通过树种选择与配置优化提高土壤磷有效性进而促进树木生长是值得关注的问题.本研究在南亚热带人工林树种多样性平台开展研究,采用随机区组的试验设计方法,选取马尾松、米老排、格木、红椎、火力楠、灰木莲、土沉香、降香黄檀8个乡土树种,建立了 1、2、4和6个树种丰富度梯度的混交造林试验,测定了根际土壤生物有效磷组分(氯化钙磷、柠檬酸磷、酶磷和盐酸磷),探究不同树种配置对根际土壤生物有效磷组分的影响.结果表明:对比非固氮树种,固氮树种(格木和降香黄檀)的混交有效增加了土壤含水率、全氮含量、全磷含量和微生物生物量磷,树种合理配置有利于土壤生物有效磷的生成积累.固氮树种混交条件下,土壤氯化钙磷含量显著增加了 46.2％～160.3％,微生物矿化产生的酶磷提高了 69.3％～688.2％,盐酸磷增加了 31.5％～81.3％;土壤微生物生物量磷提高了 81.8％～149.4％,土壤微生物量氮增加了 88.1％～160.6％.冗余和相关分析显示,土壤微生物生物量磷、速效磷、全磷、蛋白酶、纤维二糖水解酶、酸性磷酸酶、微生物生物量氮和有机碳是驱动根际土壤生物磷组分差异的关键因子;固氮树种混交提高了酶磷和柠檬酸磷含量,这两种生物有效磷组分含量与林分树木胸高断面积呈显著正相关.固氮树种(格木)混交有效提升了根际土壤生物有效磷含量,有利于促进林分树木生长.

[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.

为发挥微生物资源在地理标志特色农产品品牌维护中的作用,采用高通量测序技术分析天津市西青区沙窝萝卜根际细菌多样性和群落结构,通过纯培养根际土壤细菌对樱桃萝卜果实质量与黄酮、多酚、维生素C、可溶性糖含量的影响评估根际微生物与沙窝萝卜品质的关系.结果表明沙窝萝卜根际土壤样本中的细菌主要来自5门9属,其中假单胞菌属(Pseudomonas)、芽胞杆菌属(Bacillus)、糖单胞分泌菌属(Saccharimonad-ales)为核心细菌群落.通过纯培养共获得39株可培养细菌菌株.经过筛选,获得7株具有固氮、解磷或产生长素综合水平较高且具有促生功能的菌株,包括菌株J3、J5、H11、X3、X6、X10、X13.根据16S rRNA基因序列鉴定这些菌株为奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)、嗜虫假单胞菌(Pseudomonas entomophila)、巨大芽胞杆菌(Bacillus megaterium)、蜡状芽胞杆菌(B.cereus)、惠州芽胞杆菌(B.huizhouensis)、地形变形杆菌(P.terrae)和粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens).盆栽试验结果表明,施用7株菌株可以促进樱桃萝卜生长或改善果实品质.其中,菌株H11、J5、X13可分别提高樱桃萝卜果实重量47％、45％和42％;菌株H11和J5可提高樱桃萝卜黄酮含量47％和40％,菌株J5和X6可提高樱桃萝卜多酚含量70％和67％;菌株X6对果实中维生素C含量影响较大,较对照组提高了近3倍,达(24.60±5.07)mg/100 g,菌株H11处理后果实中可溶性糖含量较对照组提高了2.7倍.研究结果表明,挖掘沙窝萝卜根际土壤微生物资源有助于利用细菌群落制定有效和可持续的作物田间管理策略.

[目的]探究产胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)菌株在促进盐碱土中植物生长,改善土壤性能等方面的影响,为研制适用于盐碱土壤修复的微生物菌剂奠定基础.[方法]从新疆喀什地区盐碱草地根际土壤中筛选产胞外多糖菌株,基于 16S rRNA基因序列比对及系统发育分析对产胞外多糖菌株进行种属鉴定,采用单因素和响应面法优化最高产菌株的培养基组分,通过接种试验评估其对盐碱土栽培植物的促生效果及土壤团聚体的影响.[结果]共筛选出 19 株具有产胞外多糖能力的菌株,隶属于7 个菌属,以假单胞菌属(Pseudomonas)占绝对优势.菌株产糖量介于 236-1 544 mg/L,尤以泛菌属Pantoea MQ A0 产糖量最高,且兼具固氮、产吲哚乙酸(IAA)和铁载体、解磷等功能.MQ A0 的最适产糖发酵培养基为甘油 12.5 mL/L,蛋白胨 9.0 g/L,酵母粉 5.5 g/L,CaCO3 5.1 g/L,在此条件下菌株产糖量达 2 436 mg/L,较优化前增加 57.8%.接种MQ A0 发酵液使盐碱土栽培的玉米株高、鲜重、茎粗、须根数和总根长分别提高 41.2%、203.0%、42.7%、30.4%和 99.7%;粗多糖提取液对土壤团聚体的形成也有显著促进作用(P<0.05).[结论]高产胞外多糖菌株MQ A0 兼具多种促生特性,在促进盐碱土中植物生长和土壤改良方面效果显著.

[目的]挖掘无量山国家自然保护区潜在的高活性微生物菌株,旨在为农业绿色投入品研发提供高效的菌种资源.[方法]以番茄枯萎病菌(Fusarium oxysporum)为靶标筛选高拮抗活性菌株,观察对菌丝生长的影响,测定对孢子萌发的抑制作用;检测脂肽类化合物合成基因以及菌株体外产酶、解磷、解钾、固氮及产铁载体能力;结合形态学、生理生化特征和 16S rRNA、gyrA、rpoB基因进行菌株鉴定,室内盆栽试验验证防病和促生效果.[结果]分离筛选获得 153 株可培养细菌,其中,菌株SH-53、N4471 和N9456 抑菌效果分别为 92.35%、87.29%和 88.47%,能抑制病原菌菌丝生长和分生孢子萌发,且对多种病原菌表现出良好拮抗活性.3 株功能菌均具有溶锌、产淀粉酶和蛋白酶的能力,菌株SH-53 和N4471 还具有解磷、固氮、分泌纤维素酶以及产铁载体能力.3 个功能菌基因组中均含有srfA、fenA、ituA、ituC、ituD、bymC等脂肽类化合物合成基因.经鉴定菌株SH-53 为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens),N4471 为卡式芽孢杆菌(B.cabrialesii),N9456 为暹罗芽孢杆菌(B.siamensis).盆栽试验结果表明,3 株功能菌防效分别为 84.66%、54.96%和 59.74%,对番茄幼苗的株高、茎粗、根长等农艺性状均具有较好促进作用.[结论]3 个菌株具有高效、广谱的抑菌活性,具有多样化的生物活性,作为高效的微生物资源具有广阔的应用前景.

[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.

生物土壤结皮在黄土高原的水土保持、养分补给等方面发挥着重要生态功能.固氮微生物是固氮过程的关键功能群,影响着土壤氮素平衡,然而黄土高原水蚀风蚀交错区严重的水土流失导致土壤养分大量损失,尤其是氮素.该区域生物结皮广泛发育,它们在干旱半干旱区土壤氮素积累过程中起着重要作用.但是该区域生物结皮不同发育阶段中的固氮潜力、固氮微生物群落多样性及其关键环境控制因子尚不清楚.以黄土高原水蚀风蚀交错区为研究区,三种生物结皮类型和裸地对照为研究对象,采用Illumina HiSeq平台对nifH基因扩增产物进行生物信息学分析,揭示了固氮潜力及微生物群落多样性的分布规律.结果表明,生物结皮演替显著影响固氮酶活性、nifH基因丰度和固氮微生物α-多样性,各值均在苔藓结皮最高,显著高于其它演替阶段,且生物结皮层高于结皮下层土壤.在固氮微生物群落组成上,裸地以变形菌门的红螺菌目、酸硫杆菌目和根瘤菌目为主;而在藻结皮、地衣结皮和藓结皮阶段,均表现为蓝藻门的念珠藻目占绝对优势,是固氮微生物的关键类群,其中Trichormus、念珠藻属是优势固氮物种;与藻结皮、地衣结皮相比,藓结皮中念珠藻目的相对丰度显著降低,而变形菌门的红螺菌目、酸硫杆菌目和根瘤菌目的丰度明显上升.除此之外,蓝杆藻属、鱼腥藻属、斯克尔曼氏菌属、瘤胃梭菌属在藻结皮、地衣结皮、藓结皮也占明显优势.念珠藻目以及Trichormus的丰度与固氮酶活性、nifH基因丰度呈显著正相关关系,而与红螺菌目、酸硫杆菌目、梭菌目、根瘤菌目呈显著负相关;Trichormus相关的物种在黄土高原生物结皮氮输入过程中可能发挥着关键作用.生物结皮演替通过改变土壤pH值、有机质、全氮、含水量等理化特征而影响了微生境,通过环境筛选和物种重排作用对固氮微生物群落进行综合调控,其中pH与土壤全氮(TN)发挥着关键作用.

[背景]解析植物微生物群落结构是利用微生物组工程强化植物抗生物和非生物胁迫水平、提高农林产品质量和品质的基础.固氮根瘤是沙棘具有抗旱、抗寒和抗贫瘠等多种优良生物性状的关键.[目的]比较分析沙棘根际土和根瘤内细菌群落结构的组成及影响因素,为揭示沙棘-弗兰克氏菌共生和植物-微生物互作协同抗逆机制提供理论基础.[方法]从辽宁、陕西和山西采集样品,通过 16S rRNA基因 V3-V4 可变区的高通量测序技术,采用生物信息学方法比较分析沙棘根际土和根瘤内细菌群落组成和丰度差异,并探索土壤土理化性质对根际土细菌群落结构的影响.[结果]沙棘根际土和根瘤内的细菌群落均以放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)为主要优势菌门,且根瘤内弗兰克氏菌属(Frankia)为绝对优势菌属;根际土前 10 个优势菌门的丰度在三地样品间均存在显著差异,仅存在唯一共有的优势菌属(鞘氨醇单胞菌属,Sphingomonas),且前 35 个优势属中有 27 个属在三地间存在明显丰度差异;土壤pH和速效钾是沙棘根际土细菌群落多样性的主要影响因子;根瘤内优势门和属在三省份间存在高度的保守性,仅异根瘤菌属(Allorhizobium)存在显著丰度差异;受宿主选择的影响,根际土和根瘤内细菌多样性和丰富性存在不完全的统一性.[结论]沙棘根际土细菌群落多样性受土壤pH和速效钾的强烈影响,沙棘根瘤通过自宿主选择从根际土中筛选获得相对保守和稳定的细菌群落.

[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.

微生物残留物是土壤稳定性碳库的重要组成部分,然而其对固氮树种的响应还不清楚.以辽东山区日本落叶松(Larixkaempferi)人工纯林和落叶松-赤杨混交林为研究对象,以氨基糖作为微生物残留物的生物标识物,研究了赤杨对落叶松人工林根际和非根际土壤氨基糖积累的影响.结果表明,混交林中落叶松根际和非根际各氨基糖单体含量均显著高于纯林,说明赤杨引入有利于土壤微生物残留物的积累.其中,混交林落叶松根际及非根际土壤氨基糖葡萄糖含量分别比纯林高出99.5％(P＜0.01)和154％(P＜0.01);胞壁酸含量分别比纯林高出66.1％ (P＜0.01)和132.3％(P＜0.01).赤杨引入对氨基葡萄糖/胞壁酸比值的影响不显著,但显著增加氨基糖对土壤有机碳的贡献.冗余度分析表明全氮是驱动土壤中氨基糖发生变化的主要因子.表明赤杨引入显著提高微生物固持的土壤碳库和有机碳稳定性,这对落叶松人工林合理经营具有重要意义.