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牛场肥水灌溉对土壤nirk、nirS型反硝化微生物群落结构的影响

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生态学报 2017年第11期37卷 3655-3664页

作者：王婷刘丽丽张克强王风杜会英高文萱农业部环境保护科研监测所天津300191 天津师范大学生命科学学院天津300387 天津大学化工学院天津300072

以徐水县梁家营长期定位施肥试验田为研究对象,利用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析和克隆文库构建,研究了5种施肥处理(清水灌溉CK、无机肥灌溉CF、牛场肥水不同浓度、不同次数灌溉T4、T5和T11)下土壤中nirk、nirS型反硝化细菌群... 详细信息

以徐水县梁家营长期定位施肥试验田为研究对象,利用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析和克隆文库构建,研究了5种施肥处理(清水灌溉CK、无机肥灌溉CF、牛场肥水不同浓度、不同次数灌溉T4、T5和T11)下土壤中nirk、nirS型反硝化细菌群落多样性及其群落结构的演变。结果表明,不同施肥处理下nirk、nirS型反硝化细菌群落多样性无显著差异,但群落结构却有明显变化:nirk型反硝化细菌群落结构既受施肥种类又受施肥量影响,优势种群尤其对施肥种类和施肥量响应显著;nirS型反硝化细菌则主要受施肥种类影响,施肥量影响微弱。牛场肥水处理和无机肥处理分别促进和抑制不同的nirS型反硝化细菌,群落主成分受无机肥促进、牛场肥水抑制。系统发育分析结果表明,土壤中nirk型反硝化细菌主要与假单胞菌属(Pseudomonas)、产碱杆菌属(Alcaligenes)和根瘤菌属(Rhizobium)的反硝化细菌具有较近的亲缘关系;nirS型反硝化细菌主要与劳尔氏菌(Ralstonia)和红长命菌属(Rubrivivax)有较近的亲缘关系。试验土壤中反硝化微生物多与目前已报道的好氧反硝化细菌亲缘关系较近,这可能与微生物分析取自表层土有关。

关键词： nirk nirS 反硝化细菌牛场肥水灌溉 T—RFLP 群落多样性

闽江河口互花米草不同入侵阶段湿地土壤nirk型反硝化微生物群落结构及多样性

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应用生态学报 2022年第11期33卷 3007-3015页

作者：陈冰冰孙志高胡星云武慧慧王晓颖毛立厉彦哲福建师范大学湿润亚热带生态地理过程教育部重点实验室福州350007 福建师范大学福建省亚热带资源与环境重点实验室福州350007 福建师范大学地理研究所福州350007

为了明确闽江河口互花米草海向不同入侵阶段湿地土壤nirk型反硝化微生物的群落结构及多样性,在鳝鱼滩东部的互花米草分布区,由陆向海方向选择互花米草海向入侵前的光滩(MF)、入侵1~2年(SAN)和入侵6~7年的互花米草(SA)湿地为研究对象,基... 详细信息

为了明确闽江河口互花米草海向不同入侵阶段湿地土壤nirk型反硝化微生物的群落结构及多样性,在鳝鱼滩东部的互花米草分布区,由陆向海方向选择互花米草海向入侵前的光滩(MF)、入侵1~2年(SAN)和入侵6~7年的互花米草(SA)湿地为研究对象,基于高通量测序技术,测定并分析了不同互花米草入侵阶段湿地土壤nirk型反硝化微生物群落结构及多样性的差异。结果表明:互花米草海向入侵降低了土壤中nirk型反硝化微生物群落的多样性及丰富度。不同入侵阶段湿地土壤的nirk型反硝化微生物主要包括变形菌门和放线菌门,其中变形菌门占绝对优势地位。互花米草海向入侵整体改变了湿地土壤中nirk型反硝化菌属的组成特征,MF、SAN、SA湿地土壤中相对丰度最高的nirk基因菌属分别为慢生根瘤菌属、中慢生根瘤菌属和产碱杆菌属。互花米草海向入侵增加了土壤中nirk型反硝化微生物群落组成的空间异质性,尤其是在SAN样地,这主要与样地本身的环境扰动性较大及互花米草海向入侵加大了样地环境因子的空间异质性有关。互花米草海向入侵主要是通过显著改变土壤理化因子(粒度组成、pH值和含水量)和氮养分条件(全氮、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N)来影响nirk型反硝化微生物的群落结构及多样性。本研究结果有助于揭示互花米草海向入侵对湿地土壤反硝化过程影响的微生物机制。

关键词： nirk 高通量测序微生物多样性群落结构互花米草闽江口

若尔盖高原湿地泥炭沼泽土亚硝酸盐还原酶(nirk)反硝化细菌群落结构分析

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生态学报 2017年第19期37卷 6607-6615页

作者：王蓥燕卢圣鄂陈小敏李跃飞辜运富四川农业大学资源学院成都611130

若尔盖泥炭湿地是世界少有的低纬度永久冻土湿地,具有高海拔、高紫外辐射、高有机质的特点。该区域N2O的排放量对全球气候变暖有重要影响。对若尔盖高原湿地泥炭沼泽土中的亚硝酸盐还原酶(nir K)反硝化细菌群落结构多样性进行分析,以期... 详细信息

若尔盖泥炭湿地是世界少有的低纬度永久冻土湿地,具有高海拔、高紫外辐射、高有机质的特点。该区域N2O的排放量对全球气候变暖有重要影响。对若尔盖高原湿地泥炭沼泽土中的亚硝酸盐还原酶(nir K)反硝化细菌群落结构多样性进行分析,以期揭示该区域N2O释放的微生物调控机制。基于若尔盖高原湿地泥炭沼泽土的理化性质和反硝化活性(PDA),结合限制性酶切片段长度多态性(Restriction fragment length polymorphism,RFLP)技术、克隆文库及分子测序对该生态系统中的nir K反硝化细菌群落结构及多样性进行分析。反硝化活性测定结果显示:阿西地区>麦溪地区>分区地区,反硝化活性与土壤有机碳、总氮和丰富度呈显著正相关(P<0.05)。Shannon-wiener多样性指数以阿西最高、分区最低。3个样品中共测序15条nir K基因代表序列,系统发育表明若尔盖高原湿地优势nir K反硝化菌群为变形门菌群。其中,阿西地区主要为α-变形菌门,麦溪地区主要为β-变形菌门,分区地区无法确定优势种群。冗余分析(Redundancy analysis,RDA)显示:有效钾和有效磷是影响nir K反硝化细菌群落结构的关键环境因子。本论文显示,若尔盖高原湿地存在着明显的反硝化作用,调控这些反硝化作用的nir K反硝化细菌多样性较高,且与土壤有效钾和有效磷密切相关。

关键词：若尔盖高原湿地泥炭沼泽土反硝化活性 nirk 多样性

通风量对堆肥化过程中氮素转化及nirk基因多样性和数量的影响

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农业环境科学学报 2016年第3期35卷 565-572页

作者：王国兴董桂军艾士奇熊志强晏磊高亚梅王彦杰王伟东黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院黑龙江大庆163000 黑龙江省农垦总局植保植检站黑龙江哈尔滨150000

通过研究不同通风量对堆肥化过程中nir K基因多样性和丰度的影响,阐明通风量与氮素转化和氮损失之间的关系。堆肥共设置3个处理,即对照不通风(静态堆肥CK)、通风量0.05 L·min-1·kg-1(微好氧堆肥TF1)和通风量0.2 L·min-1·kg-1(好氧堆... 详细信息

通过研究不同通风量对堆肥化过程中nir K基因多样性和丰度的影响,阐明通风量与氮素转化和氮损失之间的关系。堆肥共设置3个处理,即对照不通风(静态堆肥CK)、通风量0.05 L·min-1·kg-1(微好氧堆肥TF1)和通风量0.2 L·min-1·kg-1(好氧堆肥TF4),分析不同时期堆肥样品的铵态氮、硝态氮、全氮等理化指标,以及不同时期堆肥样品中反硝化功能基因nir K基因数量和63 d样品中nir K基因多样性的变化规律。结果表明,堆肥过程中,CK、TF1、TF4三个处理的氨气速率和氮素总损失量随着通风量增大而增大,NO-3-N含量和总氮在堆肥结束时均达到最大,与通风量呈正相关。通过对堆肥样品中nir K基因多样性和数量分析发现,CK、TF1、TF4三个处理堆肥63 d样品中nir K基因克隆文库中OTU数量分别为9、5、3个;在堆肥高温期和腐熟期,nir K基因拷贝数与通风量呈现负相关。实验结果证明通风量显著影响堆肥化过程中各种形态氮的转化以及nir K基因多样性和数量,并增加了总氮和硝态氮含量。

关键词：通风量堆肥 nirk 氮素转化

辽河口沉积物反硝化过程研究-以反硝化功能基因丰度及nirk型细菌群落结构分析为例

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海洋学报 2020年第12期42卷 82-92页

作者：明红霞陈泉睿史银银苏洁于颖樊景凤国家海洋环境监测中心国家生态环境保护近岸海域生态环境重点实验室辽宁大连116023 大连海事大学环境科学与工程学院辽宁大连116026 厦门大学海洋与地球学院福建厦门361005

近年来,辽河口沿岸人类活动频繁,工农业活动发达,大量的氮、磷等营养物质输入至感潮河段继而排放入海,导致辽河口水体富营养化程度加剧。沉积物区域是反硝化作用的重要发生地和微生物富集地。微生物能够将沉积物中的硝酸盐及亚硝酸盐还... 详细信息

近年来,辽河口沿岸人类活动频繁,工农业活动发达,大量的氮、磷等营养物质输入至感潮河段继而排放入海,导致辽河口水体富营养化程度加剧。沉积物区域是反硝化作用的重要发生地和微生物富集地。微生物能够将沉积物中的硝酸盐及亚硝酸盐还原为N2O和N2释放到大气中,进而减轻河口生态系统氮负荷。本文中的实验采用定量PCR技术测定辽河口表层沉积物反硝化过程功能基因narG、nirk、norB、nosZ的基因丰度,结果表明,主导硝酸盐还原的narG功能基因丰度最高。使用高通量测序技术对nirk型功能基因进行测序,结果显示,在辽河口反硝化细菌中Devosia、Phaeobacter、Alcaligenes、Pseudomonas菌属丰度较高。反硝化功能基因的丰度主要受到沉积物粒径的影响,norB基因丰度与多个环境因子显著相关。nirk型反硝化细菌的群落结构和多样性主要受盐度、pH、溶解氧以及NO2−的影响。研究分析了反硝化功能基因丰度和细菌群落结构及其主要影响因子,其结果为辽河口水体富营养化中氮元素归趋的认知提供理论依据。

关键词：辽河口沉积物 nirk 细菌群落结构反硝化功能基因

水稻浮床对水体微生物中功能基因nifH、amoA、nosZ及nirk多样性的影响

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水稻浮床对水体微生物中功能基因nifH、amoA、nosZ及nirK多样性的...

作者：李文绪南京农业大学

学位级别：硕士

太湖作为我国第三大淡水湖泊,其富营养化程度日益加深,生态系统也因此遭到破坏,严重影响了该地区农业与环境的可持续发展。评价水体质量的指标有物理指标、化学指标及生物指标。水体微生物作为水体质量的指标,对水体的质量有着十分重要... 详细信息

太湖作为我国第三大淡水湖泊,其富营养化程度日益加深,生态系统也因此遭到破坏,严重影响了该地区农业与环境的可持续发展。评价水体质量的指标有物理指标、化学指标及生物指标。水体微生物作为水体质量的指标,对水体的质量有着十分重要的影响。水稻浮床对水体中功能微生物的群落结构产生何种影响,这方面的研究将为水体富营养化问题产生的原因,治理方式等提供一些重要的科学依据。氮素是产生水体富营养化问题的主要元素,因此水体中与除氮有关的功能微生物成为解决水体富营养化问题的关键因素,包括固氮微生物、硝化细菌、反硝化细菌等。由于水体微生物绝大部分种类在实验条件下难以培养,因此绕过传统微生物分离培养方法的局限,采用分子生物学技术直接从核酸水平研究水体中微生物群落结构成为微生物多样性研究的趋势。本课题选择胡埭镇生态基地水稻浮床,通过限制性片段长度多态性（Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP）分子生物学方法研究水稻浮床对水体中固氮微生物、硝化细菌、反硝化细菌相关功能基因（nifH、amoA、nirk、 nosZ）多样性的影响。本实验构建的三个nifH基因文库共有176个克隆子,包括30种OTUs。其中nifH-LW的52个阳性克隆中有18个不同的谱带型;文库nifH-FW的71个阳性克隆中有8个不同的谱带型;文库nifH-RW的53个阳性克隆中有19个不同的谱带型。nifH-RW文库各项多样性指数都相对较高,nifH-FW的各项多样性指数都较低,与nifH-RW和nifH-LW相差较大,nifH-RW＞nifH-LW＞nifH-FW.测序与比对结果显示,大部分OTUs与已知固氮微生物Proteobacteria具有较高的相似性。 amoA基因文库共得到183个克隆子,有20种OTUs,其中文库amoA-LW的66个阳性克隆中有9个不同的谱带型;文库amoA-FW的55个阳性克隆中有10个不同的谱带型;文库amoA-RW的62个阳性克隆中有12个不同的谱带型。amoA的多样性较低,三个文库的多样性指数相差不大,amoA-RW＞amoA-FW＞amoA-LW。 amoA-FW和amoA-LW文库的优势类型相同与亚硝化单胞菌属相似度分别达到98%和99%,amoA-RW文库的优势类型与亚硝化弧菌属的相似性达到94%。 nosZ基因文库共得到174个克隆子,OTUs有53种。其中文库nosZ-LW的50个阳性克隆中有27不同的谱带型;文库nosZ-FW的63个阳性克隆中有28个不同的谱带型;文库nosZ-RW的61个阳性克隆中有38个不同的谱带型nosZ-RW＞nosZ-LW＞nosZ-FW. nosZ-FW的优势类型与未培养细菌相似性较高,nosZ-LW的优势类型与假单胞菌属相似性高达92%,而nosZ-RW的优势类型与固氮螺菌属相似性为88%。 nirk基因文库共得到223个克隆子,包括61种OTUs。其中文库nirk-LW的80个阳性克隆中有31不同的谱带型;文库nirk-FW的75个阳性克隆中有36个不同的谱带型;文库nirk-RW的68个阳性克隆中有35个不同的谱带型,nirk-FW＞nirk-RW＞nirk-LW。nirk-LW的优势菌群与苍白杆菌的相似性高达99%,nirk-RW和nirk-FW的优势菌群均与未培养菌具有较高的相似性。结果表明水稻浮床系统可明显改变水体中细菌的数量和种类,综合氮素代谢微生物基因多样性研究结果,推测由于水稻浮床的引入,水体的优势菌群和微生物的群落结构发生较大的改变,促进了水体的氮循环,加强了水体的自净功能,试验结果为利用陆生植物浮床治理富营养化水体奠定理论基础,为生态浮床的发展提供了科学依据。

关键词：水稻浮床 nifH amoA nirk nosZ RFLP

长期施肥对水稻土亚硝酸还原酶基因（nirk、nirS）多样性的影响

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长期施肥对水稻土亚硝酸还原酶基因（nirK、nirS）多样性的影响

作者：罗希茜华中农业大学

学位级别：硕士

反硝化作用是造成土壤氮素损失的主要途径之一,不仅导致氮肥利用率降低,同时增加温室气体NO的排放量,破坏大气臭氧层,加速全球气候变暖,对环境产生严重影响。长期施肥对稻田土壤反硝化作用有重要影响,化肥尤其是氮肥的大量投入,促进了... 详细信息

反硝化作用是造成土壤氮素损失的主要途径之一,不仅导致氮肥利用率降低,同时增加温室气体NO的排放量,破坏大气臭氧层,加速全球气候变暖,对环境产生严重影响。长期施肥对稻田土壤反硝化作用有重要影响,化肥尤其是氮肥的大量投入,促进了反硝化作用,提高了NO的排放量。以反硝化过程中的关键功能基因——亚硝酸还原酶编码基因(nirk、nirS)为分子标记,探讨施肥对反硝化菌群落多样性的影响,有助于提高稻田系统氮素利用率,减少温室气体排放和环境污染,为稻田生产力可持续性发展提供重要理论依据。本研究利用中国科学院桃源农业生态试验站始于1990年的长期施肥试验,选取不施肥(CK)、施氮肥(N)、平衡施化肥(NPK)、有机肥配施化肥(NPKOM)四种不同施肥处理的土壤样品,利用分子生物学技术,研究了不同施肥处理对水稻土亚硝酸还原酶基因nirk、nirS多样性的影响。研究通过设计简并引物,采用降落式PCR扩增目的基因。目的片段用pGEM-T载体连接,转化至大肠杆菌DH-5α中,通过蓝白斑筛选克隆进行测序。根据测序结果,构建nirk、nirS基因克隆文库,计算多样性指数、绘制Chaol预测曲线,进行LIBSHUFF分析及系统发育分析。主要结果如下: 1)长期不同施肥对土壤反硝化速率产生了不同影响,NPKOM处理的反硝化速率显著高于其他三个处理,N处理次之。NPK处理的反硝化速率高于CK处理,但没有显著差异。 2)根据Chaol预测分析,长期不同施肥对nir基因多样性的影响不一致。NPK处理比N和NPKOM处理更有利于提高含,nirk基因反硝化菌群落的多样性,而N处理使nirS基因的多样性显著提高。 3)利用LIBSHUFF方法分析不同施肥的基因文库差异,发现nirk基因四个处理间两两比较的差异都达到显著水平,而nirS基因的处理间则无显著差异。表明长期施肥明显改变了含nirk基因的反硝化菌的群落结构,对nirS基因群落结构影响较小。 4)本研究克隆的249个nirk基因序列有232个与NCBI数据库中已知nirk基因片段相似,nirS基因克隆只有79%与已知序列相似。nirk基因序列与数据库中未知菌种的nirk基因相似性较高,为80%～95%,平均达90.7%;而nirS基因片段与数据库中已知的nirS基因相似度低,为72%～82%,平均为74.7%。因此无法判断本研究克隆得到的nirk、nirS基因片段所属的菌种。系统发育分析结果显示,nirk基因的OTUs可分为8个大簇,且不同处理下的OTUs有聚集情况,表明施肥改变了nirk反硝化菌群落中优势种的分布。大多数nirS基因克隆聚集在一个主要的大簇中,不同处理的OTUs分布则较平均,无明显的聚集情况,显示其群落的稳定性。总体来说,长期不同施肥对水稻土nirk、nirS基因反硝化菌群落多样性的影响不一致,平衡施化肥明显提高nirk基因多样性,单施氮肥使nirS基因多样性达到最高,其他施肥处理对nir基因多样性的影响不显著。施肥明显改变了nirk基因群落的结构组成,但对nirS基因群落结构无显著影响;nirk基因群落结构对施肥处理的敏感度大于nirS基因。

关键词：长期施肥水稻土反硝化 nirk nirS 多样性

nirS和nirk型反硝化细菌在水稻根中的分布

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东北农业科学 2021年第1期46卷 62-67页

作者：陈泽斌李冰林丽刘佳妮余磊徐胜光昆明学院农学与生命科学学院昆明650214 中国科学院昆明动物研究所昆明650223 云南省都市特色农业工程技术研究中心昆明650214 云南省高校生物炭工程研究中心昆明650214

为了解nirS和nirk型反硝化细菌在水稻根中的分布,利用MiSeq测序平台,对水稻根部的nirS和nirk反硝化功能基因进行高通量测序,并对测得序列进行生物信息学分析,揭示nirS和nirk型反硝化细菌在水稻根中的分布特征。结果表明:nirk型反硝化细... 详细信息

为了解nirS和nirk型反硝化细菌在水稻根中的分布,利用MiSeq测序平台,对水稻根部的nirS和nirk反硝化功能基因进行高通量测序,并对测得序列进行生物信息学分析,揭示nirS和nirk型反硝化细菌在水稻根中的分布特征。结果表明:nirk型反硝化细菌的种类丰富度虽高于nirS型,但种类分布的均匀度却低于nirS型。nirS和nirk型反硝化细菌隶属于3门5纲12目26属。在门水平,变形菌门是nirS和nirk型反硝化细菌的共同优势门。在纲水平,α-变形菌纲是nirS和nirk型反硝化细菌的共同优势纲。在目水平,红螺菌目是nirS型反硝化细菌的优势目;根瘤菌目是nirk型反硝化细菌的优势目。在属水平,磁螺菌属是nirS型反硝化细菌的优势属;氏菌属、红假单胞菌属、慢生根瘤菌属是nirk型反硝化细菌的优势属。nirS和nirk型反硝化细菌在水稻根中的分布特征与前人对其他地理环境的同类研究结果相一致。固氮螺菌属等5个类群细菌仅存在于nirS型反硝化细菌中;氏菌属等17种类群细菌仅存在于nirk型反硝化细菌中,呈现出分布特异性。

关键词： nirS nirk 反硝化细菌水稻根部

反硝化功能基因nirS和nirk及其检测技术研究进展

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微生物学杂志 2018年第4期38卷 84-91页

作者：张旭志杨倩倩赵俊曲克明中国水产科学研究院黄海水产研究所青岛海洋科学与技术国家实验室山东青岛266071 上海海洋大学海洋科学学院上海201306

反硝化作用对维持环境氮平衡具有重要意义,其过程中亚硝酸盐向NO的转化是关键步骤,由亚硝酸盐还原酶控制,因此检测亚硝酸盐还原酶编码基因可以从分子生物学角度深入分析微生物种群特性和氮元素的转化规律,进而为评估生态环境健康状况等... 详细信息

反硝化作用对维持环境氮平衡具有重要意义,其过程中亚硝酸盐向NO的转化是关键步骤,由亚硝酸盐还原酶控制,因此检测亚硝酸盐还原酶编码基因可以从分子生物学角度深入分析微生物种群特性和氮元素的转化规律,进而为评估生态环境健康状况等科研与生产活动提供支撑数据。重点综述了近年来反硝化作用功能基因nirS和nirk及其检测技术的研究进展,并对未来可预期的检测技术进行了展望,以期为该领域的研究人员提供参考。

关键词：反硝化作用功能基因 nirS nirk 检测技术