基于稳定性同位素核酸探针技术的同化利用玉米秸秆碳微生物群落演替研究 被引量：1

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作者 陈霄龙 郭腾飞 +6 位作者 张倩 岳克 张珂珂 宋晓 丁世杰 张水清 黄绍敏 《植物营养与肥料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期430-440,共11页

[目的]研究秸秆分解过程中同化利用秸秆碳源的微生物生态演替过程,明确参与秸秆分解的主要微生物类群,为秸秆高效利用提供科学依据。[方法]采用^(13)C标记高丰度玉米秸秆。微宇宙室内培养试验的供试土壤为华北平原石灰性潮土。共设置3... [目的]研究秸秆分解过程中同化利用秸秆碳源的微生物生态演替过程,明确参与秸秆分解的主要微生物类群,为秸秆高效利用提供科学依据。[方法]采用^(13)C标记高丰度玉米秸秆。微宇宙室内培养试验的供试土壤为华北平原石灰性潮土。共设置3个处理:不添加秸秆(soil)、添加自然丰度秸秆(soil+^(12)C-straw)和添加13C标记秸秆(soil+^(13)C-straw)。培养30天时,结合同位素示踪与高通量测序等技术,测定秸秆添加对土壤有机碳的激发效应,分析利用秸秆碳源的细菌、真菌群落结构及其与土壤胞外酶活性的关系。[结果](1)秸秆添加显著提高了土壤CO^(2)排放,添加秸秆对土壤有机碳的激发效应在培养第1天达到峰值,土壤和秸秆CO^(2)排放比例均在培养第3天达到峰值。(2)整个培养时期共发现参与秸秆碳同化利用的细菌微生物操作分类单元(operational taxonomic units,OTU_(s))238个,真菌OTU_(s)24个。细菌OTU_(s)主要属于细菌变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)与绿弯菌门(Chloroflexi),真菌OTU_(s)主要为子囊菌门中的粪壳菌纲(Sordariomycetes)。(3)秸秆分解不同时期的微生物群落结构存在显著差异,在整个培养时期,以热单胞菌属(Thermomonas)与溶杆菌属(Lysobacter)为代表的7个细菌属快速响应秸秆添加,以假黄单胞菌属(Pseudoxanthomonas)与土生单胞菌属(Terrimonas)为代表的6个细菌属延迟响应;两个真菌属枝鼻菌属(Cladorrhinum)与葡萄穗霉属(Stachybotrys)表现为对秸秆添加的快速响应,新赤壳属(Neocosmospora)与unclassified_f_Halosphaeriaceae为延迟响应。(4)曼特尔分析表明,细菌热单胞菌属(Thermomonas)、溶杆菌属(Lysobacter)、绿弯菌门(Chloroflexi)以及真菌裂壳菌属(Schizothecium)与碳氮转化相关土壤胞外酶活性呈显著正相关关系。[结论]外源秸秆添加对土壤有机碳产生正激发效应,显著增加了土壤CO^(2)排放。同化秸秆碳源的微生物随培养时间延长发生群落演替,细菌的热单胞菌属(Thermomonas)、溶杆菌属(Lysobacter)、绿弯菌门(Chloroflexi)以及真菌的裂壳菌属(Schizothecium)在玉米秸秆分解过程中具有重要作用,可为秸秆高效腐熟菌剂的研发提供依据。 展开更多

关键词 ^(13)C玉米秸秆 DNA稳定同位素核酸探针 微生物类群 群落演替

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基于稳定性同位素核酸探针技术的红壤微生物底物利用策略研究 被引量：7

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作者 王辛辛 刘岩 +3 位作者 张威 周旭辉 何红波 张旭东 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期274-284,共11页

外源活性碳底物输入强烈影响土壤微生物的生长,但是在系统发育分类水平上,细菌和真菌对活性底物的动态响应及利用特征和微生物群落组成的关系仍不清楚。以红壤为研究对象,采用;C标记葡萄糖为底物进行模拟培养并定期取样,利用稳定性同位... 外源活性碳底物输入强烈影响土壤微生物的生长,但是在系统发育分类水平上,细菌和真菌对活性底物的动态响应及利用特征和微生物群落组成的关系仍不清楚。以红壤为研究对象,采用;C标记葡萄糖为底物进行模拟培养并定期取样,利用稳定性同位素核酸探针(DNA-based stable isotope probing,DNA-SIP)和高通量测序技术分析活性的真菌和细菌类群,并探讨不同微生物利用葡萄糖来源碳的动态特征。研究发现,微生物群落对葡萄糖的利用符合从细菌向真菌演替的r/K选择策略。在细菌群落中,隶属于富营养菌的变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)对活性底物的利用能力显著高于寡营养菌的酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)。和细菌的底物利用策略不同,真菌子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)在整个培养期间均可以利用葡萄糖和土壤原有组分。因此,葡萄糖的连续加入并未改变不同营养类型细菌的底物利用策略,而真菌对底物的利用具有广谱性特征,活性底物可诱导真菌对土壤原有组分的利用。 展开更多

关键词 底物利用策略 C-葡萄糖 时间动态 营养策略 稳定同位素核酸探针技术

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稳定性同位素探针技术在土壤功能微生物原位鉴定的应用 被引量：6

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作者 蔺中 孙礼勇 +3 位作者 陈昊 孙迎韬 白婧 李永涛 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期1-6,共6页

新近发展起来的稳定性同位素探针技术(SIP)与分子生物学方法结合,能够定向发掘复杂环境中参与特定生态过程的微生物资源,是土壤功能微生物原位鉴定的有效手段,具有广阔的应用前景。其原理是环境样品中的功能微生物代谢同化同位素标记的... 新近发展起来的稳定性同位素探针技术(SIP)与分子生物学方法结合,能够定向发掘复杂环境中参与特定生态过程的微生物资源,是土壤功能微生物原位鉴定的有效手段,具有广阔的应用前景。其原理是环境样品中的功能微生物代谢同化同位素标记的底物,通过对其生物标志物(即DNA、RNA、PLFA等)进行提取、分离、鉴定和比对分析,以此获取介导土壤物质转化和循环过程的功能微生物的直接信息。本文在分别介绍SIP技术在土壤功能微生物原位鉴定过程中的各种前处理方法、生物标志物选择及后续鉴定方法的基础上,综述了SIP技术在研究驱动土壤有机污染物生物降解、碳氮循环等过程的功能微生物原位鉴定的应用进展,展望了SIP技术在土壤微生物基因组学方面的应用前景。 展开更多

关键词 土壤 稳定性同位素探针技术 原位鉴定 功能微生物

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稳定同位素探针技术在环境微生态领域的应用 被引量：1

4

作者 李宁 吕育财 龚大春 《安徽农业科学》 CAS 北大核心 2011年第8期4411-4413,4415,共4页

介绍了稳定同位素探针技术的概况,并对稳定同位素探针技术在环境微生态领域中的应用和其局限性进行了概述,为探索微生物种群结构和功能等微生态学研究提供了强有力手段。

关键词 稳定同位素探针技术 环境微生物 菌群结构 菌群功能

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应用稳定同位素探针技术在多环芳烃环境行为与归宿研究新进展 被引量：1

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作者 袁超 《矿物岩石地球化学通报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1212-1212,共1页

多环芳烃（PAHs）由于其持久性、生物富集效应和＂三致＂作用,对人类健康和生态环境构成极大威胁。其中,高环PAHs的高生物毒性和低生物可利用性使其具有高残留和高风险的特点,其环境行为和自然衰减逐渐成为当前研究热点。微生物降解是环... 多环芳烃（PAHs）由于其持久性、生物富集效应和＂三致＂作用,对人类健康和生态环境构成极大威胁。其中,高环PAHs的高生物毒性和低生物可利用性使其具有高残留和高风险的特点,其环境行为和自然衰减逐渐成为当前研究热点。微生物降解是环境PAHs自然衰减的重要途径,也是PAHs污染土壤的主要修复手段。现阶段PAHs降解微生物的研究主要针对低环PAHs,依靠传统分离培养技术,其环境降解和代谢途径已相对清晰。 展开更多

关键词 环境行为 多环芳烃 稳定同位素 探针技术 生物可利用性 PAHS 应用 自然衰减

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稳定同位素探针技术结合宏基因组学在探究环境污染物微生物转化/降解过程中的应用进展

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作者 张焕军 周晶雅 李轶 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期3173-3182,共10页

稳定同位素探针技术(SIP)结合宏基因组学在环境污染物微生物转化/降解研究中的应用已逐渐成为趋势.该组合技术不依赖纯培养方法,能够从复杂自然环境中鉴定出具有特定代谢功能的微生物类群,揭示污染物的微生物代谢途径,在研究污染物的原... 稳定同位素探针技术(SIP)结合宏基因组学在环境污染物微生物转化/降解研究中的应用已逐渐成为趋势.该组合技术不依赖纯培养方法,能够从复杂自然环境中鉴定出具有特定代谢功能的微生物类群,揭示污染物的微生物代谢途径,在研究污染物的原位微生物转化/降解过程方面具有显著优势.本文综述了该组合技术在探究不同环境介质中烃类化合物及其衍生物、有机农药、重金属和新型污染物微生物转化/降解过程中的应用进展,包括功能微生物的识别和污染物微生物转化/降解机制的解析等.最后,基于该组合技术的应用现状进行了展望,提出未来该组合技术与多种原位表征技术的联用将为微生物驱动污染物的转化/降解机制研究提供更准确全面的信息. 展开更多

关键词 稳定同位素探针技术 宏基因组学 微生物 转化/降解机制 环境污染物

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水稻土好氧甲烷氧化菌对大气CO_(2)浓度升高的适应规律

7

作者 曹伟伟 严陈 +3 位作者 钟文辉 朱春梧 朱建国 贾仲君 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1055-1065,共11页

CH4是仅次于CO_(2)的第二大温室气体,而稻田是CH4的主要排放源,未来大气CO_(2)浓度升高情景下(elevatedCO_(2),eCO_(2)),水稻土好氧甲烷氧化过程及其功能微生物群落适应规律尚不清楚。依托中国FACE(FreeAir CO_(2) Enrichment)水稻田试... CH4是仅次于CO_(2)的第二大温室气体,而稻田是CH4的主要排放源,未来大气CO_(2)浓度升高情景下(elevatedCO_(2),eCO_(2)),水稻土好氧甲烷氧化过程及其功能微生物群落适应规律尚不清楚。依托中国FACE(FreeAir CO_(2) Enrichment)水稻田试验平台,通过13C-CH4示踪的室内微宇宙培养实验,采用稳定性同位素核酸探针(DNA-SIP)和高通量测序技术,研究未来大气CO_(2)浓度升高对水稻土甲烷氧化活性及其功能微生物的影响规律。结果表明:与常规大气CO_(2)浓度(ambient CO_(2),aCO_(2))相比,eCO_(2)条件下的甲烷氧化活性显著增加,从243 nmol·g^(-1) d.w.s·h^(-1)增加至302 nmol·g^(-1) d.w.s·h^(-1),增幅高达24.3%,甲烷氧化菌数量则增加了1.1倍~1.2倍。通过超高速离心获得活性甲烷氧化菌同化13CH4后合成的13C-DNA,高通量测序发现,未来大气CO_(2)升高情景下水稻土活性好氧甲烷氧化微生物群落极可能发生明显演替,与对照相比,类型I甲烷氧化菌甲基杆菌属Methylobacter的相对丰度增加16.2%~17.0%,而甲基八叠球菌属Methylosarcina的相对丰度下降4.7%~11.1%;同时刺激了食酸菌属Acidovorax和假单胞菌属Pseudomonas等非甲烷氧化菌的活性。综上所述:未来大气CO_(2)升高情景下,水稻土好氧甲烷氧化微生物群落结构发生分异,促进了甲烷氧化通量,而甲烷氧化的代谢产物可能引发土壤中微生物食物网的级联反应,是土壤碳储存和周转的重要功能微生物群。 展开更多

关键词 大气CO_(2)浓度升高 水稻土 甲烷氧化菌 稳定性同位素核酸探针(DNA-SIP) 高通量测序

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青枯病导病型和抑病型植烟土壤氮循环微生物群落差异分析

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作者 刘艳霞 李想 +6 位作者 李寒 蒋天平 芶剑渝 张恒 朱经伟 高维常 姚云静 《贵州农业科学》 CAS 2024年第11期52-63,共12页

【目的】探明导病型和抑病型植烟土壤氮循环微生物群落演替规律,为研究连作障碍发生的微生物机制奠定基础。【方法】通过“限微模拟宇宙系统”,采用稳定同位素核酸探针(DNA-SIP)技术标记氮来源,利用宏基因组高通量测序技术开展导病抑病... 【目的】探明导病型和抑病型植烟土壤氮循环微生物群落演替规律,为研究连作障碍发生的微生物机制奠定基础。【方法】通过“限微模拟宇宙系统”,采用稳定同位素核酸探针(DNA-SIP)技术标记氮来源,利用宏基因组高通量测序技术开展导病抑病植烟根际土壤氮循环微生物特征分析,并建立特征微生物与烟叶品质、产质量、青枯病发病状况等表观数据的相关性。【结果】导病抑病土壤中参与氮素循环的微生物种类具有差异,导病与抑病土壤中受根系分泌物调控的特有微生物分别为受土壤本身影响微生物数量的63.9%和1.29倍;在根系分泌物介导下,导病土壤中与氮循环相关的物种群落主要为变形菌门(Proteobacteria),主要上调与细胞运动和转运有关的基因;抑病土壤中主要为放线菌门(Actinobacteria),主要上调与物质转运与代谢有关的基因。导病与抑病土氮循环微生物具有显著差异的物种为硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和木纹杆菌门(Lgnavibacteriae);抑病土壤中与质量指标间存在极显著相关关系的微生物属比导病土壤少21.7%,但抑病土壤微生物与烟叶品质关键指标茄酮间关联性是交叉互作的,显著相关比例较导病土提升19.3百分点。【结论】根系分泌物主要影响导病土壤与氮素循环相关的微生物,土壤本身的性状主要影响抑病土壤氮素循环相关微生物,即导病土壤微生物易受作物的影响发生病害;抑病土壤通过调控土壤微生物对烟叶质量的影响,保持烟叶质量的稳定状态。 展开更多

关键词 烟草 导病抑病土壤 烟草青枯病 根系分泌物 氮素循环微生物 稳定性同位素核酸探针技术 微生物群落

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自养微生物同化CO_2的分子生态研究及同化碳在土壤中的转化 被引量：7

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作者 吴小红 简燕 +5 位作者 陈晓娟 李宝珍 袁红朝 葛体达 邹冬生 吴金水 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期701-709,共9页

大气中CO2浓度持续升高和全球气候变暖是亟待解决的重大环境问题。自养微生物在环境中广泛分布,能直接参与CO2的同化,因此研究自养微生物同化CO2的分子生态学机制具有重大的科学意义。以往对自养微生物的研究多针对基因组DNA,从DNA水平... 大气中CO2浓度持续升高和全球气候变暖是亟待解决的重大环境问题。自养微生物在环境中广泛分布,能直接参与CO2的同化,因此研究自养微生物同化CO2的分子生态学机制具有重大的科学意义。以往对自养微生物的研究多针对基因组DNA,从DNA水平揭示了不同生态系统中碳同化自养微生物的种群结构和多样性,但这些微生物在生态系统中的具体功能有待进一步的研究。近年来,随着转录组学研究技术和稳定同位素探针技术(SIP)的发展,自养微生物同化CO2的生态机理研究不断深入,这些研究明确揭示了碳同化自养微生物是河流、湖泊和海洋生态系统中CO2固定作用的驱动者,并新发现了一些具有CO2同化功能的微生物群落。基于国内外有关研究进展,从DNA和RNA水平上对自养微生物同化CO2的分子机理以及稳定同位素探针技术(SIP)在碳同化微生物研究中的应用进行了分析和总结,初步展望了RNA-SIP技术在陆地生态系统碳同化微生物分子生态学研究中的前景。同时,探讨了陆地生态系统同化碳的转化和稳定性机理,以期为深入了解生态系统碳循环过程和应对气候变化提供理论依据。 展开更多

关键词 CO2同化 核酮糖-1 5-二磷酸羧化酶 加氧酶 稳定同位素探针技术 同化碳 碳循环

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DNA-SIP鉴定甘蔗//大豆间作土壤^(15)N-DNA富集位置的氮循环功能基因qPCR方法 被引量：2

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作者 苟永刚 余玲玲 +1 位作者 许霞 王建武 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期140-147,共8页

为筛选有效鉴定甘蔗//大豆间作系统的稳定性同位素核酸探针技术(DNA-SIP)中超高速离心后15N-DNA富集位置的指示功能基因,利用实时荧光定量PCR技术(qPCR),检测6个氮素循环功能基因在不同浮力密度离心液DNA中的相对丰度分布,通过对氮素循... 为筛选有效鉴定甘蔗//大豆间作系统的稳定性同位素核酸探针技术(DNA-SIP)中超高速离心后15N-DNA富集位置的指示功能基因,利用实时荧光定量PCR技术(qPCR),检测6个氮素循环功能基因在不同浮力密度离心液DNA中的相对丰度分布,通过对氮素循环功能基因相对丰度作图分析,nifH和amoA基因在甘蔗//大豆间作和大豆单作种植模式中15N标记组与对照组基因丰度峰发生偏移,chiA基因丰度峰仅在大豆单作种植模式下存在偏移,而nirS、nirK、nosZ等3个基因的丰度峰值在两种种植模式下均不发生偏移。结果表明nifH和amoA基因可作为指示基因,能够有效鉴定甘蔗//大豆间作系统中DNA-SIP技术15N-DNA位置。 展开更多

关键词 甘蔗//大豆间作 稳定性同位素核酸探针 荧光定量PCR 功能基因

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土壤性质塑造秸秆分解微生物群落影响秸秆碳氮转化特征

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作者 王雅娴 郭腾飞 +3 位作者 樊姝言 王宜伦 张银杰 张倩 《植物营养与肥料学报》 2025年第8期1467-1481,共15页

【目的】明确不同土壤类型中秸秆分解微生物的关键特征,揭示其时间演替规律,可为充分挖掘秸秆分解功能微生物、靶向提高不同农田秸秆资源利用效率提供理论依据。【方法】以华北平原典型褐土和砂姜黑土为供试土壤,开展微宇宙培养试验。... 【目的】明确不同土壤类型中秸秆分解微生物的关键特征,揭示其时间演替规律,可为充分挖掘秸秆分解功能微生物、靶向提高不同农田秸秆资源利用效率提供理论依据。【方法】以华北平原典型褐土和砂姜黑土为供试土壤,开展微宇宙培养试验。分别将粉碎后的^(13)C和^(12)C标记玉米秸秆与鲜土按500 mg∶100 g(折合干重)混合,25℃黑暗条件下于广口瓶中培养60天。分别于培养第7、30和60天破坏性采集土壤样品,结合荧光酶检测、稳定同位素核酸探针技术与高通量测序等,分析^(13)C、^(12)C秸秆添加下土壤可溶性碳氮含量和胞外酶活性,秸秆分解细菌和真菌群落多样性及关键物种差异规律。【结果】秸秆添加快速提高土壤可溶性有机碳含量,之后随培养时间延长逐渐降低,可溶性氮含量则逐渐提高。秸秆添加下褐土α-葡萄糖苷酶(AG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性显著高于砂姜黑土,两种土壤β-葡萄糖苷酶(BG)和β-纤维二糖苷酶(CBH)活性在培养第7天较高,AG、乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和LAP活性则呈先升高后降低的变化规律。秸秆分解微生物组成和结构主要受土壤类型影响,分解时间次之。褐土中秸秆分解细菌α-多样性较高,而砂姜黑土中秸秆分解真菌丰富度更高。细菌变形菌门、放线菌门和拟杆菌门、真菌粪壳菌纲是褐土秸秆分解菌的主要类群;细菌变形菌门、放线菌门和酸杆菌门、真菌粪壳菌纲和散囊菌纲是砂姜黑土秸秆分解菌的主要类群。在褐土中,相对丰度较高的热单胞菌和鞘氨醇单胞菌随分解时间延长显著下降,而圆孢霉属显著上升;砂姜黑土中秸秆分解链孢菌属、Jatrophihabitans相对丰度随分解时间显著降低,而酸杆菌属、水恒杆菌属、粗糙孔菌属、Terracidiphilus、Conlarium在培养后期显著增加。相关分析表明,具有较高pH值、较低肥力水平的褐土,通过富集火山岩海球菌、气氨微菌、Blastococcus、铁矿砂单胞菌、圆孢霉属和裂壳菌属显著提高土壤AG和LAP活性,促进秸秆碳氮转化;然而,pH值较低、肥力水平较高的砂姜黑土则促进了金孢子菌属、Terracidiphilus、Jatrophihabitans、Cladophialophora生长,提高土壤BG、CBH、NAG活性,从而增强秸秆还田土壤微生物功能。【结论】土壤性质塑造具有生境偏好性的秸秆分解关键微生物组成和结构,从而影响秸秆还田下土壤碳氮转化过程。具有较高pH值、较低肥力水平的褐土主要通过富集秸秆分解细菌火山岩海球菌、气氨微菌、铁矿砂单胞菌、Blastococcus,以及秸秆分解真菌圆孢霉属、裂壳菌属,显著提高土壤AG和LAP活性,进而促进秸秆碳氮转化;而pH值较低、肥力水平较高的砂姜黑土则通过促进金孢子菌属、Terracidiphilus、Jatrophihabitans、Cladophialophora生长和活动,提高土壤BG、CBH、NAG,加速秸秆碳氮转化。 展开更多

关键词 土壤类型 秸秆分解微生物 群落演替 胞外酶活性 稳定同位素核酸探针

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