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重庆紫色水稻土中“全程”和“半程”氨氧化微生物的垂直分异
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作者 万琪慧 王书玲 +3 位作者 赵伟烨 马黎华 贾仲君 蒋先军 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期291-302,共12页
【目的】系统评估全程氨氧化细菌(complete ammonia oxidizing bacteria, Comammox bacteria)、半程氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)在典型水稻土剖面的垂直分异规律。2015年发现的"全程"氨氧化细菌(Comammox Nitrospira)可将氨... 【目的】系统评估全程氨氧化细菌(complete ammonia oxidizing bacteria, Comammox bacteria)、半程氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)在典型水稻土剖面的垂直分异规律。2015年发现的"全程"氨氧化细菌(Comammox Nitrospira)可将氨分子一步氧化为硝酸盐,实现硝化作用。而经典的"半程"氨氧化细菌(AOB)或古菌(AOA)将氨分子氧化为亚硝酸盐后,再由系统发育完全不同的硝化细菌将其氧化为硝酸盐。全程氨氧化细菌实现了一步硝化全过程,根本改变了学术界对2类微生物分步硝化的经典认知,但相关研究仍处于初步阶段。【方法】选择重庆北碚地区2017年典型水稻土并采集5、10、20和40 cm不同深度土壤(剖面采样点的上下误差不超过1cm),提取水稻土总DNA后,利用标靶功能基因amoA,通过实时荧光定量PCR技术分析全程氨氧化细菌(Comammox)、半程氨氧化细菌(AOB)和古菌(AOA)在水稻土不同深度的数量变异规律。【结果】半程氨氧化细菌AOB和古菌AOA均随土壤深度增加呈显著下降趋势。然而,全程氨氧化细菌的两大类微生物则表现出相反的规律,Comammox Clade A的丰度随着土壤剖面的加深而显著增加(P<0.05),但Clade B并未有类似规律。Clade A在水稻土不同层次的土层中均比Clade B高出1个数量级,在5 cm和40 cm处的最低和最高值分别为3.42×10~7、8.46×10~7 copies/g。AOA与AOB的丰度大致相当,5cm剖面处数量最高分别为1.23×10~7、1.83×10~5copies/g,但其平均丰度远低于全程氨氧化细菌,Comammox与AOA、AOB amoA功能基因拷贝数之比为10–2000。【结论】全程氨氧化细菌(Comammox bacteria)广泛分布于水稻土不同土层中,且数量远高于"半程"氨氧化细菌和古菌,意味着Comammox可能在水稻土硝化作用中起重要作用。 展开更多
关键词 氮循环 氨氧化微生物 硝化作用 亚硝酸细菌
稳定性同位素DNA-SIP示踪中性紫色土的氨氧化过程
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作者 刘天琳 王智慧 +3 位作者 闫小娟 赵永鹏 贾仲君 蒋先军 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期2930-2938,共9页
研究表明酸性土壤中氨氧化作用主要是由氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)催化进行;而在中性和碱性土壤中则主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)主导.虽然AOA在中性土壤中具有很高的丰度,但其对硝化过程的贡... 研究表明酸性土壤中氨氧化作用主要是由氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)催化进行;而在中性和碱性土壤中则主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)主导.虽然AOA在中性土壤中具有很高的丰度,但其对硝化过程的贡献仍不清楚.因此本文选取p H为7. 2的中性紫色土为研究对象,通过稳定性同位素核酸探针技术结合克隆测序探究中性紫色土中活性氨氧化微生物群落组成.结果表明中性紫色土的净硝化速率为9. 68 mg·(kg·d)^-1,AOA和AOB在中性紫色土中均有较高的丰度且共同推动硝化作用的进行.系统发育分析结果表明培养初期(0d)在数量上占优势的AOB为Nitrosospira Cluster 3a. 1,而Nitrosospira Cluster 3a. 2只占较小的一部分,经过56d的培养后Nitrosospira Cluster 3a. 2替代了Nitrosospira Cluster 3a. 1成为主导氨氧化的活性AOB.培养初期(0d)在数量上占优势的AOA是Nitrososphaera Subcluster 9,但经过培养后变为Nitrososphaera Subcluster 3. 2/3. 3.在培养期间AOA和AOB的群落结构均发生了改变.对13C标记DNA的测序分析证明AOA和AOB在硝化过程中都起着重要作用,主导氨氧化的活性AOA和AOB主要分别隶属于Nitrososphaera Subcluster 3. 2/3. 3和Nitrosospira Cluster 3a. 2.本研究明确了AOA及AOB对中性紫色土氨氧化过程的推动作用并从微生物层面探究硝化作用的发生机制,为进一步研究紫色土中硝化作用提供理论基础. 展开更多
关键词 硝化作用 氨氧化微生物 多样性 休眠 群落结构
中国土壤微生物组数据平台的构建与实现 预览
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作者 潘恺 郭志英 +4 位作者 刘杰 王昌昆 宋歌 贾仲君 潘贤章 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1023-1033,共11页
近年来,高通量测序等新技术的快速发展,为大规模、快速、准确、全面认识土壤微生物多样性提供了技术保障。国际上已经建成了一些具有影响力的土壤微生物组数据管理及分析平台,但大多数已有平台聚焦于提供数据存储、管理、访问、注释等... 近年来,高通量测序等新技术的快速发展,为大规模、快速、准确、全面认识土壤微生物多样性提供了技术保障。国际上已经建成了一些具有影响力的土壤微生物组数据管理及分析平台,但大多数已有平台聚焦于提供数据存储、管理、访问、注释等基础性服务,难以满足土壤微生物研究需求。借助空间数据库技术、网络地理信息系统(WebGIS)技术,设计并构建了包含土壤及微生物数据集成、数据可视化、知识发现和区域空间制图等功能的中国土壤微生物组数据平台,该平台将进一步推动我国土壤微生物组数据的标准化整合,并为整合数据的充分挖掘利用提供支撑。 展开更多
关键词 土壤微生物组数据 数据可视化 微生物多样性 空间分布制图
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红壤性水稻土不同粒级团聚体有机碳矿化及其温度敏感性 预览
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作者 陈晓芬 刘明 +3 位作者 江春玉 吴萌 贾仲君 李忠佩 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1118-1127,共10页
采用室内培养方法,研究不同温度(15℃、25℃和35℃)条件下红壤性水稻土不同粒级团聚体(>2mm、1~2mm、0.25~1mm、0.053~0.25mm和<0.053mm)中有机碳矿化特征,分析团聚体有机碳矿化对全土有机碳矿化的贡献并探讨团聚体有机碳矿化的... 采用室内培养方法,研究不同温度(15℃、25℃和35℃)条件下红壤性水稻土不同粒级团聚体(>2mm、1~2mm、0.25~1mm、0.053~0.25mm和<0.053mm)中有机碳矿化特征,分析团聚体有机碳矿化对全土有机碳矿化的贡献并探讨团聚体有机碳矿化的温度敏感性。结果表明:>0.25mm大团聚体较<0.25mm微团聚体含有更多的有机碳和全氮,碳氮比随团聚体粒级减小而降低。全土和各粒级团聚体有机碳矿化速率在培养的前7d快速下降,之后缓慢降低并在培养后期趋于稳定。25℃和35℃培养时,有机碳累积矿化量在>1mm团聚体中最高,在0.053~0.25mm团聚体中最低,且有机碳累积矿化量与有机碳和全氮含量显著或极显著正相关。>2mm和0.25~1mm团聚体对全土有机碳矿化的贡献最大,贡献率分别为34.6%和28.8%。培养温度的升高显著提高了全土和团聚体的有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率。不同粒级团聚体有机碳矿化的温度敏感性系数为1.38~2.00,与有机碳、全氮和碳氮比均极显著正相关。综上所述,>0.25mm大团聚体在红壤性水稻土有机碳矿化中发挥主导作用,升温促进了不同粒级团聚体有机碳的矿化,团聚体有机碳矿化的温度敏感性与有机质的数量和质量密切相关。 展开更多
关键词 温度 红壤性水稻土 团聚体 有机碳矿化
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内蒙古岗更诺尔湖泊退化情景下好氧甲烷氧化的微生物过程研究
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作者 莫永亮 郑燕 +2 位作者 金凤 宝音陶格涛 贾仲君 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1105-1115,共11页
【目的】内蒙古岗更诺尔湖退化为碱地、草地情景下,研究好氧甲烷氧化过程及其微生物群落的变化规律。【方法】针对湖泊沉积物及其退化后形成的碱地、草地土壤,在不同初始甲烷浓度下培养,研究其甲烷氧化速率,通过实时荧光定量PCR、高通... 【目的】内蒙古岗更诺尔湖退化为碱地、草地情景下,研究好氧甲烷氧化过程及其微生物群落的变化规律。【方法】针对湖泊沉积物及其退化后形成的碱地、草地土壤,在不同初始甲烷浓度下培养,研究其甲烷氧化速率,通过实时荧光定量PCR、高通量测序技术分析甲烷氧化菌的群落构成及其变化规律。【结果】湖泊退化过程中,沉积物和碱地的土壤理化性质、甲烷氧化速率变化规律基本一致,但与草地土壤有显著差异。在微生物属水平,甲烷氧化菌Methylococcus的丰度显著增加,在沉积物、碱地和草地中的丰度分别为19.2%、48.8%和78.3%,而Crenothrix的丰度明显降低,依次为54.7%、32.1%、和13.9%。进一步室内模拟不同初始浓度下甲烷氧化过程,发现沉积物中Crenothrix和Methylocaldum的增幅最大;碱地土壤中Methylococcus和Methylomonas的增幅远高于其他甲烷氧化菌;而在草地土壤中,Crenothrix增加高达7.81%,增幅达196倍。这些显著增加的微生物可能在不同浓度甲烷氧化过程中发挥了重要作用。【结论】湖泊退化过程中,甲烷氧化潜力降低。沉积物中的甲烷氧化菌发生了显著分异,Methylococcus逐渐成为碱地和草地的优势微生物,而Crenothrix则逐渐成为弱势类群。然而,草地土壤氧化高浓度甲烷过程中,数量上占弱势的Crenothrix迅速变为优势类群,可能发挥了重要作用。 展开更多
关键词 湖泊退化 生态演替 CH4 甲烷氧化菌 pmoA基因
典型草地土壤好氧甲烷氧化的微生物生态过程
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作者 王玉芳 蔡元锋 +2 位作者 侯扶江 贾仲君 Bowatte Saman 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1116-1126,共11页
【目的】针对我国甘肃三个典型生态区草地土壤(玛曲MQ、临泽LZ和环县HX),研究其甲烷氧化潜力、甲烷氧化菌(methane-oxidizingbacteria,MOB)丰度及可能存在的群落分异规律。【方法】通过原位分析、室内高浓度甲烷模拟培养三种典型土壤及... 【目的】针对我国甘肃三个典型生态区草地土壤(玛曲MQ、临泽LZ和环县HX),研究其甲烷氧化潜力、甲烷氧化菌(methane-oxidizingbacteria,MOB)丰度及可能存在的群落分异规律。【方法】通过原位分析、室内高浓度甲烷模拟培养三种典型土壤及实时荧光定量、高通量测序的方法研究甲烷氧化菌标靶基因pmoA序列的组成及其丰度变化规律。【结果】三种典型草地土壤的原位甲烷氧化菌的丰度存在显著差异,表现为MQ>HX>LZ,其数量范围为为0.18–6.86×10^7g/d.w.s.;甲烷氧化潜力也表现出类似规律,其通量为109–169mg/(m^2·h);甲烷氧化潜力与原位土壤中甲烷氧化菌丰度有正相关。三种草地土壤甲烷氧化菌存在明显的空间异质性,采用高通量测序的方法,发现三种草地原位土壤中的优势类群为USCγ(Upland Soil Cluster gamma,USCγ);然而,室内高浓度甲烷氧化过程中,传统的甲烷氧化菌均发生明显增加,MQ土壤中TypeⅡ的Methylocystis为优势类群,而LZ和HX土壤的优势类群均为TypeⅠ型Methylosarcina。【结论】这些研究结果表明,我国甘肃典型草地土壤中也存在难培养的大气甲烷氧化菌和经典的可培养甲烷氧化菌,这些微生物极可能氧化极低浓度的大气甲烷,也可能利用闭蓄于土壤中的高浓度甲烷生长。未来应采用先进技术原位观测大气甲烷氧化过程并分离相应微生物类群,研究草地土壤甲烷氧化菌地理分异规律及其环境驱动机制。 展开更多
关键词 草地 甲烷氧化 pmoA基因
土壤宏转录组RNA的提取方法评价
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作者 赵俊 莫永亮 贾仲君 《微生物学报》 CSCD 北大核心 2018年第4期724-743,共20页
【目的】比较手工法和试剂盒法提取土壤RNA对原核微生物多样性的影响,评价两种方法研究土壤宏转录组的技术偏好性。【方法】针对黑龙江海伦砂质黑壤土、江苏滨海黏心夹砂土、江西鹰潭第四纪红黏土不同母质发育形成的三种水稻土,采用... 【目的】比较手工法和试剂盒法提取土壤RNA对原核微生物多样性的影响,评价两种方法研究土壤宏转录组的技术偏好性。【方法】针对黑龙江海伦砂质黑壤土、江苏滨海黏心夹砂土、江西鹰潭第四纪红黏土不同母质发育形成的三种水稻土,采用手工和试剂盒法分别获得微生物总RNA,利用高通量测序原核微生物16SrRNA多样性,通过紫外分光和琼脂糖凝胶电泳分析RNA质量,比较手工和试剂盒法提取RNA对水稻土原核微生物群落的影响规律。【结果】三种水稻土中试剂盒提取RNA的纯度皆高于手工法,但RNA提取总量不一致。试剂盒提取黑龙江和江苏水稻土的RNA总量高于手工法,而手工法提取的江西水稻土RNA总量高于试剂盒法。高通量测序发现土壤类型而不是RNA提取方法决定了原核微生物多样性指数和群落结构。3个水稻土共检测到27门和409属,两种RNA提取方法偏好性提取了19门和181属,这些门和属占水稻土微生物总丰度平均值分别为40.4%和44.4%。与手工提取RNA相比,试剂盒法发现11个微生物门的丰度显著偏高(P〈0.05),但仅有Armatimonadetes门在三种水稻土同时存在专一偏好性;手工法提取也发现11个微生物门的丰度显著高于试剂盒法,并且仅有Firmicutes门在三种水稻土中同时存在专一偏好性。在微生物属水平,三种水稻土中均发现试剂盒法偏好性提取了2属,而手工法偏好性提取了5属。进一步针对72个优势微生物属(丰度〉0.1%且同时存在于三种水稻土),发现其占所有微生物丰度80%强,且48属的变化规律与RNA提取方法无关。例如,手工法提取水稻土好氧甲烷氧化菌的规律为:黑龙江(1.68%)〉江西(0.90%)〉江苏(0.59%),而试剂盒法也得到一致结果,黑龙江(0.52%)〉江西(0.18%)〉江苏(0.13%)。【结论】两种RNA提� 展开更多
关键词 原核微生物 宏转录组 水稻土 试剂盒RNA提取 手工RNA提取 16S RRNA
中国土壤微生物组:进展与展望 预览 被引量:1
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作者 朱永官 沈仁芳 +3 位作者 贺纪正 王艳芬 韩兴国 贾仲君 《中国农业文摘:农业工程》 2018年第3期6-12,38共8页
文章分析了国际土壤微生物组的研究现状和发展趋势,阐述了土壤微生物组研究的前沿科学问题,综述了中国土壤微生物组的主要科研进展,提出了中国土壤微生物组研究的机遇和挑战,探讨了土壤-微生物系统功能及其调控所需的主要技术手段与能... 文章分析了国际土壤微生物组的研究现状和发展趋势,阐述了土壤微生物组研究的前沿科学问题,综述了中国土壤微生物组的主要科研进展,提出了中国土壤微生物组研究的机遇和挑战,探讨了土壤-微生物系统功能及其调控所需的主要技术手段与能力建设,期望通过"土壤-微生物系统功能及其调控"中科院战略性先导科技专项研究,为深度发掘土壤微生物组资源,定向调控土壤微生物组功能,解决我国经济社会发展面临的生态环境、农业生产及资源瓶颈等问题起到应有的贡献。 展开更多
关键词 土壤微生物组 战略先导 科学问题 前沿展望
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不同酸碱性紫色土的硝化活性及微生物群落组成 预览 被引量:5
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作者 曹彦强 闫小娟 +2 位作者 罗红燕 贾仲君 蒋先军 《土壤学报》 CSCD 北大核心 2018年第1期194-202,共9页
为研究紫色土中的硝化作用、总微生物和硝化微生物的群落结构,以重庆永川的酸性紫色土(p H=5.3)和中性紫色土(p H=7.2)以及四川盐亭的石灰性紫色土(p H=8.5)为研究对象,采用稳定性同位素标记技术进行培养实验,并通过Miseq测序对... 为研究紫色土中的硝化作用、总微生物和硝化微生物的群落结构,以重庆永川的酸性紫色土(p H=5.3)和中性紫色土(p H=7.2)以及四川盐亭的石灰性紫色土(p H=8.5)为研究对象,采用稳定性同位素标记技术进行培养实验,并通过Miseq测序对三种紫色土微生物群落结构进行分析。每种土样共设有三种处理,包括^13CO2标记处理、^12CO2对照处理和^13CO2+C2H2对照处理。结果表明,中性紫色土(p H=7.2)和石灰性紫色土(p H=8.5)经过56 d的培养后发生了强烈的硝化作用,而酸性紫色土(p H=5.3)中未发生明显的硝化作用,并且硝化作用类型都以自养硝化为主。三种紫色土中都存在着变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes),其中变形菌门在三种紫色土中都大约占有20%的比例。中性紫色土和石灰性紫色土各处理中硝化螺旋菌门(Nitrospirae)百分比大于酸性紫色土各处理。三种紫色土各处理中的氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)主要以亚硝化螺菌属(Nitrosospira)为主,亚硝酸氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)主要以硝化螺菌属(Nitrospira)为主。且NOB/AOB的值在三种紫色土各处理中最高可达到13,这意味着全程氨氧化细菌(Comammox)可能在紫色土的硝化作用中占据重要贡献。 展开更多
关键词 紫色土 氨氧化细菌 亚硝酸氧化细菌 Miseq测序 微生物 硝化作用
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北极冻土区活跃层与永冻层土壤微生物组的空间分异
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作者 张慧敏 Anders Priemé +2 位作者 Samuel Faucherre Bo Elberling 贾仲君 《微生物学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期839-855,共17页
【目的】研究北极地区表层季节性融解冻土(活跃层)及埋藏于其下深层永久冻土(永冻层)的土壤呼吸速率、土壤微生物组差异和活性甲烷氧化微生物。【方法】在相距2700 km的挪威斯瓦尔巴群岛和俄罗斯西伯利亚典型冻土区,共获得4个活跃层... 【目的】研究北极地区表层季节性融解冻土(活跃层)及埋藏于其下深层永久冻土(永冻层)的土壤呼吸速率、土壤微生物组差异和活性甲烷氧化微生物。【方法】在相距2700 km的挪威斯瓦尔巴群岛和俄罗斯西伯利亚典型冻土区,共获得4个活跃层及4个永冻层土壤。模拟北极夏季近原位温度(10°C)培养土壤样品,测定土壤呼吸强度;利用稳定性同位素~(13)CH_4示踪土壤甲烷氧化微生物核酸DNA;结合高通量测序16S rR NA基因,实时荧光定量qPCR及土壤理化性质分析,研究活跃层和永冻层土壤微生物群落差异及其对土壤呼吸的影响,揭示活性甲烷氧化微生物的群落组成。【结果】西伯利亚冻土区土壤呼吸速率明显高于挪威斯瓦尔巴岛地区,其平均速率相差高达17倍。冻土区活跃层呼吸速率高于永冻层,活跃层约为61–7293 nmol CO_2/(g dws·d),而永冻层约为47–523 nmol CO_2/(g dws·d)。相应的,在所有活跃层中均发现变形菌和酸杆菌门共计10个微生物科的丰度显著高于永冻层,其中Hyphomicrobiaceae、Solibacteraceae和Sinobacteraceae是优势科,在活跃层中的相对丰度约为4.3%–18.6%,是永冻层的2.6–23.7倍,这些微生物可能是活跃层土壤呼吸强度较高的主要原因。稳定性同位素~(13)CH_4示踪仅发现西伯利亚冻土活跃层能够氧化高浓度甲烷,其中的活性甲烷碳同化微生物为Methylobacterium和Crenothrix。【结论】北极冻土区土壤微生物组存在明显的空间分异规律,并能较好解释土壤呼吸强度变化特征,而活跃层和永冻层垂直深度及其可能引起的物理化学因子可能是冻土区微生物组演替的主要环境驱动力。未来全球变暖情景下,永冻层逐渐融解并形成活跃层,其中的功能微生物将可能经历定向演替,并在北极冻土碳转化中发挥重要作用。 展开更多
关键词 北极冻土区 活跃层 永冻层 土壤呼吸 16S rRNA基因测序
单细胞、显微计数和高通量测序典型水稻土微生物组的技术比较 被引量:1
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作者 贾仲君 蔡元锋 +1 位作者 贠娟莉 杜文斌 《微生物学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期899-919,共21页
【目的】比较传统显微计数、单细胞分选和现代分子方法研究典型水稻土微生物组的细胞数量、物种组成及好氧甲烷氧化菌生理生态过程的技术特点。【方法】针对水稻土中可提取微生物细胞(土壤细胞)及其DNA(细胞DNA)、单细胞DNA、土壤... 【目的】比较传统显微计数、单细胞分选和现代分子方法研究典型水稻土微生物组的细胞数量、物种组成及好氧甲烷氧化菌生理生态过程的技术特点。【方法】针对水稻土中可提取微生物细胞(土壤细胞)及其DNA(细胞DNA)、单细胞DNA、土壤微生物组总DNA(土壤DNA),利用传统显微计数和实时荧光定量PCR(qPCR)方法,研究水稻土好氧甲烷氧化过程中微生物数量的变化规律;通过高通量测序16S rRNA基因技术,研究微生物物种组成的变化规律。【结果】水稻土微生物组的传统显微计数结果显著低于现代分子方法 qPCR,最高可达3个数量级。基于DAPI染色、CARD-FISH、细胞DNA及土壤DNA的qPCR定量结果分别为:(5.8–7.4)×10~7、(1.7–1.9)×10~7、(2.8–6.3)×10~8、(1.5–2.7)×10~(10) cells/g。基于qPCR的水稻土好氧甲烷氧化菌数量为1.1×10~7 cells/g,比传统显微计数方法高3个数量级。然而,当水稻土氧化高浓度甲烷后,所有方法均发现甲烷氧化菌显著增加,增幅分别为54倍(CARD-FISH)、388倍(细胞DNA)和45倍(土壤DNA)。在微生物分类学门的水平,细胞DNA(25个门)与土壤DNA(30个门)结果基本一致,均能较好地反映水稻土微生物组的群落结构,而单细胞DNA尽管检测到20个门,但偏好性较大,95%以上均为Proteobacteria。在微生物分类学属的水平,土壤DNA、细胞DNA和单细胞DNA分析均表明背景土壤含有7个好氧甲烷氧化菌的pmo A基因型,但氧化高浓度甲烷后,γ-Proteobacteria的2个属Methylobacter/Methylosarcina则成为优势类群。【结论】土壤微生物的传统显微计数(DAPI和CARD-FISH)结果显著低于qPCR技术,相差1–3个数量级。qPCR定量土壤DNA和细胞DNA表明:水稻土可提取微生物细胞约占土壤微生物总量的2%左右,而好氧甲烷氧化菌的提取效率最高可达6%。细胞DNA在门水平能较好地反映水稻土微生物组成 展开更多
关键词 微生物数量 微生物组成 土壤DNA 土壤可提取细胞 单细胞
中国土壤微生物组:进展与展望 被引量:13
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作者 朱永官 沈仁芳 +3 位作者 贺纪正 王艳芬 韩兴国 贾仲君 《中国科学院院刊》 CSCD 2017年第6期554-565,共12页
文章分析了国际土壤微生物组的研究现状和发展趋势,阐述了土壤微生物组研究的前沿科学问题,综述了中国土壤微生物组的主要科研进展,提出了中国土壤微生物组研究的机遇和挑战,探讨了土壤-微生物系统功能及其调控所需的主要技术手段与能... 文章分析了国际土壤微生物组的研究现状和发展趋势,阐述了土壤微生物组研究的前沿科学问题,综述了中国土壤微生物组的主要科研进展,提出了中国土壤微生物组研究的机遇和挑战,探讨了土壤-微生物系统功能及其调控所需的主要技术手段与能力建设,期望通过"土壤-微生物系统功能及其调控"中科院战略性先导科技专项研究,为深度发掘土壤微生物组资源,定向调控土壤微生物组功能,解决我国经济社会发展面临的生态环境、农业生产及资源瓶颈等问题起到应有的贡献。 展开更多
关键词 土壤微生物组 战略先导 科学问题 前沿展望
模拟干湿交替对水稻土古菌群落结构的影响 预览 被引量:6
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作者 包丽君 贾仲君 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期191-203,共13页
干湿交替是自然界普遍存在的现象,但长期以来由于技术的限制,复杂土壤中微生物对水分变化的响应规律仍不清楚。针对我国江苏常熟湖泊底泥发育的典型水稻土,在室内开展湿润-风干以及风干-湿润各三次循环,每次循环中湿润、风干状态各... 干湿交替是自然界普遍存在的现象,但长期以来由于技术的限制,复杂土壤中微生物对水分变化的响应规律仍不清楚。针对我国江苏常熟湖泊底泥发育的典型水稻土,在室内开展湿润-风干以及风干-湿润各三次循环,每次循环中湿润、风干状态各维持7d,利用微生物核糖体rRNA的通用引物进行PCR扩增,通过高通量测序分析土壤古菌多样性变化,同时结合实时荧光定量PCR技术,在DNA和RNA水平研究古菌数量对干湿交替过程的响应规律。结果表明:水稻土湿润-风干过程中,在DNA水平土壤古菌数量降幅约为149倍~468倍,而在RNA水平降幅最高仅为2.06倍;水稻土风干-湿润过程中,在DNA水平古菌数量增幅在147倍~360倍之间,而在RNA水平增幅最高仅为2.95倍。表明在干湿交替过程中,DNA水平的古菌16S rRNA基因数量变化远高于RNA水平。基于高通量测序多样性的结果表明,在DNA和RNA水平,湿润土壤3次风干、以及风干土壤3次加水湿润7d恢复后,土壤古菌群落结构均发生统计显著性改变。在微生物门、纲、目、科和属的不同分类水平下,水稻土古菌主要包括3、10、13、14、10种不同的类群,在RNA和DNA水平的结果基本一致。干湿交替导致部分古菌类群发生显著变化,其中在微生物分类学目水平发生显著变化的古菌最高达到6种,主要包括产甲烷古菌和氨氧化古菌,如Methanobacteriales、Methanosarcinales、Methanomicrobiales和Nitrososphaerales等。这些研究结果表明,反复的干湿交替并未显著改变水稻土中古菌的主要类群组成,古菌类群的绝对数量和相对丰度发生了一定程度的变化,但这些变化与微生物生理作用的联系仍需进一步研究;风干土壤中古菌RNA序列极可能来自于完整的古菌细胞,暗示了这些古菌细胞能够较好地适应水稻土中水分的剧烈变化,风干状态的土壤在一定程度� 展开更多
关键词 高通量测序 水稻土 16S RRNA 16S RRNA基因 干湿交替 古菌
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基于核酸DNA/RNA同位素示踪技术的水稻土甲烷氧化微生物研究 预览 被引量:3
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作者 郑燕 贾仲君 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期490-501,共12页
稳定性同位素示踪复杂土壤中微生物DNA/RNA的技术难点是13C-DNA/RNA的鉴定。本研究针对我国六种典型水稻土,利用稳定性同位素13CH4示踪活性的甲烷氧化菌,超高速密度梯度离心获得不同浮力密度DNA/RNA后,以甲烷氧化菌独有的pmo A功能基因... 稳定性同位素示踪复杂土壤中微生物DNA/RNA的技术难点是13C-DNA/RNA的鉴定。本研究针对我国六种典型水稻土,利用稳定性同位素13CH4示踪活性的甲烷氧化菌,超高速密度梯度离心获得不同浮力密度DNA/RNA后,以甲烷氧化菌独有的pmo A功能基因和16S r RNA特异基因作为分子标靶,通过半定量凝胶电泳技术评价了特异基因作为分子标靶判定13C-DNA/RNA的可行性,进一步利用克隆文库技术研究水稻土中的活性甲烷氧化菌群落结构。结果表明:甲烷氧化菌功能基因pmo A作为分子标靶,能够准确鉴别13C-DNA,而甲烷氧化菌特异的16S r RNA基因则能较好地区分12C和13C标记的RNA,但13C-RNA中的非目标微生物污染高于13C-DNA示踪技术。进一步以13C-DNA和13C-RNA为模板,分别构建了pmo A和16S r RNA基因的克隆文库,系统发育分析表明I型菌主导了土壤甲烷氧化过程,其中江西鹰潭和黑龙江五常土壤中活性甲烷氧化菌全部属于Ia型,而四川资阳、浙江嘉兴、江苏常熟和江都土壤中Ia型和Ib型甲烷氧化菌均有发现,并且后者比例较低。这些结果表明分子标靶基因能够有效判定复杂土壤中的甲烷氧化菌13C-DNA/RNA,在DNA和RNA水平的结果基本一致,我国典型水稻土中活性甲烷氧化菌可能存在一定的地理分异规律。 展开更多
关键词 水稻土 好氧甲烷氧化 稳定性同位素示踪DNA/RNA
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三峡库区消落带周期性淹水-落干对硝化微生物生态过程的影响 被引量:5
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作者 郭佳 蒋先军 +2 位作者 周雪 孟瑶 贾仲君 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期983-999,共17页
【目的】明确三峡库区消落带周期性淹水-落干对土壤硝化过程及功能微生物的影响。【方法】在重庆段万州、丰都和长寿3个典型消落带区域,分别采集淹水-落干8次、淹水-落干5次、淹水-落干0次土壤样品,通过室内培养分析土壤硝化作用强度;... 【目的】明确三峡库区消落带周期性淹水-落干对土壤硝化过程及功能微生物的影响。【方法】在重庆段万州、丰都和长寿3个典型消落带区域,分别采集淹水-落干8次、淹水-落干5次、淹水-落干0次土壤样品,通过室内培养分析土壤硝化作用强度;利用实时荧光定量PCR研究不同淹水-落干周期土壤氨氧化古菌和细菌的数量变化规律;采用DGGE分子指纹图谱和克隆文库技术研究土壤氨氧化古菌和细菌的群落组成差异。【结果】万州、丰都和长寿3个消落带中,土壤有机质和pH含量随淹水-落干次数的增加而增加;除长寿消落带外,土壤硝化强度也随着淹水-落干次数的增加而增强;随着硝化作用的发生,氨氧化古菌和细菌数量呈上升趋势,DGGE条带数量、位置和亮度均发生明显变化;氨氧化功能基因amoA的系统发育分析表明:万州和丰都消落带氨氧化古菌均属于土壤类古菌Group 1.1b;而长寿消落带则检测到少量的海洋类古菌Group 1.1a;3个消落带的优势氨氧化细菌均属于Nitrosospira和Cluster 0类群。【结论】三峡库区独特的"冬蓄夏泄"管理方式,导致淹水-落干8次的土壤经历了周期性的淹水-落干水分胁迫,提升了土壤有机质含量和pH,增加了土壤硝化作用强度,并可能改变了土壤硝化微生物群落结构。 展开更多
关键词 三峡消落带 周期性淹水-落干 硝化作用 氨氧化古菌 氨氧化细菌
2015年诺贝尔生理学或医学奖的启示——土壤微生物分离培养推动了寄生虫病防治 预览 被引量:2
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作者 贾仲君 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期12-15,共4页
1974年日本科学家大村智从土壤中分离到一株链霉菌,并与美国默克(Merck)公司合作,发现了阿维菌素,在治疗盘尾丝虫症(河盲症)和淋巴丝虫病(象皮病)方面取得了重大突破,成为2015年诺贝尔生理学或医学奖获得者之一,表明纯菌株的分离... 1974年日本科学家大村智从土壤中分离到一株链霉菌,并与美国默克(Merck)公司合作,发现了阿维菌素,在治疗盘尾丝虫症(河盲症)和淋巴丝虫病(象皮病)方面取得了重大突破,成为2015年诺贝尔生理学或医学奖获得者之一,表明纯菌株的分离和培养具有极为重要的意义,应在未来土壤微生物研究中得到更多的重视。 展开更多
关键词 土壤微生物 诺贝尔奖 抗生素 分离培养
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水稻土中紫色光合细菌沿纬度梯度的空间分异特征 预览 被引量:1
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作者 俎千惠 王保战 +2 位作者 贾仲君 林先贵 冯有智 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第21期6730-6737,共8页
紫色光合细菌由于其代谢途径的多样性,在环境中广泛分布,是生态系统中碳循环的参与者和推动者之一。但是,水稻土中紫色光合细菌群落结构的空间分异却鲜有报道。基于此,沿我国温度梯度带(纬度梯度:28.38°N—47.43°N),采集了... 紫色光合细菌由于其代谢途径的多样性,在环境中广泛分布,是生态系统中碳循环的参与者和推动者之一。但是,水稻土中紫色光合细菌群落结构的空间分异却鲜有报道。基于此,沿我国温度梯度带(纬度梯度:28.38°N—47.43°N),采集了8个典型水稻土,利用PCR-DGGE指纹图谱和系统发育树分析揭示不同地点水稻土中紫色光合细菌群落的组成;结合多个环境因子,利用生物信息学,典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis,CCA)和最小判别效应分析(Cladogram,LDA)明确水稻土中紫色光合细菌的空间分异规律。研究发现我国8个典型水稻土中紫色光合细菌主要由变形菌门(Proteobacteria)的α和β这两个分支组成,主要为紫色非硫细菌;p H和纬度都是驱动水稻土中紫色光合细菌群落结构分异的关键因子。该认知不仅有助于更好地揭示稻田关键功能微生物群的生物地理学分布,还有助于进一步探究我国稻田生态系统有机质转化的时空差异。 展开更多
关键词 水稻土 紫色光合细菌 PCR-DGGE指纹图谱 典范对应分析 群落组成空间分异
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风干土壤中氨氧化微生物的恢复 被引量:3
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作者 周雪 黄蓉 +2 位作者 宋歌 潘贤章 贾仲君 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1311-1322,共12页
【目的】比较历史风干土壤与加水恢复培养土壤中氨氧化古菌AOA和细菌AOB的组成与数量差异,探究风干土壤用于后续微生物生理生态学研究的可能性;明确我国典型酸性森林土壤中,海洋类Group 1.1a是否为数量上占据优势的古菌AOA生态型。【方... 【目的】比较历史风干土壤与加水恢复培养土壤中氨氧化古菌AOA和细菌AOB的组成与数量差异,探究风干土壤用于后续微生物生理生态学研究的可能性;明确我国典型酸性森林土壤中,海洋类Group 1.1a是否为数量上占据优势的古菌AOA生态型。【方法】针对中国生态系统研究网络10个台站的典型森林土壤样品,围绕风干保存和加水培养两种处理,通过高通量测序土壤氨氧化古菌及细菌amoA标靶基因,分析氨氧化微生物群落组成的变化规律;利用实时荧光定量PCR和DGGE指纹图谱技术,研究森林土壤微生物群落16S rRNA基因的数量变化规律,以及氨氧化细菌和古菌群落结构的差异。【结果】10个历史风干土壤加水培养28天后,土壤细菌和古菌数量均急剧增加,最高可达3230倍和568倍;其中8个土壤中氨氧化古菌AOA明显增加,5个土壤中氨氧化细菌AOB表现出明显的增加趋势。然而,高通量测序和系统发育分析表明,历史风干土壤与加水恢复培养土壤中AOA和AOB的群落组成无明显变化。Group 1.1b是氨氧化古菌的优势类群,而氨氧化细菌的主要类群是Nitrosospira螺菌属。氨氧化古菌和细菌的比例与总氮浓度呈显著正相关(r2=0.54,P〈0.05),表明酸性条件下土壤矿化并提供铵态氮底物可能是古菌氨氧化的驱动机制。【结论】风干土壤加水恢复培养后,AOA和AOB的种群数量大多出现增加的趋势,但其物种组成未发生显著变化,表明风干保存的土壤样品可用于后续室内培养,开展微生物生理生态学研究。与已有的海洋AOA生态型主导酸性土壤氨氧化类群的报道不同,土壤Group 1.1b是本研究森林土壤中的优势类群。 展开更多
关键词 焦磷酸 高通量测序 酸性森林土壤 氨氧化古菌 风干土壤
典型淹水稻田土壤微生物群落的基因转录活性及其主要生理代谢过程 被引量:4
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作者 蔡元锋 吴宇澄 +3 位作者 王书伟 颜晓元 朱永官 贾仲君 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第9期1033-1044,共12页
【目的】利用环境转录组技术,研究复杂稻田土壤中微生物群落主要生理代谢过程的基因表达水平及其对长期施氮磷钾肥(Mineral nitrogen,phosphorus,and potassium,NPK)的响应规律。【方法】针对中国科学院常熟农田生态系统长期定位试验... 【目的】利用环境转录组技术,研究复杂稻田土壤中微生物群落主要生理代谢过程的基因表达水平及其对长期施氮磷钾肥(Mineral nitrogen,phosphorus,and potassium,NPK)的响应规律。【方法】针对中国科学院常熟农田生态系统长期定位试验的NPK施肥处理和不施肥对照处理(Control check,CK)稻田土壤,淹水培养2周后提取土壤微生物总RNA进行高通量转录组测序,利用MG-RAST网络分析平台(Metagenomics Analysis Server)进行活性微生物组成分析、基因功能注释及基因功能分类。【结果】细菌是CK和NPK处理稻田土壤微生物的优势类群,占比高达95%以上,细菌中的活性基因主要源于变形菌门(Proteobacteria,占细菌的50%以上)。同时也检测到古菌、真核生物和病毒等多种微生物的活性基因,而古菌中的活性基因主要源于奇古菌门(Thaumarchaeota,约占古菌的70%)。酸杆菌门(Acidobacteria)在NPK处理土壤中的转录活性显著高于CK处理土壤,而其他的细菌及古菌类群的转录活性在CK和NPK处理土壤间无显著性差异。CK和NPK处理土壤中表达量最高的基因是ABC transporter编码基因,与物质跨膜运输紧密相关。基于COG(Clusters of Orthologous Genes)、Subsystem、KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)3种基因功能分类数据库,发现CK和NPK处理土壤中微生物的主要代谢活动均为能量产生与转化、碳水化合物代谢、蛋白代谢和氨基酸代谢,而最活跃的代谢路径为氧化磷酸化及氨酰-tRNA合成。【结论】淹水状态下CK和NPK处理稻田土壤中的活性微生物组成较为一致,仅Acidobacteria的转录活性在两者间差异较大;在微生物的主要代谢活动方面,CK和NPK处理土壤之间基本一致,均以能量获取与蛋白代谢为主,长期施用无机化肥对复杂土壤微生物群落水平的主要代谢活动影响较小。 展开更多
关键词 淹水稻田土壤 环境转录组 基因功能分类 代谢类型 长期施肥
我国8个典型水稻土中产甲烷古菌群落组成的空间分异特征 被引量:2
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作者 俎千惠 王保战 +3 位作者 郑燕 贾仲君 林先贵 冯有智 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第12期1397-1405,共9页
【目的】产甲烷古菌主导稻田甲烷生成,是稻田生态系统的模式微生物类群之一,具有重要的生态学意义。然而,水稻土产甲烷古菌群落组成的空间分异却鲜有报告。【方法】本研究沿20.55°N至47.43°N梯度,采集了我国不同纬度上8个典... 【目的】产甲烷古菌主导稻田甲烷生成,是稻田生态系统的模式微生物类群之一,具有重要的生态学意义。然而,水稻土产甲烷古菌群落组成的空间分异却鲜有报告。【方法】本研究沿20.55°N至47.43°N梯度,采集了我国不同纬度上8个典型水稻土,利用PCR-DGGE指纹图谱和系统发育树分析揭示不同地点水稻土中产甲烷古菌群落的组成;结合多个环境因子,利用生物信息学,典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis,CCA)和维恩图(Venn diagram)明确产甲烷古菌的空间分异规律。【结果】研究发现p H值是驱动水稻土中产甲烷古菌群落组成分异的主要因子;此外,沿纬度梯度,8个地区的产甲烷古菌群落组成也呈现出规律性变化。【结论】本研究首次阐明了稻田中产甲烷古菌群落分布情况,并揭示其主要驱动因子。该认知不仅有助于我们更好地了解产甲烷古菌的生物地理学分布,还有助于从微生物学机制上阐明我国温度梯度带上有机质转化空间的差异。 展开更多
关键词 水稻土 产甲烷古菌 群落组成空间分异 PCR-DGGE指纹图谱 典范对应分析
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