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固氮菌缓解氮限制环境中丛枝菌根真菌对加拿大一枝黄花的营养竞争

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植物生态学报 2020年第7期44卷 782-790页

作者：庞芳夏维康何敏祁珊珊戴志聪杜道林江苏大学环境与安全工程学院江苏镇江212013 江苏大学农业工程学院现代农业装备与技术教育部重点实验室江苏镇江212013

丛枝菌根真菌(AMF)能与大多数陆生植物的根系形成共生体,有助于宿主植物吸收养分。但营养胁迫下,根系微生物对AMF与宿主植物间关系的影响少见报道。该研究假设:在营养极度匮乏(如氮胁迫)环境下,AMF与宿主植物可能产生营养竞争,而固氮菌... 详细信息

丛枝菌根真菌(AMF)能与大多数陆生植物的根系形成共生体,有助于宿主植物吸收养分。但营养胁迫下,根系微生物对AMF与宿主植物间关系的影响少见报道。该研究假设:在营养极度匮乏(如氮胁迫)环境下,AMF与宿主植物可能产生营养竞争,而固氮菌的介入能够缓解两者对营养的竞争关系。为了验证这一假设,该文探究了加拿大一枝黄花(Solidagocanadensis)生长受限的氮浓度,并在氮受限条件下检验了AMF、加拿大一枝黄花及固氮菌三者间的关系。结果表明:低氮处理明显抑制了加拿大一枝黄花的地上生物量和总生物量,尤其以0.025mmol·L–1N的氨态氮对加拿大一枝黄花的负影响更甚。在此氮浓度下,单独添加AMF总体上都进一步抑制了加拿大一枝黄花的生长,而固氮菌的添加在一定程度上提高了氮受限条件下AMF对宿主的根部侵染率及宿主植物生物量。这表明固氮菌能够缓和氮受限条件下AMF和加拿大一枝黄花间的营养竞争关系。研究结果加深了对外来植物在极度营养胁迫环境下与多种微生物互作的入侵机制的理解。

关键词：丛枝菌根真菌氮限制营养竞争固氮菌入侵植物

滨海盐度梯度土壤中固氮菌和反硝化菌的分布特征

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土壤通报 2024年第2期55卷 471-482页

作者：宋延静马兰张晓黎王洁单燕李俊林山东省蚕业研究所山东烟台264002 中国科学院烟台海岸带研究所山东烟台264003

[目的]为探讨滨海土壤盐渍化过程对氮转化的影响,本研究分析了滨海盐土自然盐度梯度下固氮菌和反硝化菌的分布特征。[方法]在莱州湾南岸及黄河口采集自然盐度梯度(0.64%~5.18%)土壤样品,人为划分为低盐度(0.64%~0.76%)、中盐度(1.25%~2.... 详细信息

[目的]为探讨滨海土壤盐渍化过程对氮转化的影响,本研究分析了滨海盐土自然盐度梯度下固氮菌和反硝化菌的分布特征。[方法]在莱州湾南岸及黄河口采集自然盐度梯度(0.64%~5.18%)土壤样品,人为划分为低盐度(0.64%~0.76%)、中盐度(1.25%~2.39%)、高盐度(3.49%~5.18%)三个梯度,利用荧光定量PCR和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术分析不同盐度梯度土壤中固氮菌(nifH基因)和反硝化菌(nosZ、nirS、nirK基因)的丰度、多样性及群落结构。[结果]固氮菌丰度在低盐区显著高于中、高盐区(P菌在该区域盐土中以nirK基因型占主导,nirK、nirS和nosZ三种基因的拷贝数受盐度影响不大,但(nirK+nirS)/nosZ拷贝数比值随盐度升高而显著升高。无机氮营养是影响该区域盐土反硝化菌群落结构的关键环境因子。[结论]滨海土壤盐渍化程度显著影响固氮菌的丰度、群落结构和反硝化过程功能基因的比值,可能影响土壤氮循环过程及N_(2)O排放,进而对全球气候变化产生重要影响。

关键词：滨海盐土固氮菌反硝化菌盐度梯度环境响应

不同形态氮肥配施固氮菌对复垦土壤酶活性及氮素形态的影响

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灌溉排水学报 2022年第11期41卷 45-49,77页

作者：王帅兵孟会生武欣张杰郝鲜俊洪坚平焦金铖山西农业大学资源环境学院山西太谷030801

【目的】探究不同形态氮肥配施固氮菌对复垦土壤酶活性及氮素形态的影响。【方法】选取采煤塌陷区复垦1 a的土壤为研究对象,通过盆栽试验分析各形态氮肥与固氮菌配施对土壤微生物量碳、微生物量氮、酶活性、全氮、溶解性总氮、铵态氮、... 详细信息

【目的】探究不同形态氮肥配施固氮菌对复垦土壤酶活性及氮素形态的影响。【方法】选取采煤塌陷区复垦1 a的土壤为研究对象,通过盆栽试验分析各形态氮肥与固氮菌配施对土壤微生物量碳、微生物量氮、酶活性、全氮、溶解性总氮、铵态氮、硝态氮的影响。【结果】硝铵态氮肥配施固氮菌可有效提高复垦土壤微生物量碳、微生物量氮、溶解性总氮、铵态氮量,与硝铵态氮肥处理相比,土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、蛋白酶、脲酶活性分别提高了4.96%、17.85%、12.53%、6.12%。土壤养分、酶活性、微生物量碳、微生物量氮之间的关系密切,蔗糖酶、蛋白酶、脲酶活性与土壤全氮、溶解性总氮、铵态氮量均呈极显著正相关(P固氮菌配施处理下的复垦土壤质量最高。【结论】硝铵态氮肥配施固氮菌最有利于提高复垦土壤的微生物活性与养分水平,是一种合理的复垦土壤施肥管理方式。

关键词：氮肥形态固氮菌溶解性总氮复垦土壤土壤酶活性

施氮对不同结瘤特性花生土壤固氮菌多样性和群落组成的影响

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作物学报 2022年第10期48卷 2575-2587页

作者：孙棋棋郑永美于天一吴月杨吉顺吴正锋吴菊香李尚霞山东省花生研究所山东青岛266100

施氮对豆科作物土壤固氮菌的影响机理尚不明确。深入研究施氮对花生土壤固氮菌的影响,对花生田高效施氮和农业可持续发展具有重要意义。本研究以结瘤(花育22)和不结瘤(BL)花生为材料,设置N0(不施氮,0 kg hm^(-2))、N60(减量施氮,60 kg h... 详细信息

施氮对豆科作物土壤固氮菌的影响机理尚不明确。深入研究施氮对花生土壤固氮菌的影响,对花生田高效施氮和农业可持续发展具有重要意义。本研究以结瘤(花育22)和不结瘤(BL)花生为材料,设置N0(不施氮,0 kg hm^(-2))、N60(减量施氮,60 kg hm^(-2))、N120(常量施氮,120 kg hm^(-2))和N180(过量施氮,180 kg hm^(-2))4个施氮水平,探讨不同施氮水平对不同结瘤特性花生土壤固氮菌的影响。采用实时荧光定量PCR和高通量测序技术,以nifH基因为标靶,分析土壤固氮菌丰度、多样性和群落组成。结果表明:(1)施氮显著提高土壤氮组分含量,N120结瘤花生土壤中微生物量氮和可溶性有机氮显著高于不结瘤花生。不结瘤花生荚果产量随施氮水平呈线性增加,而结瘤花生产量不受施氮影响。(2)施氮条件下,不结瘤花生土壤nifH拷贝数显著降低,而结瘤花生土壤nifH拷贝数随施氮水平增加先降低后增加。(3)施氮对不结瘤花生土壤固氮菌多样性先抑制后促进,而施氮对结瘤花生土壤固氮菌多样性呈先促进后抑制的模式,并在N120达到最大值。(4)施氮显著改变不结瘤花生土壤固氮菌群落组成,不同施氮水平优势属分别为nonrank_Bacteria(N0)、unclassified_Cyanobacteria(N60)、nonrank_Bacteria(N120)和Skermanella(N180),硝态氮是影响处理间土壤固氮菌群落组成差异的唯一显著因素;结瘤花生土壤各施氮水平固氮菌群落组成相似,除N120外,均以unclassified_Proteobacteria和Skermanella占优。不结瘤与结瘤花生土壤固氮菌对施氮水平截然不同的响应可能是由于二者分别受到不同氮源的影响(肥料氮vs.根瘤固氮)。本研究中120 kg hm^(-2)是对土壤固氮和花生生产最优的施氮水平。

关键词：花生结瘤特性固氮菌施氮根瘤固氮

氟苯尼考联合铜环境胁迫对土壤固氮菌成膜能力及相关基因表达的研究

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华南农业大学学报 2023年第3期44卷 402-409页

作者：梁仪周童白玲王美孙永学华南农业大学兽医学院/国家兽药安全评价(环境评估)实验室/广东省兽药研制与安全评价重点实验室广东广州510642 怀化职业技术学院湖南怀化418400 浙江农林大学动物科技学院动物医学院浙江杭州311300

[目的]研究氟苯尼考和铜(Cu)残留对土壤固氮菌的生态毒性效应,为评价兽药的环境风险提供依据。[方法]对从花生根际土壤中分离出的一株优势固氮菌RpEC2071进行氟苯尼考和铜胁迫处理,试验设置空白组(0μg/mL)、氟苯尼考添加组(40μg/mL)... 详细信息

[目的]研究氟苯尼考和铜(Cu)残留对土壤固氮菌的生态毒性效应,为评价兽药的环境风险提供依据。[方法]对从花生根际土壤中分离出的一株优势固氮菌RpEC2071进行氟苯尼考和铜胁迫处理,试验设置空白组(0μg/mL)、氟苯尼考添加组(40μg/mL)、Cu添加组(200μg/mL)和混合组(氟苯尼考40μg/mL+Cu 200μg/mL),并于给药后采样。采用苯酚硫酸法和96孔法研究氟苯尼考和Cu单独或联合处理对固氮菌胞外多糖产生及生物膜形成能力的影响。采用RT-qPCR测定分析固氮菌生物膜及固氮相关基因的mRNA表达水平。[结果]氟苯尼考和Cu单独胁迫会促进生物膜的形成,二者生物膜形成能力约为空白组的2倍;混合胁迫会抑制生物膜的形成,空白组生物膜形成能力是其3.1倍。胞外多糖分泌结果与生物膜形成能力测定结果基本一致。生物膜相关基因与氮代谢调控基因呈显著正相关,氟苯尼考和Cu的添加改变了fli Q、nif H和nnr R等基因的表达水平,且二者联合处理后会对其表达分别产生协同或拮抗作用。[结论]氟苯尼考与Cu的单独或联合胁迫影响固氮菌RpEC2071中生物膜相关基因表达,进而对其生物膜形成能力产生影响。预示了以氟苯尼考和Cu为例的兽药及重金属残留胁迫会对土壤固氮菌产生潜在的生态毒性效应,从而破坏土壤中固氮生态系统。

关键词：氟苯尼考铜固氮菌胞外多糖生物膜生态毒性

固氮菌与氮肥配施对甘蔗生长影响及应用前景分析

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固氮菌与氮肥配施对甘蔗生长影响及应用前景分析

作者：张瑞楠广西大学

学位级别：硕士

甘蔗是我国最重要的糖料作物,然而当前甘蔗种植中普遍存在氮肥过量的现象,严重制约甘蔗产业的可持续发展。研究表明,甘蔗固氮菌能与甘蔗联合固氮,并通过多种机制促进甘蔗生长。因此,若能充分发挥固氮菌的联合固氮作用,对甘蔗生产中氮肥... 详细信息

甘蔗是我国最重要的糖料作物,然而当前甘蔗种植中普遍存在氮肥过量的现象,严重制约甘蔗产业的可持续发展。研究表明,甘蔗固氮菌能与甘蔗联合固氮,并通过多种机制促进甘蔗生长。因此,若能充分发挥固氮菌的联合固氮作用,对甘蔗生产中氮肥减施具有重要意义。本研究通过设置施氮量、固氮菌种类和甘蔗品种三个因素,探究固氮菌与氮肥配施对甘蔗生长的影响。并根据试验结论,就固氮菌及微生物菌肥与氮肥配施的应用前景进行分析。研究结果可为甘蔗产业优化施肥提供参考依据。研究主要结果如下:（1）不同氮水平下,探究接种两个不同固氮菌对两个甘蔗品种农艺性状的影响。结果表明,与未接菌的对照相比,接菌处理都不同程度地提高了甘蔗的生物量和株高。相比于施肥300 kg/ha不接菌处理,减氮25%并接种内生固氮菌DX120E的处理对甘蔗株高、生物量的促进作用最为显著。相同氮水平下,接种处理的蔗糖分含量都高于对照处理,且接种DX120E的效果优于XD20和XD20+DX120E处理。两个品种相比,对甘蔗品种GT42的效果优于ROC22品种。（2）不同氮水平下,探究接种两个不同固氮菌对两个甘蔗品种生理特性的影响。结果表明,减少25%的氮素和50%的氮素,接种两个固氮菌株DX120E和XD20都提高了两个甘蔗品种的叶面积、叶片氮含量、叶绿素含量和光合气体交换参数。减施氮50%时,接种DX120E处理对甘蔗品种GT42叶绿素含量的影响显著优于ROC22。多个处理间相比,对光合气体交换参数:净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度的影响,都以减氮25%时分别接种菌株DX120E和XD20的处理促进效果最显著,而同时接种这两个菌株的处理,其对光合作用的促进作用减弱。（3）相比于施肥300 kg/ha不接菌处理,减氮50%和减氮25%,接种两个固氮菌都提高了两个甘蔗品种的生理特性,特别是对甘蔗光合作用的促进作用更明显。基于本试验结果,若从可持续发展的角度考虑,在甘蔗生产管理中建议减氮50%并接种固氮菌。若从农户经济效益角度考虑,建议在甘蔗种植管理中选择减氮25%并接种固氮菌。（4）固氮菌与氮肥配施在生产中应用前景诱人。减氮25%能节约尿素投入1.74亿元/榨季,使碳足迹降低33.26%,具备经济与生态效益。微生物菌肥作为氮肥潜在的部分替代者,针对目前存在的问题对其良性发展提出建议:一要加大资金投入;二要强化科技研究;三要规范肥料生产;四要加强农民培训。通过打造“互联网+农业”平台高效对接信息、运用广西良种繁育基地建立示范、借助扶绥科技小院指导生产,因地制宜推动微生物菌肥在广西甘蔗产业中蓬勃发展。

关键词：甘蔗固氮菌生长光合特性应用前景

固氮菌(Ensifer meliloti 1021)降解苯甲腈及其代谢酶的基因克隆和表达

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生态与农村环境学报 2019年第2期35卷 248-254页

作者：郭静静郭磊磊赵云岫葛峰戴亦军南京师范大学生命科学学院/江苏省微生物与功能基因组学重点实验室/江苏省微生物资源产业化工程技术研究中心江苏南京210023 生态环境部南京环境科学研究所江苏南京210042

对固氮菌(Ensifer meliloti 1021)降解环境污染物苯甲腈途径及其相关酶进行了基因克隆和表达研究。高效液相色谱法(HPLC)分析显示En.meliloti 1021静息细胞可将苯甲腈降解为苯甲酰胺和苯甲酸。En.meliloti 1021全基因组中没有腈水解酶(n... 详细信息

对固氮菌(Ensifer meliloti 1021)降解环境污染物苯甲腈途径及其相关酶进行了基因克隆和表达研究。高效液相色谱法(HPLC)分析显示En.meliloti 1021静息细胞可将苯甲腈降解为苯甲酰胺和苯甲酸。En.meliloti 1021全基因组中没有腈水解酶(nitrilase)基因,但有1个腈水合酶(nitrile hydratase)基因和12个酰胺酶(amidase)基因,因而其降解苯甲腈生成苯甲酸是经腈水合酶/酰胺酶途径。PCR扩增En.meliloti 1021的腈水合酶基因并在Esche-richia coli Rosetta (DE3)中成功表达。腈水合酶过表达的E.coli可在5 min内降解90%的浓度为97 mmol·L-1的苯甲腈,10 min基本检测不到苯甲腈,产生66.9 mmol·L-1苯甲酰胺。对12个酰胺酶进行了系统发育树分析,发现有4个酰胺酶与Genbank数据库中的苯甲酰胺水解酶(benzamide amidohydrolase)有较高的同源性。对这4个酰胺酶基因进行克隆表达以及酶活检测,发现只有登录号为CAC47672.1的酰胺酶有苯甲酰胺酶活性,可将苯甲酰胺水解为苯甲酸。该酰胺酶由434个氨基酸组成,分子量为47 k Da,等电点5.37。

关键词：固氮菌腈水合酶酰胺酶苯甲腈微生物降解

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尾矿固氮菌的分离筛选及其植物促生效应研究

生态环境学报 2022年第11期31卷 2180-2188页

作者：郭丽芳杨瑞孙蔚旻佛山科学技术学院食品科学与工程学院广东佛山528000 广东省科学院生态环境与土壤研究所/华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心/广东省农业环境综合治理重点实验室广东广州510650

尾矿是一种寡营养环境,含有大量重金属元素,然而营养元素的缺乏,尤其是氮素的缺乏严重阻碍了尾矿生物修复策略的发展。固氮菌可为植物提供可利用性氮,促进尾矿生态修复。然而,目前关于栖息在尾矿中固氮菌的分离研究较少。采用无氮培养... 详细信息

尾矿是一种寡营养环境,含有大量重金属元素,然而营养元素的缺乏,尤其是氮素的缺乏严重阻碍了尾矿生物修复策略的发展。固氮菌可为植物提供可利用性氮,促进尾矿生态修复。然而,目前关于栖息在尾矿中固氮菌的分离研究较少。采用无氮培养基和稀释涂布平板分离法,从湖南怀化溆浦县黄家尾矿分离出7株具有固氮功能的菌株,结果表明,PC-3的固氮酶活性最高(7133.71μmol·h^(−1)·mL^(−1))。IAA、金属抗性和铁载体定性测定结果表明,G6、L31和PC-3同时具备有IAA特性、铁载体和金属抗性的能力。同时研究了菌株的最适生长pH,结果表明大部分菌株在pH偏中性下生长较好,但G6、L2+2在pH=9的条件下生长趋势最好。16S rRNA测序结果表明,上述7株菌分别为Brevundimonas(G15、G18),Xanthobacter(L31),Sphingobium(L2+2),Pseudomonas(PC-3),Mycobacterium(G6),Rhodococcus(L45)。为了进一步探究尾矿固氮菌的植物促生潜力,进行了盆栽试验。与对照组相比,接种L2+2、L31菌株显著提高了植物根长和茎长,其中L31菌株使植物根长和茎长分别增长了130%、93%;接种菌株也显著提高了植物根和茎的干质量,其中接种L2+2处理植物的根、茎的干质量分别增长了260%、188%;接种G6、L31处理植物根和茎的氮含量显著增加,效果最显著的是G6,增长量分别达到406%、131%。结果表明,L2+2、L31和G6具有较大的植物促生潜力,在获取营养物质和促进尾矿的生态演替方面发挥重要作用,可作为生物肥料的良好候选菌株,以促进尾矿生态环境的修复。

关键词：尾矿危害固氮菌重金属污染植物促生生态修复

亚热带典型杉木人工林根际土壤固氮菌丰度和群落结构

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应用生态学报 2024年第6期 1681-1688页

作者：韩风毅张贻荣王思荣杨智杰郑勇邓米林贺纪正林永新福建省上杭白砂国有林场武夷山国家公园科研监测中心福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站福建师范大学地理科学学院湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地

根际是植物根系和土壤微生物进行物质交换和能量流动的重要场所，根际固氮微生物对植物获取氮素具有重要作用。本研究以闽西三明市森林生态系统与全球变化研究站(SM)、龙岩市上杭白砂国有林场(BS)和南平市武夷山国家森林公园(WYS)3个典... 详细信息

根际是植物根系和土壤微生物进行物质交换和能量流动的重要场所，根际固氮微生物对植物获取氮素具有重要作用。本研究以闽西三明市森林生态系统与全球变化研究站(SM)、龙岩市上杭白砂国有林场(BS)和南平市武夷山国家森林公园(WYS)3个典型林场的杉木人工林根际土壤为对象，利用荧光定量PCR和高通量测序，以nifH基因为标靶，研究杉木人工林根际土壤固氮菌丰度和群落特征及其环境驱动因子。结果表明：SM的土壤pH值及C:N和C:(N:P)均显著低于BS和WYS。SM的nifH基因丰度为6.38×108copies·g-1，显著低于BS的1.35×109copies·g-1和WYS的1.10×109copies·g-1；SM的根际土壤固氮菌群落的α多样性指数也低于BS和WYS。BS和WYS根际土壤固氮菌群落结构具有较大的相似性，但与SM显著不同。3个采样点获得的固氮菌序列分属5门8纲15目23科33属，且均以变形菌门，α-变形菌纲、慢生根瘤菌属为优势类群。土壤pH值、有效磷、硝态氮和C:(N:P)是影响nifH基因丰度和群落特征的重要因素，其中土壤pH值是主控因素。综上，杉木人工林根际土壤的固氮菌丰度和群落结构在空间上存在较大差异，土壤pH值是最重要的调控因子。

关键词：杉木人工林固氮菌群落结构多样性化学计量比