为进一步推进现代蓝藻分类系统单系化发展,研究对从宁夏沙坡头的土壤结皮样本中分离纯化得到CHAB7530和CHAB7535两株丝状蓝藻进行了研究.该藻株在形态学上与束鞘丝藻类(Coleofasciculus-like)和微鞘藻类(Microcoleus-like)的物种相似,基于16S rRNA 基因的序列分析表明,CHAB7530和CHAB7535与帕斯结席藻(Crustifilum hispaliculae Moreira-Fernandes,Giraldo-Silva,D.Roush&Garcia-Pichel 2021)的序列相似性达99.7%—99.9%,系统发育分析表明它们与结席藻属(Crustifilum)聚集并形成支持度良好的进化分支.此外还补充了该物种的ITS二级结构数据.结合分子、形态学和生态学数据的多相方法分析表明CHAB7530和CHAB7535为帕斯结席藻(C.hispaliculae),该属种是中国新记录属种.文章还结合系统发育分析结果,对先前从Microcoleus steenstrupii 复合体中独立出来的部分属(例Parifilum)进行了分类学的修改建议讨论.

藻类结皮形成和发育,能够提高土壤稳定性并增加土壤有机质含量,为微生物生长、繁殖和草本植物拓殖创造条件.因此,藻类结皮潜在功能对后续生物结皮及生态系统演替具有重要意义.然而,古尔班通古特沙漠藻类结皮营养循环相关微生物及潜在功能机制尚不清楚.以古尔班通古特沙漠不同区域藻类结皮为研究对象,采用宏基因组测序技术,研究藻类结皮微生物群落及碳氮循环功能基因特征.研究结果表明蓝藻菌门、变形菌门、放线菌门是藻类结皮中主要微生物类群,在沙漠固碳和氮循环中起到重要作用.微生物α多样性结果显示仅物种丰富度指数在三个区域内存在显著差异.β多样性结果显示藻类结皮未因沙漠局部气候及理化因子差异产生微生物群落分化.而微生物群落功能基因对环境变化响应要比微生物群落更为敏感,沙漠东部和西部藻类结皮功能基因产生显著分化.三个区域微生物功能基因中还原型三羧酸循环是自养生物固碳主要途径,而卡尔文循环是光合生物固碳的主要途径,其中rpiA和rbcS基因更易受到降水影响.鞘脂单胞菌属、念珠藻属和伪枝藻属在参与固碳过程中表现出的差异,可能是导致固碳功能基因产生分化的原因之一.氮循环主要途径以硝酸盐还原为主,大部分氮素通过硝酸盐同化作用被土壤微生物转化为铵盐,少量氮素被反硝化为一氧化二氮和一氧化氮流失.沙漠藻类结皮固氮作用较弱,仅有念珠藻属和伪枝藻属参与,且存在nifH、nifD、nifK三个功能基因.这些固氮功能基因更易受到土壤中硝态氮含量的影响.硝化过程仅注释到氨单加氧酶或甲烷单加氧酶编码pmoABC-amoABC基因,而hao和nxrA、nxrB基因均未注释获得.

雨水蓄集系统是黄土丘陵区广泛用于提高水资源利用效率、减少水土流失的生态工程措施,而生物结皮作为一种潜在的集雨面制作材料,其集雨汇流的效果及关键影响因子尚不明确.本研究针对黄土丘陵区风沙土发育的藻类和藓类生物结皮,以裸土为对照,分别开展了 40、60、80和100 mm·h-1降雨强度下的野外模拟试验,比较了不同降雨强度条件下裸土与生物结皮集雨面的初始产流时间、累积集雨量和集雨效率的差异,并进一步揭示了影响生物结皮集雨效果的关键因子.结果表明:生物结皮集雨面显著降低了初始产流时间,且藓结皮效果显著优于藻结皮.当雨强为40～100 mm·h-1、坡度为40°时,藓结皮的初始产流时间比藻结皮和裸土分别降低了 49.7％～77.5％和89.7％～110.0％.生物结皮集雨面显著增加了累积集雨量和集雨效率.当雨强为100 mm·h-1、坡度为40°时,与裸土相比,藓结皮和藻结皮的累积集雨量分别增加了29.6％和7.8％,集雨效率分别提高了 25.7％和6.8％.方差分析表明,坡度、雨强和地表覆盖类型均能显著影响集雨效率,且除坡度与雨强外其他因素间交互作用显著.此外,集雨面坡长、坡度及生物结皮培育方式等是布设集雨小区时需统筹考虑的关键影响因子.综上,黄土丘陵区生物结皮集雨面具有良好的集雨效率且藓结皮集雨效果更佳,随着坡度和雨强增加其集雨效率更优.

为揭示不同种源和家系红皮云杉(Picea koraiensis)细根(直径≤2 mm)形态和生物量垂直分布特征,以黑龙江省林口县青山林场4个种源(纬度从低到高分别为穆棱、林口、金山屯、乌伊岭)30个家系的24年生红皮云杉试验林为研究对象,采用根钻法研究了不同土壤深度(h)(表层:0

苔藓结皮作为生物土壤结皮演替的最高阶段和生物量的最主要贡献者,对维持荒漠地表稳定和改善微环境具有重要作用.齿肋赤藓Syntrichia caninervis Mitt.作为荒漠苔藓结皮的优势种,是不可多得的开展抗逆性资源研究的重要材料.研究对齿肋赤藓进行不同NaCl浓度(0、200、300和400 mmol/L)和不同胁迫时间(处理1 d、2 d、3 d、5 d、7 d和14 d)处理,主要从结构特性和生理特性对其膜结构进行研究.结果表明:齿肋赤藓在中浓度NaCl胁迫(200 mmol/L和300 mmol/L)下均未观察到电导率显著变化,而随着胁迫时间的增加,细胞超微结构发生明显变化,特别在高浓度NaCl胁迫(400 mmol/L)下,细胞发生严重的质壁分离,叶肉细胞部分发生死亡,且出现大量泡状结构,而叶绿体大部分解体,片层结构消失,淀粉粒数量增加且体积变大,但这一过程中没有膜损坏的直接证据.据此关于齿肋赤藓耐受NaCl胁迫的膜结构稳定性有2种可能推测:(1)齿肋赤藓具有特殊的形态和解剖特征,例如:细胞壁较厚,且存在角隅加厚现象,使其能够在恶劣的盐胁迫环境下生存,并保留细胞结构完好无损;(2)在NaCl胁迫过程中,快速且持续的增加可溶性糖("组成性"保护物质)和游离脯氨酸,有助于提高细胞膜的稳定性.荒漠苔藓齿肋赤藓虽然没有被定义为盐生植物,但以上研究结果表明,齿肋赤藓可以作为一种新的模式物种展开关于盐胁迫方面的研究.

为了探究沙漠不同生物土壤结皮类型覆盖下土壤有机碳(SOC)垂直分布特征及与土壤理化因素的关系,解析影响因素,以古尔班通古特沙漠腹地藻类、藓类生物土壤结皮和裸沙三种不同地被覆盖类型为研究对象,通过野外采集不同类型结皮样品及其下层 0-2 cm、2-5 cm、5-10 cm、10-20 cm、20-30 cm、30-50 cm、50-70 cm以及70-100 cm土层土壤(裸沙对照),测定不同土层的SOC含量及土壤理化指标,开展相关研究.结果表明:(1)不同地被类型下 0-100 cm SOC含量随着土壤深度增加呈减小的趋势,在 10-30 cm 土层存在SOC含量升高的现象,藓类、藻类和裸沙三种地被类型 0-100 cm土层SOC含量范围分别在:1.61-2.70、1.41-2.56、1.21-1.92 g/kg;(2)不同地被类型下同一土层SOC含量在 0-5 cm土层存在显著差异,5-100 cm土层SOC整体无显著差异,同层SOC含量均表现为:藓类＞藻类＞裸沙对照;(3)Pearson法分析结果表明不同地被覆盖下SOC含量与养分(全氮、全磷)呈现正相关关系,与pH和电导率(EC)呈现负相关关系.通过结构方程模型结果表明,土壤养分和粒径(砂粒占比)是影响垂直分布的主要因子,其中粒径是裸沙和藻类的最主要影响因子,藓类最重要的影响因子是养分(全磷).生物土壤结皮的发育会逐步提高土壤碳的积累,改变SOC的垂直分布特征,对SOC的影响主要集中在 5cm以上土层,土壤理化特征对垂直分布特征具有调控作用.

生物土壤结皮对干旱半干旱地区生态环境健康及可持续发展有重要意义.具鞘微鞘藻、伪枝藻、念珠藻和鱼腥藻是生物结皮中蓝藻的优势种,对其大规模培养有着广阔的应用前景.以4种蓝藻为材料,采用室内液体培养方法,研究了 5个温度(10、20、25、30、35℃)和5个溶液初始pH(4、6、8、10、12)对4种藻生物量和溶液pH的影响.结果表明:在20 ℃以下温度培养,供试4种藻生物量增长缓慢,在25～35 ℃下4种藻均能正常生长,其中25和30 ℃下藻类生物量增长最快.不同藻种的最适培养温度略有区别,伪枝藻和念珠藻最适培养温度为25～30℃,具鞘微鞘藻和鱼腥藻为30℃.供试4种藻对溶液pH有极强的调节能力,均能够在5个初始pH环境中进行增殖,在初始pH为4的培养环境下能达到最大生物量和比生长速率,在初始pH为12下生物量和比生长速率最低.研究为生物结皮中优势藻的扩繁提供了科学依据.

生物结皮是黄土高原常见的地表覆被物,在灌草群落下方及植被间空地上广泛发育,深刻影响着灌草植物种子的二次扩散和定居,但目前针对生物结皮对种子二次扩散影响的研究较少,且种子二次扩散的主导因素尚不明确.该研究以风沙土和黄绵土上的生物结皮(藻结皮和藓结皮)为对象,以无结皮为对照,利用倾斜摄影测量法测定了地表粗糙度,并通过风力扩散实验测定地表粗糙度对6种不同形态灌草植物种子的移位率、损失率和扩散距离的影响,继而结合Spearman相关性分析,研究灌草种子在生物结皮表面扩散的主导因素.研究结果表明:(1)与无结皮相比,风沙土藻结皮和藓结皮的地表粗糙度分别增加了6.69倍和6.13倍,黄绵土上分别增加了2.52倍和1.45倍.(2)风沙土上,干燥条件下的地表粗糙度比湿润条件下增加了26.56%,而在黄绵土上则降低了9.42%.(3)在干燥条件下,风沙土生物结皮的地表粗糙度比黄绵土上增加了16.84%,湿润条件下则降低了16.38%.(4)风沙土上,种子在生物结皮表面的移位率、损失率和扩散距离分别比无结皮降低了77.1%、95.4%和72.2%,在黄绵土上则分别降低了76.5%、93.8%和66.8%.土壤类型和干湿条件对生物结皮上种子扩散特征的影响不显著.(5)种子移位率、损失率和扩散距离与地表粗糙度极显著负相关,种子移位率和损失率与土壤含水量显著负相关,种子损失率和扩散距离均与种子密度显著负相关.综上,黄土高原生物结皮主要通过增加地表粗糙度阻碍种子扩散,增强种子聚集,进而影响黄土高原灌草植被的空间分布特征与群落动态.

以鸡羽毛为钓饵,对采自中国南方 13 个地区的 39 所医院土壤中的嗜角蛋白真菌富集培养.通过稀释平板法对土壤中可培养真菌进行分离,探究不同地区嗜角蛋白真菌群落组成及多样性特征,并揭示土壤理化因子与嗜角蛋白真菌之间的相关性.结果表明,从不同地区医院土壤中共分离到嗜角蛋白真菌 11 916株,隶属于 4门,10纲,23目,42科,76属,各地区优势属不同,其中奈尼兹皮菌属Nannizzia、青霉属Penicillium和被孢霉属Mortierella为 13 个地区的共有属.在属水平上,重庆地区嗜角蛋白真菌多样性和均匀度最高,福建地区多样性及均匀度最低.Chao 1 和ACE 丰富度指数表明,广东和江苏两地区的丰富度均较高.相关性分析表明,土壤中有机碳(OC)、pH、速效氮(AN)、全磷(TP)、有机质(SOM)、碳氮比(C/N)显著影响嗜角蛋白真菌的群落组成和多样性,其中AN与嗜角蛋白真菌多样性指数相关性最强,是影响可培养嗜角蛋白真菌群落组成和多样性的主要因子.本研究结果揭示了 13 个地区的嗜角蛋白真菌群落组成、相对多度及优势类群皆存在差异且受到土壤理化因子的影响.该研究为了解嗜角蛋白真菌的种类和分布提供科学基础资料,同时扩大了微生物角蛋白酶的菌种资源.

生物结皮是干旱区生态系统光合固碳的重要贡献者,固碳功能菌是生物结皮碳固定过程中的关键功能群,而毛乌素沙地生物结皮有关固碳功能菌群落多样性的研究未见详细报道.通过qPCR和高通量测序,研究了毛乌素沙地固碳功能菌基因丰度、群落多样性在生物结皮发育过程中的演变规律及其关键环境因子.结果表明,form IAB、IC和ID的基因丰度均随生物结皮发育呈升高趋势,在地衣结皮最高,在藓结皮又明显降低;form IAB的Chao1 和form IC的Shannon指数随生物结皮演替呈显著上升趋势,而 form IC和ID的Chao1 则在藻结皮达到峰值.物种组成上,IAB型固碳功能菌以蓝藻门的颤藻目占优势,其相对丰度在藻结皮最高,随生物结皮演替逐渐降低;IC型固碳功能菌在裸沙中以土壤红杆菌目为主,而在三种生物结皮中以生丝微菌目、亚硝化单胞菌目和红螺菌目占优势;ID型固碳菌则以硅藻门的舟形藻目占优势,其丰度在裸沙中最高.IAB和IC型固碳功能菌群落结构在藻结皮和地衣结皮类似,而与裸沙和藓结皮差异显著,裸沙与藓结皮亦具显著差异.生物结皮演替过程中生物类群和土壤理化特征的改变为固碳功能菌提供了不同的生态位,土壤总有机碳、全氮、铵态氮、全磷、速效磷和pH对固碳功能菌群落进行综合调控,通过对固碳功能菌的筛选作用,最终改变固碳功能菌群落组成和结构.为深入理解荒漠生态系统生物结皮的光合固碳功能的微生物学机制提供了理论支撑.