵过程中,内生细菌可能在其获取氮磷营养方面起到了一些关键性作用.[目的]探究欧洲千里光内生固氮菌和溶磷菌的多样性和功能,为理解其入侵机制及防治提供参考.[方法]选择来自 6 个不同种群的种子,萌发后转移到花盆生长 6-8 周,并从每个种群中各挑选 9 株生长情况良好的植株,对其叶片和根组织表面进行消毒处理.使用基于 nifH 基因(固氮功能基因)的高通量测序方法对植物的固氮微生物群落结构和多样性进行研究.通过涂布平板法和平板划线法,在固体无氮培养基(Ashby)和无机磷培养基(inorganic phosphate,NBRIP)上对植物内生菌进行分离、纯化,对纯化的固氮菌株和溶磷菌株进行16S rRNA基因测序.采用钼锑抗比色法分析纯化溶磷菌株的溶磷能力.[结果]基于nifH基因的内生菌高通量测序结果表明,欧洲千里光叶样本中固氮菌多样性显著高于根样本;固氮菌群落中丰度最高的属是慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium,30.9%-34.0%),其次是伯克氏菌属(Burkholderia,27.2%-27.4%)、Methyloversatilis(2.1%-7.1%)和固氮螺菌属(Azospirillum,2.9%-3.9%);共 6 个门,其中变形菌门(Proteobacteria)在所有样本内相对丰度均达 90%以上.用Ashby培养基筛选得到 238 株纯菌,分布在 4 门 7 纲 10 目 16 科 19 属,其中丰度前 5 的优势菌属包括微杆菌属(Microbacterium,31.0%)、芽孢杆菌属(Bacillus,24.8%)、假单胞菌属(Pseudomonas,22.1%)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas,6.2%)和类芽孢杆菌属(Paenibacillus,2.8%).用NBRIP培养基筛选共得到 318 株菌株,鉴定这些内生菌覆盖到 3门 5 纲 7 目 15 科 16 属,其中丰度前 5 的优势菌属包括芽孢杆菌属(48.4%)、假单胞菌属(19.2%)、微杆菌属(15.2%)、类芽孢杆菌属(3.6%)、不动杆菌属(Acinetobacter,3.6%).挑选了 24 株代表性菌株对溶磷能力进行了定性及定量检测,结果表明有 17 株具备显著的溶磷能力,而且细菌培养过程中培养基pH值下降.[结论]欧洲千里光内生固氮菌和内生溶磷菌具有丰富的多样性,并且溶磷菌具有一定的溶磷能力,在欧洲千里光的入侵过程中可能起着促进作用.

[背景]植物可通过改变根际微生物群落结构来减轻胁迫,但盐碱胁迫下小麦生长和根际细菌群落结构变化尚待明晰.[目的]明确盐碱胁迫下小麦幼苗生长及根际细菌群落结构变化.[方法]以添加NaCl和Na2CO3 调节Hoagland营养液Na+浓度和pH来模拟盐碱胁迫,通过MiSeq高通量测序分析细菌群落结构.[结果]与无胁迫对照相比,单纯盐胁迫使小麦幼苗地上和地下部干重、叶绿素和根际土壤速效氮含量分别显著降低了 25.0%、57.1%、21.2%和 42.9%(P＜0.05);小麦幼苗生长指标和根际土壤速效氮、速效磷、有机质含量及酶活性(除过氧化氢酶)随碱度升高而降低;所有处理的小麦幼苗根际优势菌门(丰度 7.1%-71.5%)均为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes),优势属(丰度 0.5%-5.1%)有肠杆菌属(Enterobacter)、嗜多甲基菌属(Methyloversatilis)、固氮菌属(Azotobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)和异根瘤菌属(Allorhizobium).盐碱胁迫未显著影响根际细菌Shannon指数和Chao1 指数,但显著影响群落结构;盐胁迫显著提高了黄杆菌属、假单胞菌属、嗜多甲基菌属、固氮菌属和一些未分类属的丰度,而肠杆菌属和新草螺菌属、拟杆菌门丰度随碱浓度增加而显著提高.[结论]盐碱胁迫显著抑制小麦幼苗生长并改变了根际细菌群落结构,丰度随碱胁迫加重而显著提高的肠杆菌等类群可能是促进盐碱胁迫下小麦生长和提高其盐碱地产能的重要微生物资源.