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高通量测序和DGGE分析土壤微生物群落的技术评价

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微生物学报 2014年第12期54卷 1489-1499页

作者：夏围围贾仲君中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室江苏南京210008 中国科学院大学北京100049

【目的】比较新一代高通量测序与传统的变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,DGGE)指纹图谱技术,评价两种技术研究土壤微生物群落结构的优缺点。【方法】针对新西兰典型草地和森林土壤,以16S rRNA基因为标靶,通... 详细信息

【目的】比较新一代高通量测序与传统的变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,DGGE)指纹图谱技术,评价两种技术研究土壤微生物群落结构的优缺点。【方法】针对新西兰典型草地和森林土壤,以16S rRNA基因为标靶,通过高通量测序和DGGE技术分析土壤微生物群落的组成、丰度和多样性,比较两种方法在土壤微生物研究中的适用性。【结果】在不同的微生物分类水平,高通量测序草地土壤检测到22门,54纲,60目,131科,350属;而DGGE仅检测到6门,9纲,8目,10科,10属,表明DGGE显著低估了土壤微生物的群落组成。森林土壤也得到了类似规律,高通量测序的检测灵敏度是DGGE的3.8、6.7、6.4、19.2及39.4倍。进一步分析土壤中主要微生物类群的相对丰度,发现分类水平越低,高通量测序与DGGE的结果差异越大,尤其在科和属的水平上差异最大。以高通量测序结果为标准,DGGE明显高估了土壤中大多数微生物类群的相对丰度,最高可达2000倍。两种方法都表明草地土壤的多样性指数高于森林土壤,但DGGE多样性指数的绝对值远低于高通量测序结果。【结论】高通量测序能够较为全面和准确的反映土壤微生物群落结构,而DGGE仅能够反映有限的优势微生物类群,在很大程度上极可能低估土壤微生物的物种组成并高估其丰度。

关键词：高通量测序变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,DGGE) 土壤微生物群落

短期培养下抑制剂烯丙基硫脲对土壤硝化作用及微生物的影响

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土壤学报 2021年第6期58卷 1552-1563页

作者：沈晓忆夏围围次仁拉姆李乙坤南京信息工程大学应用气象学院/江苏省农业气象重点实验室南京210044

硝化抑制剂烯丙基硫脲(ATU)对土壤硝化作用及温室效应的影响及机理尚不清楚。采集典型旱地土壤,进行21 d室内微宇宙培养,探究氮肥与不同剂量ATU(分别为氮素用量的1%、5%、10%、15%和20%)配施对土壤硝化作用及N_(2)O和CO_(2)排放通量的影... 详细信息

硝化抑制剂烯丙基硫脲(ATU)对土壤硝化作用及温室效应的影响及机理尚不清楚。采集典型旱地土壤,进行21 d室内微宇宙培养,探究氮肥与不同剂量ATU(分别为氮素用量的1%、5%、10%、15%和20%)配施对土壤硝化作用及N_(2)O和CO_(2)排放通量的影响,并通过实时荧光定量PCR和高通量测序16S rRNA基因技术监测硝化微生物群落变化,同时与传统硝化抑制剂双氰胺(DCD)进行保氮减排效果的对比。结果表明,与未施加氮肥的对照(CK)相比,单施氮肥(N)显著提高土壤硝化强度并促进N_(2)O排放。DCD能显著抑制硝态氮和N_(2)O的积累,抑制效率分别为68.6%和93.3%。而低浓度ATU对土壤硝化作用无影响,仅在高浓度具有抑制效应,且抑制效率最高仅为14.7%。所有ATU处理N_(2)O排放量均显著降低,降幅为60.3%~68.2%,仍远高于DCD处理。处理间N_(2)O和CO_(2)的综合温室效应强弱顺序为N>ATU+N>DCD+N≈CK,不同ATU施用量处理之间差异不显著。相关分析发现氨氧化细菌(AOB),而不是氨氧化古菌(AOA)和全程氨氧化细菌(Comammox),与土壤硝态氮积累和N_(2)O排放显著正相关,与土壤pH显著负相关。高通量测序结果表明Nitrosovibrio tenuis类型AOB对氮肥诱导的硝化过程起主导作用。此外,ATU和DCD还能显著提高Cupriavidus,并降低Patulibacter、Aeromicrobium、Actinomycetospora、Defluviicoccus和Acidipila等微生物属在群落中的相对丰度。该研究为深化土壤碳氮循环理论,合理使用硝化抑制剂以及减缓温室气体排放提供科学依据。

关键词：烯丙基硫脲(ATU) 双氰胺(DCD) 硝化作用 N_(2)O 土壤微生物

硝化抑制剂与尿素配施对旱地土壤温室气体排放及硝化微生物的影响

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土壤 2021年第3期53卷 532-541页

作者：沈晓忆夏围围张洁贾仲君南京信息工程大学应用气象学院南京210044 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008

为明确施肥措施对旱地土壤温室气体排放的综合效应及微生物机理,采集典型麦田土壤进行室内微宇宙培养,研究了双氰胺(DCD)和烯丙基硫脲(ATU)分别与尿素配施对旱地土壤氮素转化及N_(2)O、CO_(2)和CH4排放的影响,同时监测了不同类型微生物... 详细信息

为明确施肥措施对旱地土壤温室气体排放的综合效应及微生物机理,采集典型麦田土壤进行室内微宇宙培养,研究了双氰胺(DCD)和烯丙基硫脲(ATU)分别与尿素配施对旱地土壤氮素转化及N_(2)O、CO_(2)和CH4排放的影响,同时监测了不同类型微生物群落的动态变化。结果表明氨氧化细菌(AOB)主导了施氮麦田土壤硝化过程及N_(2)O排放。单施尿素促进AOB迅速繁殖,使N_(2)O排放总量提高235%,同时促进了细菌生长,CO_(2)排放量增加18.5%。DCD与尿素配施极大程度抑制了AOB的生长,显著降低了N_(2)O排放(59.4%),但促进了细菌的生长并提高了CO_(2)的排放总量(50.6%)。而ATU与尿素配施同时抑制了真菌、细菌和AOB的生长,对反硝化细菌的影响则相反,使CO_(2)和N_(2)O排放分别下降28.4%和35.2%。与不施肥相比,氮肥及与两种硝化抑制剂配施均显著降低了CH4的排放量。3种温室气体的综合温室效应在处理间差异显著:Urea+DCD>Urea>CK>Urea+ATU。CO_(2)排放对综合温室效应的贡献最大,CO_(2)和N_(2)O的贡献之和大于98.4%。该研究为深刻理解农田土壤中的微生物行为及生态学效应,合理使用硝化抑制剂以及减缓温室气体排放提供科学依据。

关键词：温室气体土壤微生物氮转化烯丙基硫脲双氰胺

硝化微生物在土壤团聚体中的分布及其对种植方式的响应

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土壤学报 2023年第6期60卷 1764-1775页

作者：夏围围李乙坤张萌孙祥鑫王玉芳贾仲君南京信息工程大学应用气象学院/江苏省农业气象重点实验室南京210044 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008

硝化微生物在农田土壤氮转化过程中发挥重要作用,深入开展团聚体中硝化微生物分布研究,有助于揭示土壤结构-微生物-土壤营养元素循环间的相互影响机制。选取旱地黄棕壤为研究对象,比较玉米连作(M-M)和玉米/花生轮作(M-P)两种种植方式下... 详细信息

硝化微生物在农田土壤氮转化过程中发挥重要作用,深入开展团聚体中硝化微生物分布研究,有助于揭示土壤结构-微生物-土壤营养元素循环间的相互影响机制。选取旱地黄棕壤为研究对象,比较玉米连作(M-M)和玉米/花生轮作(M-P)两种种植方式下土壤团聚体的性质和硝化潜势(NP)的变化,并通过荧光定量PCR和高通量测序研究团聚体中不同类型硝化微生物功能基因的丰度和群落组成差异。结果表明,与M-M相比,M-P能够显著提高团聚体pH、NH4+和全碳(TC)含量。M-P促使NP显著提高,但团聚体粒径对NP无显著影响。氨氧化细菌(AOB)amoA基因丰度在M-P中高于M-M,且在较小粒级团聚体中分布更多,而氨氧化古菌(AOA)和全程氨氧化细菌(Comammox)amoA基因的分布模式与AOB大致相反,表明AOB更能适应较小团聚体环境,AOA和Comammox则倾向在较大团聚体中占据竞争优势。此外,与M-M相较,M-P团聚体间AOA/AOB和Comammox/AOB比值的差异减小,表明轮作促使土壤硝化微生物在不同粒级间的分布更加均匀。进一步对属水平土壤团聚体硝化菌群落组成分析,结果显示M-P提高了Nitrolancea属亚硝酸盐氧化细菌(NOB)和CandidatusNitrosocosmicus属AOA的占比,降低了Nitrospira属NOB的占比,对AOB各属无显著影响。而团聚体粒径仅对Nitrosospira属AOB的占比产生显著影响。NH4+含量和pH是影响土壤团聚体NP和硝化微生物群落变化的最主要因子。NP与AOBamoA基因丰度显著正相关,与AOAamoA基因丰度负相关。但在群落组成上,Nitrosospira属AOB,Candidatus Nitrosocosmicus属AOA和Nitrospira属NOB均与NP呈现正相关。土壤团聚体粒径和种植方式能较大程度影响硝化微生物的分布,然而,不同类型硝化微生物在团聚体间分异机制具有明显差异,该研究为完善禾豆轮作下土壤硝化微生物在微域环境的生态适应机制提供了理论支持。

关键词：团聚体硝化作用禾豆轮作硝化潜势氨氧化微生物

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炭化的芦苇秸秆能净化富营养化污水吗

发明与创新（初中生） 2023年第12期 18-22页

作者：张立阳夏围围(指导) 南京市科利华中学不详

一、研究背景周末,我和爸爸到附近的公园游玩,发现公园中池塘的水混浊,水面上还有一层绿色浮渣。爸爸说:“这是水体富营养化现象,主要是水中氮、磷等营养物质过多,藻类生物疯狂生长,导致水中溶解氧下降,严重时鱼大量死亡,水变浊发臭。”

关键词：水中溶解氧藻类生物营养物质富营养化公园

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基于边缘强化神经拉动模型的三维表面重建

红外与激光工程 2024年第6期53卷 202-212页

作者：徐宝昌王毅豪郝围围尹士轩王威李雅飞中国石油大学(北京)信息科学与工程学院/人工智能学院北京102249 中国石油集团工程技术研究院有限公司钻井工艺研究所北京102206

通过学习空间点云数据的符号距离函数(Signed Distance Functions, SDFs)进行三维表面重建是当前的研究热点。为重建出高精度的水密模型,神经拉动(Neural-pull, NP)采用点云拉动,以训练同步更新SDFs,但在实际重建过程中,重建模型会因为... 详细信息

通过学习空间点云数据的符号距离函数(Signed Distance Functions, SDFs)进行三维表面重建是当前的研究热点。为重建出高精度的水密模型,神经拉动(Neural-pull, NP)采用点云拉动,以训练同步更新SDFs,但在实际重建过程中,重建模型会因为点云存在噪声和缺失而导致重建结果不够精细,带来错误的表面重建。针对以上问题,引入边缘提取强化输入点云的边缘信息,提出利用残差学习机制的边缘强化神经拉动模型(Neural Pull based on Edge Enhancement, NPEE)。为确保重建表面平滑的同时能够获取更多的表面细节,该方法在保留原本神经网络用于学习SDFs的基础上引入一个新的网络,利用残差学习机制学习点云的边缘SDFs。同时在原始点云的基础上,引入边缘因子σ,结合学习的边缘SDFs,通过点云边缘的鲁棒提取强化输入点云。为验证算法模型的优化效果,采用目前广泛使用的ABC数据集、斯坦福扫描模型和模拟扫描数据集设计对比实验,实验结果以及评估指标(CD)表明,NPEE可以有效改善神经拉动算法在边缘表面重建的缺陷,同时和其他重建方法相比,NPEE在面对稀疏点云和含噪点云时仍能保证重建的精确性和完整性。

关键词：深度学习三维点云表面重建符号距离函数

METTL3通过PTEN调控ox-LDL诱导的主动脉内皮细胞增殖

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中国老年学杂志 2024年第17期 4252-4257页

作者：刘围围张玉夏爱超王艳陈文明赵然尊石蓓遵义医科大学附属医院心血管内科

目的探讨甲基转移酶样蛋白(METTL)3调控氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)诱导下大鼠主动脉内皮细胞(RAECs)的增殖作用。方法采用10μg/ml ox-LDL处理RAECs 24 h模拟动脉粥样硬化内皮损伤模型，利用小干扰RNA(siRNA)敲减RAECs中的METTL3。将... 详细信息

目的探讨甲基转移酶样蛋白(METTL)3调控氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)诱导下大鼠主动脉内皮细胞(RAECs)的增殖作用。方法采用10μg/ml ox-LDL处理RAECs 24 h模拟动脉粥样硬化内皮损伤模型，利用小干扰RNA(siRNA)敲减RAECs中的METTL3。将实验分为对照(control)组、ox-LDL组、siRNA-NC阴性对照(siNC)组及沉默METTL3(siMETTL3)组。采用流式细胞术检测细胞增殖；Transwell试验检测细胞迁移；Western印迹检测蛋白METTL3、张力蛋白同源物(PTEN)相对表达量。结果 ox-LDL可诱导RAECs细胞内METTL3表达明显上调(P<0.05)。与ox-LDL组相比，siMETTL3组细胞增殖、迁移明显减少，细胞内PTEN表达明显上调(P<0.05)。结论 METTL3可能通过PTEN调节ox-LDL诱导主动脉内皮细胞的增殖、迁移。

关键词：甲基转移酶样蛋白3 张力蛋白同源物(PTEN) 动脉粥样硬化主动脉内皮细胞增殖

高度集约化管理下氮肥转化微生物的多样性及功能演替规律

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人工绿洲演变过程对沙漠微生物群落结构的影响

第八次全国土壤生物与生物化学学术研讨会暨第三次全国土壤...

作者：贾仲君林先贵王保战夏围围路璐郭赟赵俊中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京土壤研究所-香港浸会大学土壤与环境联合开放实验室

据国家统计局公布的数据,2013年我国化学氮肥用量高达2394万吨,约占全球氮肥用量的25%强。大量的铵态氮肥进入土壤后,必须通过一系列的微生物过程,包括氨氧化细菌、古菌和亚硝化细菌,将氮肥转化为亚硝酸盐和硝酸盐,最终完成氮素循环。...

据国家统计局公布的数据,2013年我国化学氮肥用量高达2394万吨,约占全球氮肥用量的25%强。大量的铵态氮肥进入土壤后,必须通过一系列的微生物过程,包括氨氧化细菌、古菌和亚硝化细菌,将氮肥转化为亚硝酸盐和硝酸盐,最终完成氮素循环。近年来由于高通量测序技术及同位素示踪技术的快速发展,为耦合土壤微生物多样性和功能研究提供了重要支撑,特别是高强度集约化条件下,高强度施肥对土壤氮肥转化微生物多样性和功能的影响规律成为研究热点。硝化过程特指NH3+O2→NO2-→NO3-,即在O2存在的条件下,氨氧化微生物将NH3氧化为亚硝酸盐（NO2-）,再进一步被亚硝化微生物氧化为硝酸盐（NO3-）的过程。因此,O2和NH3是硝化微生物生长的底物和核心条件;环境中O2和NH3的浓度变化,极可能是氨氧化细菌和古菌功能分异的关键因素,以此为核心主线,利用中科院江苏常熟中性土壤、新疆阜康碱性旱地土壤的长期定位试验站,发现长期（＞20年）施用氮肥条件下,田间原位土壤中氨氧化细菌群落发生了显著变化,而氨氧化古菌群落变化不明显,同时依托江西野外长期实验平台,围绕第四纪粘土发育的旱地红壤和稻田红壤（二者相距仅100米）,运用分子生态学技术,申请人发现旱地酸性红壤中优势的氨氧化古菌类群为Group 1.1b,然而,旱地土壤改植为淹水厌氧稻田土壤＞20年后,在O2长期胁迫条件下,Group 1.1a成为优势氨氧化古菌类群,表明在生态系统水平,氨氧化古菌群落长期适应O2胁迫并发生了种群分化;发现古菌具有脲酶水解的遗传基础,表明土壤氨氧化古菌在NH3长期胁迫条件下,进化出脲酶水解基因的科学假设,结合乙炔抑制技术,发现古菌主导了酸性土壤氨氧化,并具有化能自养的代谢特点。这些结果表明细菌主导了中性、碱性旱地土壤氨氧化过程;古菌则能更好地适应低NH3、少O2逆境胁迫环境,主导了酸性土壤氨氧化,并在典型稻田土壤硝化过程中发挥了重要作用。

关键词：

来源： cnki会议评论

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人工绿洲演变过程对沙漠微生物群落结构的影响