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低甲烷排放转基因水稻对土壤微生物群落的影响

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生态学报 2024年第15期44卷 6667-6683页

作者：宋亚娜张珊珊胡太蛟吴明基福建省农业科学院生物技术研究所福建省农业遗传工程重点实验室福州350003

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... 详细信息

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。

关键词：低甲烷排放转基因水稻微生物群落功能基因高通量测序

抗虫转基因水稻及其杂交水稻对土壤微生物群落多样性与组成的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第1期32卷 15-29页

作者：宋亚娜陈在杰林艳胡太蛟吴明基王锋福建省农业科学院生物技术研究所/福建省农业遗传工程重点实验室福州350003

微生物是土壤物质循环与肥力演变的驱动者,其群落组成关系到土壤微生态系统的稳定与可持续性。对抗虫转基因水稻土壤微生物群落变化的研究是其环境安全性评价的重要内容。本研究基于细菌16S rRNA基因和真菌ITS基因的高通量测序,分析了... 详细信息

微生物是土壤物质循环与肥力演变的驱动者,其群落组成关系到土壤微生态系统的稳定与可持续性。对抗虫转基因水稻土壤微生物群落变化的研究是其环境安全性评价的重要内容。本研究基于细菌16S rRNA基因和真菌ITS基因的高通量测序,分析了田间试验中抗虫转基因水稻‘MFB’及其转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’与非转基因常规水稻‘闽恢3301’及杂交水稻‘天优华占’的土壤微生物群落多样性与组成的差异,并得出以下结果。首先,与两个非转基因水稻品种相比,抗虫转基因水稻及转基因杂交水稻均能显著增产(P<0.05)。同时,高通量测序结果表明,除水稻成熟期的土壤真菌群落外,与‘闽恢3301’相比‘MFB’的土壤细菌或真菌群落的α-多样性指数Chao1、Observed_species和Shannon均有所提高,且分别在水稻成熟期或分蘖期达到显著性水平(P<0.05);水稻齐穗期转基因杂交水稻‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤细菌及真菌群落的多样性指数Shannon均介于‘MFB’与‘天优华占’之间;微生物群落β-多样性分析结果表明,本田间试验中不同品种水稻土壤细菌或真菌的群落组成均没有显著差异。但与‘闽恢3301’相比,稻田土壤细菌中丰度最高的变形菌门的相对丰度在‘MFB’土壤中明显增加,且在水稻分蘖期及成熟期达显著水平(P<0.05),而土壤真菌中丰度最高的子囊菌门的相对丰度在‘MFB’土壤中明显减少,且在水稻分蘖期及齐穗期差异显著(P<0.05);水稻齐穗期‘闽丰A/MFB’‘天丰A/MFB’和‘谷丰A/MFB’的土壤变形菌门或子囊菌门的相对丰度也均介于‘MFB’与‘天优华占’之间。此外,通过对微生物群落的功能组成预测可见,随水稻生长,‘MFB’与‘闽恢3301’的土壤细菌群落功能组成间差异存在增大的趋势。综上所述,本研究田间试验中,抗虫转基因水稻及其转基因杂交水稻在增产的同时提高了稻田土壤细菌或真菌群落的多样性,改变了主要细菌或真菌种类的相对丰度,但对细菌或真菌的群落及功能组成的影响不显著。

关键词：抗虫转基因水稻细菌群落真菌群落高通量测序

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大豆根系质外体铁库的累积及其在缺铁时被利用的规律

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Acta Botanica Sinica 1999年第12期41卷 1299-1302页

作者：宋亚娜王贺李春俭张福锁中国农业大学植物营养系北京100094

采用营养液培养法研究了在不同程度的缺铁条件下 ,大豆 (Glycinemax (L .)Merr .)根系质外体铁库累积与利用的规律 ,及其在缓解植物缺铁胁迫方面的作用。结果表明 :缺铁处理下 ,大豆根系质外体铁库不断被再利用直至枯竭 ,根系还原力与... 详细信息

采用营养液培养法研究了在不同程度的缺铁条件下 ,大豆 (Glycinemax (L .)Merr .)根系质外体铁库累积与利用的规律 ,及其在缓解植物缺铁胁迫方面的作用。结果表明 :缺铁处理下 ,大豆根系质外体铁库不断被再利用直至枯竭 ,根系还原力与过氧化物酶活性呈升降有序的周期性变化 ,从而一定程度上缓解缺铁胁迫 ,延缓植株缺铁症状的出现 ,新叶叶绿素和活性铁含量缓慢下降 ;而低铁条件下 (供应 10 -6mol/LFeEDTA)大豆根系质外体铁库则呈现累积与利用交替出现的周期性变化 ,同时根系还原力及过氧化物酶活性也呈周期性变化 ,并与质外体铁的周期变化相对应 ,从而满足植株需铁量 ,无明显缺铁症状出现。

关键词：大豆根系质外体铁库铁营养累积利用

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震源谱动力学拐角频率的讨论

震源谱动力学拐角频率的讨论

作者：宋亚娜中国地震局工程力学研究所

学位级别：硕士

强地震动的研究涉及对震源的认识及描述、地震波在介质中的传播和局部场地条件的影响三个方面等一系列问题。在近断裂宽频带地震动场合成中,建立较为合理的震源谱模型是关键问题之一,拐角频率是其中的一个参数。本文以此为研究对象,借... 详细信息

强地震动的研究涉及对震源的认识及描述、地震波在介质中的传播和局部场地条件的影响三个方面等一系列问题。在近断裂宽频带地震动场合成中,建立较为合理的震源谱模型是关键问题之一,拐角频率是其中的一个参数。本文以此为研究对象,借助基于有限断层模型的随机地震动合成方法,以实际地震动记录作为检验标准,讨论了动力学拐角频率的改进效果,分析了相应的能量补偿因子对合成地震动场的影响。(1)以日本东北地区(36°N-40°N,138°E-143°E)为研究区,通过收集M3.5级以上的F-net和K-NET数据,将数据分为3.5级到4.5级,3.5级以上和4.5级以上三组。借助微遗传算法,将速度傅里叶幅值谱作为目标谱,反演本文讨论动力学拐角频率时所需的参数,包括震源谱模型的拐角频率f和参数a、κ、品质因子参数Q以及η值。(2)讨论动力学拐角频率的改进。分析动力学拐角频率的不合理之处,在其基础上给N赋予了新的含义,表示正在破裂的子源数目。子源尺寸分别采用5km×5km、7.5km×7.5km、10km×10km以及20km×20km,借助有限断层模型随机合成51个K-NET基岩台站地震动。结果表明,子源尺寸对和合成地震动的影响得到一定程度减弱;与前期研究结果比较,在0.1-1s改进效果比较明显;与实际强震记录的反应谱比较,在长周期部分符合较好,而在0.1秒以内的短周期段,除个别台站符合较好外,大多数都比实际地震动反应谱幅值低。(3)进一步加入能量补偿因子。简述了能量补偿因子的由来以及发展过程,在第三章改进动力学拐角频率的基础上分别加入Motazedian和Atkinson(2005)和Boore(2009)两类能量补偿因子。结果表明,子源尺寸的影响得到进一步减弱;与强震记录的反应谱比较,在短周期部分符合较好。最后总结所有工作并得出相关结论,指出了工作中不足以及对未来工作的展望。

关键词：动力学拐角频率震源谱能量补偿因子

转基因水稻秸秆还田对土壤硝化反硝化微生物群落的影响

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中国生态农业学报 2018年第1期26卷 8-15页

作者：王沛譞徐焱宋亚娜福建省农业科学院生物技术研究所福州350003 福建师范大学附中福州350007 福州时代中学福州350007

转基因作物可能通过根系分泌物和植株残体组成的改变及外源基因的转移释放令土壤微生物群落产生变化,影响土壤微生物的生态功能。氨氧化细菌和反硝化细菌是驱动土壤硝化和反硝化过程的关键微生物,其群落结构的变化直接关系土壤氮素的转... 详细信息

转基因作物可能通过根系分泌物和植株残体组成的改变及外源基因的转移释放令土壤微生物群落产生变化,影响土壤微生物的生态功能。氨氧化细菌和反硝化细菌是驱动土壤硝化和反硝化过程的关键微生物,其群落结构的变化直接关系土壤氮素的转化与利用。本研究利用荧光定量PCR和PCR-DGGE技术分析了转cry1Ac/cpti双价抗虫基因水稻‘Kf8’秸秆还田降解过程中,土壤氨氧化细菌和反硝化细菌群落丰度与组成的变化,探讨转基因水稻是否存在影响稻田土壤氮素转化与N2O排放的可能。结果显示:无论是氨氧化细菌amo A基因还是反硝化细菌nirS基因,其丰度在转基因水稻‘Kf8’与非转基因水稻‘Mh86’的秸秆还田土壤中都没有显著差异;转基因水稻‘Kf8’和非转基因水稻‘Mh86’秸秆还田降解过程中0~10 cm土层中的amo A基因丰度均显著高于10~20 cm及20~30 cm土层(P<0.05);各深度土层中的nirS基因丰度均存在随秸秆还田时间延长而增加的趋势。水稻秸秆还田降解过程中,转基因水稻‘Kf8’的土壤氨氧化细菌和反硝化细菌的群落多样性指数及组成,均与非转基因水稻‘Mh86’没有显著差异。相关分析结果表明土壤氨氧化细菌和反硝化细菌群落组成均与水稻秸秆还田时间存在显著相关性(P=0.002),反硝化细菌群落组成还与土层深度显著相关(P=0.024)。本研究表明转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻秸秆还田对稻田土壤硝化和反硝化关键微生物群落不会产生明显影响。就土壤微生物群落而言,转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻秸秆还田不存在影响土壤氮素转化与N2O排放的可能。

关键词：转基因水稻秸秆还田氨氧化细菌 amoA基因反硝化细菌 nirS基因群落结构

稻田土壤nirS型反硝化细菌群落对氮肥水平的响应

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中国农业科学 2013年第9期46卷 1818-1826页

作者：宋亚娜吴明基林艳福建省农业科学院生物技术研究所/福建省农业遗传工程重点实验室

【目的】基于水稻田间定位试验,利用nirS功能基因研究不同氮肥水平对稻田土壤反硝化细菌群落多样性的影响。【方法】运用PCR-DGGE(聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳)结合DNA克隆测序和荧光定量PCR(Real-time PCR)技术对反硝化细菌nirS基... 详细信息

【目的】基于水稻田间定位试验,利用nirS功能基因研究不同氮肥水平对稻田土壤反硝化细菌群落多样性的影响。【方法】运用PCR-DGGE(聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳)结合DNA克隆测序和荧光定量PCR(Real-time PCR)技术对反硝化细菌nirS基因进行检测,分析田间定位试验第4年不同氮肥水平下稻田nirS型反硝化细菌群落结构和丰度的变化。【结果】依据DGGE图谱计算的群落多样性指数显示,与不施肥对照处理(CK)比较,施用氮肥处理(N1:75 kg ***-2,N2:150 kg ***-2和N3:225 kg ***-2)可促进稻田土壤nirS型反硝化细菌群落多样性指数提高,尤其在水稻生长的齐穗期和成熟期后者均显著高于前者(P<0.05)。但群落多样性指数在N1、N2和N3处理间的差异主要表现在水稻分蘖期和齐穗期的表层土壤中,N3可显著高于N1(P<0.05)。冗余分析结果显示水稻生育时期对稻田土壤nirS型反硝化细菌群落结构的影响较大,表层和根层土壤的群落结构都与生育时期存在显著相关性(P=0.002,0.002);而不同氮肥水平对群落结构的显著性影响仅表现在稻田表层土壤中(P=0.002)。荧光定量PCR结果显示氮肥水平提高可促进稻田土壤nirS型反硝化细菌丰度增加,在水稻分蘖期和齐穗期内表层和根层土壤的nirS基因拷贝数均存在CK

关键词：氮肥水平反硝化细菌 nirS基因群落结构群落丰度

AM菌根和花生/小麦间作对花生根系质外体铁库形成的影响

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中国农业科学 2001年第5期34卷 568-571页

作者：宋亚娜郑伟文王贺中国农业大学植物营养系福州350003 北京100094 福建省农业科学院生物技术中心

采用尼龙网袋套根的盆栽方法模拟研究了接种 AM菌根及花生 /小麦间作对花生根系质外体铁库形成的影响 ,及其对植株铁营养状况的改善作用。试验设置 4个处理 ,即单作花生 +不接种 AM菌根 ,单作花生 +接种 AM菌根 ,花生 /小麦间作 +不接种... 详细信息

采用尼龙网袋套根的盆栽方法模拟研究了接种 AM菌根及花生 /小麦间作对花生根系质外体铁库形成的影响 ,及其对植株铁营养状况的改善作用。试验设置 4个处理 ,即单作花生 +不接种 AM菌根 ,单作花生 +接种 AM菌根 ,花生 /小麦间作 +不接种 AM菌根 ,花生 /小麦间作 +接种 AM菌根。结果表明 ,接种 AM菌根促进花生根系质外体铁库的累积 ,单、间作种植方式下均为接种 AM菌根的花生根系质外体铁含量显著高于不接种花生 ,且接种 AM菌根有利于改善花生铁营养 ,其地上部铁含量、新叶叶绿素含量高于不接种处理 ;花生 /小麦间作有利于花生根系质外体铁库的累积 ,无论接种与否 ,间作花生根系质外体铁含量都显著高于单作花生 ,其地上部铁含量和新叶叶绿素含量也高于单作花生 ;花生 /小麦间作和接种 AM菌根两种处理对花生根系质外体铁的累积及植株缺营养的改善有正交互作用

关键词：铁营养质外体铁 AM菌根间作花生小麦

红壤稻田不同生育期土壤氨氧化微生物群落结构和硝化势的变化

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土壤学报 2010年第5期47卷 987-994页

作者：宋亚娜林智敏福建省农业科学院生物技术研究所福州350003

以福建省红壤稻田土壤为对象,通过提取土壤总DNA,利用特异引物进行PCR(聚合酶链反应)扩增和DGGE(变性梯度凝胶电泳)并结合DNA克隆测序,研究了水稻生长过程中稻田土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构的变化。结果显示:稻田土壤具有丰富... 详细信息

以福建省红壤稻田土壤为对象,通过提取土壤总DNA,利用特异引物进行PCR(聚合酶链反应)扩增和DGGE(变性梯度凝胶电泳)并结合DNA克隆测序,研究了水稻生长过程中稻田土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构的变化。结果显示:稻田土壤具有丰富的氨氧化细菌和氨氧化古菌资源。水稻生长过程中土壤氨氧化细菌群落组成较为稳定,只表现出水稻生长前期(苗期、分蘖期)和中后期(孕穗期、成熟期)间存在一定差异。而土壤氨氧化古菌群落组成变化较大,在水稻生长的苗期、分蘖期、孕穗期和成熟期4个时期间均存在一定差异。在水稻生长过程中,土壤氨氧化细菌群落多样性指数无显著性变化,但氨氧化古菌群落多样性指数随水稻生长明显提高,孕穗期后才达到平稳。水稻生长前期土壤硝化势也具有显著上升趋势,孕穗期时达到最高,而后有所下降。土壤硝化势与氨氧化古菌群落多样性指数具有显著正相关性,与氨氧化细菌没有相关性。研究表明,氨氧化古菌对红壤稻田土壤硝化作用的影响程度较大,证实了氨氧化微生物尤其是氨氧化古菌在稻田土壤微生物组成及其生态系统功能中的重要性。

关键词：红壤稻田氨氧化细菌氨氧化古菌 PCR-DGGE 硝化势

不同水稻tms5突变位点对雄性不育起点温度的影响

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福建农业学报 2023年第7期38卷 761-771页

作者：吴明基刘华清陈建民付艳萍杨绍华宋亚娜林艳王锋福建省农业科学院生物技术研究所/福建省农业遗传工程重点实验室福建福州350003

【目的】研究不同水稻tms5突变位点对雄性不育起点温度的影响,探讨不育起点温度遗传调控途径。【方法】在水稻TMS5的6个外显子上设计11个CRISPR/Cas9基因编辑靶点,依次命名为T501—T511,构建相应载体转化粳稻品种日本晴和籼稻品种明恢86... 详细信息

【目的】研究不同水稻tms5突变位点对雄性不育起点温度的影响,探讨不育起点温度遗传调控途径。【方法】在水稻TMS5的6个外显子上设计11个CRISPR/Cas9基因编辑靶点,依次命名为T501—T511,构建相应载体转化粳稻品种日本晴和籼稻品种明恢86,获得各靶点的tms5移码突变体。田间自然高温及人工气候箱(设日平均22、24和28℃3种温度)条件下分析tms5突变体的花粉碘染及自交结实率,鉴定不育起点温度。【结果】粳稻日本晴tms5突变体的不育起点温度高于28℃,籼稻明恢86的不同tms5突变体不育起点温度为22~28℃。此外,同一遗传背景下,通过T501靶点编辑产生的tms5-1移码突变体不育起点温度均显著高于T502靶点的tm5-2突变体,其他位点上的tms5突变体育性特征与tm5-2突变体并无差异。基因表达量分析表明,tms5-1突变体幼穗Ub_(L40)基因表达量显著低于tm5-2突变体的表达量。【结论】水稻tms5突变体不育起点温度不仅受遗传背景的影响,tms5基因突变位点不同也会影响不育起点温度,特别是T501位点与其余位点突变体间不育起点温度差异显著,为研究水稻tms5两系不育起点温度的分子机理及遗传调控网络提供了新思路。

关键词：水稻 CRISPR/Cas9 TMS5 温敏核不育不育起点温度