Defining the core Arabidopsis thaliana root microbiome

Land plants associate with a root microbiota distinct from the complex microbial community present in surrounding soil. The microbiota colonizing the rhizosphere (immediately surrounding the root) and the endophytic compartment (within the root) contribute to plant growth, productivity, carbon sequestration and phytoremediation. Colonization of the root occurs despite a sophisticated plant immune system, suggesting finely tuned discrimination of mutualists and commensals from pathogens. Genetic principles governing the derivation of host-specific endophyte communities from soil communities are poorly understood. Here we report the pyrosequencing of the bacterial 16S ribosomal RNA gene of more than 600 Arabidopsis thaliana plants to test the hypotheses that the root rhizosphere and endophytic compartment microbiota of plants grown under controlled conditions in natural soils are sufficiently dependent on the host to remain consistent across different soil types and developmental stages, and sufficiently dependent on host genotype to vary between inbred Arabidopsis accessions. We describe different bacterial communities in two geochemically distinct bulk soils and in rhizosphere and endophytic compartments prepared from roots grown in these soils. The communities in each compartment are strongly influenced by soil type. Endophytic compartments from both soils feature overlapping, low-complexity communities that are markedly enriched in Actinobacteria and specific families from other phyla, notably Proteobacteria. Some bacteria vary quantitatively between plants of different developmental stage and genotype. Our rigorous definition of an endophytic compartment microbiome should facilitate controlled dissection of plant-microbe interactions derived from complex soil communities.     

林木根际微生态过程与细根寿命调控机制研究进展

细根在森林生态系统中具有重要的生物学和生态学地位。细根寿命取决于树种本身,也受控于环境条件。根际作为植物、土壤与微生物三者交互作用的区域,其中的微生态过程对细根寿命的调控具有决定意义。笔者基于当前国内外细根寿命调控的主要因素,分别从根际碳沉积与根际微生态过程、根系对根际微生物群落构建的影响、根际微生物对细根寿命调控的可能机制3个方面对根际微生物与根系的互作效应,及其对细根寿命调控机制的相关研究进展进行综述。在此基础上,提出了:①酚酸介导的植物-微生物化学对话机制是未来根土互作研究的重要领域;②根系与微生物互作主要以光合产物碳作为枢纽,根际碳沉积促进了土壤微生物在根际的定殖,进而导致根际的微生物群落在组成和结构上与非根际土壤的呈现显著差异;③根土互作过程中由根系和根际微生物产生的信号物质可能对根系的生长发育产生显著影响;④作为细菌的主要群感信号分子,酰化高丝氨酸内脂(AHLs)可参与调控根系细胞的凋亡;真菌侵染根系后也可能导致根内活性氧(ROS)累积,进而调控根系细胞凋亡。目前未见根际微生物参与根系寿命调控的研究报道。建议进一步构建细菌群落演变-群感信号表达-细根寿命关系模型,以及真菌侵染-活性氧信号内稳态调控-细根寿命关系模型,这些对深入揭示林木细根衰老和凋亡的微生态调控机制具有重要理论意义。     

A new mechanism of invader success： Exotic plant inhibits natural vegetation restoration by changing soil microbe community

Since the 1950s of the last century, the exotic plant, Eupatorium adenophorum, has spread rapidly across southwest China, damaging native ecosystems and causing great economic losses. We examined the pH, N, P, K, and organic matter concentrations, and the bacterial community character (by Biolog EcoPlateTM) in soils from sites heavily and lightly invaded by this exotic species. Also, soil from the lightly invaded site was treated with a water extract of E.adenophorum roots to examine the effect of the plant on soil properties. We grew three plant species, one native and two exotic, in pot experiment using soil from heavily invaded site to examine the effects of the soil on these plants growth. The soil analysis demonstrated that the pH, organic matter, total N, total P and total K in soils from the heavily invaded site were only slightly different from those of the lightly invaded site, but concentrations of NH4^ , NO3^- and available P and K in the heavily invaded site were greater than those in the lightly invaded site. The catabolic activity of soil bacterial community in the heavily invaded site was different from that in the lightly invaded site. The catabolic activity of bacterial community in soils treated by the water extract of E.adenophorum roots changed and became similar to that in soils from the heavily invaded site. The pot experiment showed that the exotic plants growth in heavily invaded soil were not different from in lightly invaded soil; however, the native plant biomass decreased dramatically when grown in soil from the heavily invaded site as compared to soil from the lightly invaded site; and the same phenomenon was found when any potential allelopathic effects by E. adenophorum were eliminated by added activated carbon to those soils. Difference in soil nutrient availability and allelopathy could not explain this phenomenon of the native plant in the soils from the heavily and lightly invaded sites. Changes observed in the soil bacterial community were obviously related to native plant growth in those tow soils. Those results suggest that changing soil microbial community may be an important part of E. adenophorum invasion process. Since the soil microbial community serves as bridge in connection of exotic and natural plants, the exotic plant could inhibit the natural plant growth and reproduction by changing the soil microbial community in invaded site.     

含铀凋落物腐解前后微生物群落结构特征及多样性分析

采集含铀凋落物腐解前后土壤样本,通过Illumina Miseq高通量测序技术研究腐解前后土壤微生物的多样性及群落结构,解析含铀凋落物腐解前后土壤微生物群落结构特征及其变化规律,为发掘潜在含铀生物质降解菌种提供理论基础。通过高通量测序,分别获得158 781条细菌和242 198条真菌的有效序列,菌群Alpha分析显示,腐解后细菌的多样性和丰富度增加,真菌的多样性和丰富度减少。通过微生物群落结构解析,发现腐解前后门水平上始终存在的优势菌群,细菌中为绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)和变形菌门(Proteobacteria);真菌中为子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、unclassified_Fungi和被孢囊门(Mortierellomycota)。结果表明,含铀凋落物腐解后,凋落物内的铀被释放到土壤中,改变了土壤微生物群落结构。腐解后土壤中可识别的优势菌群功能主要集中在对纤维素、半纤维素、木质素的降解和铀的浸出。热酸菌属(Acidothermus)和软盘菌属(Mollisia)可能是降解凋落物和浸出铀较好的微生物组合。     

内陆河流域浮床植物根际微生物群落特征与比较

为研究内陆河流域不同浮床植物的根际微生物群落结构、多样性、潜在生态功能及其差异,采集了位于沱江二级支流赤水河生态浮床上的风车草（Cyperus involucratus）、黄菖蒲（Iris pseudacorus）、再力花（Thalia dealbata）、鸢尾（Iris tectorum）、美人蕉（Canna indica）、梭鱼草（Pontederia cordata）6种植物生长旺盛时期的根系样本,通过细菌16sRNA片段高通量测序和生物信息学手段,分析了微生物群落结构组成、生物多样性以及潜在的生态功能。结果表明,变形菌门（Proteobacteria）在6种浮床植物根际细菌中占绝对优势,丰度达47.5% - 72.2%,在植物生长环境较为相似且空间距离较近的情况下,不同浮床植物根际微生物属水平优势种群丰度差异仍较大。微生物群落多样性由大到小依次为鸢尾、美人蕉、黄菖蒲、风车草、再力花、梭鱼草,同科同属的黄菖蒲和鸢尾根际细菌组成相对较为相似。风车草根际硝化/反硝化功能菌群丰度更高,梭鱼草根际芳香族化合物降解功能菌群丰度显著高于另外5种植物。根长、株高和生物量更大的植物根际微生物中芽殖杆菌属丰度显著更高,植物生长指标与部分根际细菌氮转化存在正相关关系。研究结果可为浮床植物根际微生物群落研究和生态浮床的建设优化提供参考。     

Large-scale forest girdling shows that current photosynthesis drives soil respiration.

The respiratory activities of plant roots, of their mycorrhizal fungi and of the free-living microbial heterotrophs (decomposers) in soils are significant components of the global carbon balance, but their relative contributions remain uncertain. To separate mycorrhizal root respiration from heterotrophic respiration in aboreal pine forest, we conducted a large-scale tree-girdling experiment, comprising 9 plots each containing about 120 trees. Tree-girdling involves stripping the stem bark to the depth of the current xylem at breast height terminating the supply of current photosynthates to roots and their mycorrhizal fungi without physically disturbing the delicate root-microbe-soil system. Here we report that girdling reduced soil respiration within 1-2 months by about 54% relative to respiration on ungirdled control plots, and that decreases of up to 37% were detected within 5 days. These values clearly show that the flux of current assimilates to roots is a key driver of soil respiration; they are conservative estimates of root respiration, however, because girdling increased the use of starch reserves in the roots. Our results indicate that models of soil respiration should incorporate measures of photosynthesis and of seasonal patterns of photosynthate allocation to roots.     

不同接种物对分离丛枝菌根真菌的影响

在实验室条件下,用野外采集的植物根际土壤和野生葱属植物根段作为接种体接种三叶草(TrifoliumrepensL.).观察三叶草菌根侵染率,统计其根际土壤中丛枝菌根真菌的孢子密度和种类、并与原始接种土壤比较.结果表明:用不同植物群落的土样作为接种物,三叶草菌根侵染率和根际AMF种类和密度有很大差异,但菌根真菌种类数目较多;用不同种葱属植物根段接种,三叶草菌根的侵染率差别明显,根际土壤孢子的种类数目较少但菌根真菌有很高的相似性.     

转基因小黑杨对土壤微生物群落结构的影响

为评价转基因林木环境释放可能引起的生态风险,以及转基因林木在生产应用中的可行性和可靠性,以实验室种植的转Bt-蜘蛛神经毒肽重组基因的小黑杨为材料,对转基因与非转基因植株根际(通常为几毫米至几厘米)土壤细菌、放线菌、真菌数量和基因水平转移情况进行检测,结果表明:转基因小黑杨种植一段时间后其根系附近的微生物数量略高于非转基因小黑杨。利用卡那霉素选择培养基分离根系周围细菌菌落发现转基因植株周围的土样细菌中,Kan^R抗性细菌菌落数占总细菌菌落的比例在11.58%～13.00%之间,而非转基因植株根际周围和空白土壤细菌菌落数则在5.73%～6.40%之间,表明转基因小黑杨根系对土壤细菌的抗生素抗性产生一定的影响。利用转基因植株的目的基因和抗性基因设计引物,以土壤中细菌基因组DNA为模板进行PCR扩增,转基因植株种植7个月后,根际土壤细菌菌落中含有抗性基因的菌落数量明显增加。虽然在种植1个月的转基因植株根际土壤土样细菌中未检出目的基因,但在种植7个月后的土样中检验到了很少的目的基因阳性细菌,阳性细菌菌落比例为2%～5%,检测结果表明可能有极少数Bt-蜘蛛神经毒肽重组基因发生了水平转移。     

阿特拉津降解细菌的直接检测及分离

摘要：利用改良的 SM固体培养基,对受除草剂污染的土壤中阿特拉津降解菌进行了检测、计数及分离。研究发现,在工业污染土壤中,阿特拉津降解菌群成为微生物群落的主要组成部分,而在农业土壤中仅占次要地位。用多重PCR分析了靶向基因trzN 和 atzABC,表明含trzN-atzBC基因组合的降解菌在山东省工业及农业土壤中占主导地位。因为富集偏差的消除,直接分离方法更利于阿特拉津降解菌多样性分析的研究。     

重金属污染下台湾相思和尾叶桉根区土壤微生物群落多样性

利用BIOLOG微平板技术对广州市黄埔区龟山重金属污染下台湾相思（Acacia confusa）和尾叶桉（Eucalyptus urophylla）根区土壤微生物群落多样性进行了研究.结果表明,广州市黄埔区龟山土壤重金属污染严重,其中全Cd和全Zn含量大大超出广州市背景值,并对微生物群落产生最大负效应.土壤环境的恶化导致细菌数量减少,微生物代谢活性滞后,对醣类和氨基酸类碳源利用低,多样性指数降低.黄埔区台湾相思和尾叶桉根区土壤细菌数量和微生物多样性显著高于裸地.由于重金属污染对根区土壤的影响较大,台湾相思和尾叶桉根区土壤的细菌数量、微生物碳源利用类型以及群落多样性指数均无显著差异.然而,台湾相思根区土壤微生物的代谢活性随着培养时间的延长,呈迅速上升趋势,并较其他供试土壤具有更高的代谢能力;另外,台湾相思不仅可以稳定土壤中的Cu和Pb,还能吸收Cd和Zn,并且其固氮能力能有效增加土壤养分含量,对土壤条件进行改良,也是广州市常用的造林先锋树种,适合作为广州市黄埔区重金属污染地植被重建材料.     

生态补水对黄河三角洲盐沼地土壤微生物群落分布特征的影响

为探究生态补水对盐沼湿地土壤微生物群落的影响，以黄河三角洲国家级自然保护区内人工围坝、实施“引淡压咸”淡水补给工程的湿地土壤为研究对象，以潮汐区天然盐沼湿地土壤为参照，使用磷脂脂肪酸（PLFA）法对比研究0~30 cm土层中4种土壤微生物群落（细菌、真菌、放线菌和丛枝菌根真菌等）在2类湿地中的分布特征，同时区别不同植被条件下（芦苇群落、盐地碱蓬群落和裸滩）的差异。结果表明:供试土壤的PLFA总量在4.25~32.71nmol.g-1之间，微生物群落组成均以细菌为主，表征4种微生物类群的PLFA含量由高到低依次为细菌(（8.47±4.66) nmol.g-1）、真菌（（1.28±2.21 ）nmol.g-1）、放线菌（（0.98±0.68） nmol.g-1）、丛枝菌根真菌（（0.29±0.27） nmol.g-1）。表征4种微生物类群的PLFA的含量均表现为生态补水区高于天然盐沼区，其中细菌平均高出39.63% ，真菌平均高出63.56% ，放线菌平均高出65.14% ，丛枝菌根真菌平均高出69.22% ，这可能是由补水引起的土壤pH减小、有机碳含量增加而导致的；从3种植被条件的对比来看，土壤PLFA含量由高到低依次为芦苇群落（7.43~32.71 nmol.g-1）、盐地碱蓬群落（4.87~16.58 nmol.g-1）、裸滩（4.25~7.54 nmol.g-1）。6种样地土壤PLFA总量排序为:补水区芦苇群落（17.70~32.71 nmol.g-1）、补水区盐地碱蓬群落（10.71~15.44 nmol.g-1）、潮汐区芦苇群落（7.43~12.23 nmol.g-1）、补水区裸滩（5.93~7.54 nmol.g-1）、潮汐区盐地碱蓬群落（4.87~6.50 nmol.g-1）、潮汐区裸滩（4.25~5.02 nmol.g-1）。补水区芦苇湿地土壤PLFA总量和真菌PLFA相对含量的增幅较大，这与补水区土壤适宜芦苇生长，而芦苇生物量的大量增加又导致土壤有机质的大幅增多和pH的下降密切相关；真菌与其他3类微生物相比，对补水和植被的响应幅度最大，尤其在恢复区芦苇群落土壤中，这进一步证实了土壤真菌在植物枯落物分解、植物碳转化为土壤碳方面的重要作用。从当前PLFA含量增加的角度来看，补水显著提升了芦苇群落土壤中微生物的生物量，然而盐沼湿地土壤微生物生物多样性及盐沼湿地生态过程、生态系统结构和功能在补水后的变化有待进一步系统综合地研究和评估。      

直接分离于工业和农业土样中的阿特拉津降解菌的基因分型

对农药污染的工业和农业土样中获得的116株阿特拉津降解菌进行分类鉴定,降解菌通过ERIC PCR和16S rRNA系统进化树分析发现了12种种系型。其中工业土样中鉴定出隶属于节杆菌属的8种种系型降解菌,具有与金黄节杆菌系统进化群体类似的基因种。从无植物生长的工业重度污染土样中检测到嗜碱假单胞菌和Gulosibacter molinativorax系统进化群体间存在着同一种基因型。农业玉米根际土样只分离到3种种系型,与产脲节杆菌类似的基因型是玉米根际普遍存在并占主导地位的降解菌,另外2种种系型代表着具有环境特异性的两个不同起源的类诺卡氏菌分支。基因分型结果暗示着阿特拉津降解群体的多样性和遗传结构的环境特异性,工业土壤中的污染率是影响降解群体多样性和遗传结构的主要因素。     

洪泽湖湿地植被类型对土壤有机碳粒径分布及微生物群落结构特征的影响

【目的】研究不同植被覆盖下湿地土壤有机碳组成、微生物群落结构的特征,为合理开发利用、恢复和保护湿地生态功能提供依据。【方法】以江苏洪泽湖与淮河交汇区湿地自然植被类型(湖草滩、芦苇滩)和人工植被类型(杨树林、柳树林)的土壤为研究对象,应用物理分组的方法研究土壤不同粒径 (<2 μm、≥2~63 μm、≥63~200 μm、≥200~2 000 μm) 组分分布、有机碳含量与分布情况,采用高通量测序技术对土壤微生物群落结构特征进行表征,运用聚类分析、冗余分析研究不同植被类型土壤中微生物物种丰度相似性、微生物群落结构与不同粒径组分土壤有机碳及土壤理化性质之间的关系。【结果】①洪泽湖与淮河交汇区湿地人工植被类型林地中土壤粒径≥200~2 000 μm组分分布最少,土壤粒径≥2~63和≥63~200 μm组分分布显著高于其他粒径组分;人工植被类型土壤总有机碳含量显著高于自然植被类型,其中各植被类型各粒径组分(除粒径≥2~63 μm组分)土壤有机碳含量大小顺序均为柳树林>杨树林>湖草滩>芦苇滩;粒径< 2 μm组分的土壤有机碳分布比例显著高于其他粒径组分的,粒径≥200~2 000 μm组分的土壤有机碳分布比例低于其他粒径组分的。②各植被类型土壤微生物群落多样性(Shannon 指数)大小顺序均为芦苇滩>湖草滩>柳树林>杨树林,变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)是样地土壤细菌的主要优势种群(50.21%~66.12%);子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)是土壤真菌的主要优势种群(68.32%~95.11%)。土壤细菌群落聚类分析相似性系数最高的是湖草滩和芦苇滩,这个聚类和杨树林的土壤细菌群落相似性较远;真菌群落聚类分析中,湖草滩和芦苇滩的真菌群落自成一族群;杨树林和柳树林的真菌群落聚为另一族群。③微生物群落结构与土壤理化性质相关性分析显示,土壤有机碳含量和含水量是影响土壤微生物群落结构的主要因子,细菌中的酸杆菌门(Acidobacteria)和真菌中的担子菌门(Basidiomycota)受粒径<2 μm、≥2~63 μm、≥63~200 μm组分的土壤有机碳分布影响很大。【结论】洪泽湖湿地4种植被覆盖下不同粒径组分土壤的质量和有机碳含量数值呈现两头小中间大趋势,不同粒径组分中有机碳分布比例随粒径的增加而降低。种植人工植被(柳树林、杨树林)有利于增加土壤有机碳的含量,但人工植被类型未增加土壤微生物的多样性,粒径<200 μm组分的土壤有机碳分布可能影响特定的优势微生物类群。     

微生物在生物栅植物根系和填料生物膜上的数量分布差异

实验中以组合填料、美人蕉和水生动物为要素构建生物栅,以上海市苏州河支流绥宁河河水为实验用水,测定分析了功能微生物和微型动物在植物根系和填料生物膜上的数量分布差异,以研究生物栅强化处理污染景观水体的作用机理.结果表明,生物栅中有机物的矿化分解、氨化作用、硝化作用和反硝化作用可以在填料和植物根系上同时进行,有机物的矿化分解、氨化作用和硝化作用场所以植物根系为主,而反硝化作用主要在填料上进行.生物栅内植物根系和填料所具有的不同生境为异养细菌、硝化细菌和反硝化细菌的生长提供了各自适宜的场所,单位质量根系异养细菌数量比单位质量填料上异养细菌数量高出一个数量级,植物根系的泌氧作用提高了根系局部的溶解氧水平,硝化细菌对生境的选择结果使得单位质量根系或填料的硝化细菌数量表现为:实验组根系实验组填料对照组填料,而反硝化细菌对生境选择表现为:对照组填料实验组填料实验组根系.同时单位质量根系微型动物的数量和种类都要大于填料,根系和填料上微型动物的多样性指数值分别为2.16和2.08.     

不同分解程度木麻黄凋落物的养分特征及微生物功能多样性分析

【目的】通过了解木麻黄凋落物分解过程中的养分变化以及微生物碳源的利用特征,明确凋落物微生物多样性与养分之间的关系。【方法】在海南省海口市桂林洋海滨选取10~15年生木麻黄林,按照“S”形五点取样法,分别采集0~5 cm、≥5~10 cm、≥10~15 cm 等3种不同分解程度的凋落物样品,测定其理化性质,并利用Biolog微孔板法测定凋落物外生菌和内生菌的群落功能多样性,对其进行主成分PCA分析和冗余RDA分析。【结果】①凋落物的分解程度越高,其有机碳、全氮、全磷含量越低。②不同分解程度木麻黄凋落物中外生菌和内生菌功能多样性差异显著,外生菌平均颜色变化率(AWCD)随分解程度增加而增大,而内生菌AWCD则降低。③凋落物分解程度越高,外生菌的Shannon、Simpson指数明显升高,McIntosh指数无显著差异;内生菌的Shannon、Simpson指数也随之增加,而McIntosh指数则明显降低。④外生菌和内生菌对6大类碳源利用强度存在差异,优势碳源分别为糖类和多聚物,分解后期胺类和酚类的利用率均有提高。⑤主成分PCA分析表明,不同分解程度的凋落物外生菌和内生菌对31种碳源的利用均有显著差异;RDA分析表明,碳、氮含量与凋落物外生菌微生物功能多样性指数呈最大相关。【结论】木麻黄凋落物分解程度越大,外生菌碳代谢强度和多样性越高,而内生菌碳代谢强度越低,其多样性越高;凋落物的氮、碳含量是影响凋落物微生物功能多样性的主要因素。因此,外生菌和内生菌在木麻黄凋落物的分解中发挥着不同的作用。     

Pb胁迫下接种丛枝菌根真菌对茶树解毒能力的影响

采用盆栽试验研究了接种丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对铅(Pb)胁迫下茶树解除Pb毒性能力的影响,分别用醋酸墨水染色法、考马斯亮蓝法、电感耦合等离子体(ICP-MS)、紫外分光光度法等方法研究了接种AMF后茶树根系菌丝的侵染率,土壤中球囊霉素(Glomalin-related soil protein,GRSP)含量,茶树根系、叶片、土壤中及GRSP中Pb含量及叶片的抗氧化酶活性.结果表明,接种AMF后,茶树根系菌丝侵染率为60.13%,茶树的生物量、百芽重和显著增加,并极显著地提高土壤中总GRSP含量,由于GRSP对Pb的大量螯合作用,使得土壤中Pb的生物有效性大大降低,加之茶树根系、叶片中对Pb的总吸收量减少,且根系Pb含量增加,因此,叶片中Pb含量显著下降,抗氧化酶活性也相应地下降.     

Plastid proteins crucial for symbiotic fungal and bacterial entry into plant roots

The roots of most higher plants form arbuscular mycorrhiza, an ancient, phosphate-acquiring symbiosis with fungi, whereas only four related plant orders are able to engage in the evolutionary younger nitrogen-fixing root-nodule symbiosis with bacteria. Plant symbioses with bacteria and fungi require a set of common signal transduction components that redirect root cell development. Here we present two highly homologous genes from Lotus japonicus, CASTOR and POLLUX, that are indispensable for microbial admission into plant cells and act upstream of intracellular calcium spiking, one of the earliest plant responses to symbiotic stimulation. Surprisingly, both twin proteins are localized in the plastids of root cells, indicating a previously unrecognized role of this ancient endosymbiont in controlling intracellular symbioses that evolved more recently.     

植物根系土的剪切强度简化计算方法

选取典型植物根系结构,建立根系相对面积随深度的变化函数,分析植物根系拉伸强度与根系直径、植物高度与地表根系主干面积、地表根系主干面积与竖直方向延伸深度的统计关系。根据加筋原理,解释了植物根系土的强度增强机理,建立了根系土剪切强度随深度减小的统一函数,该函数可由植物根系拉伸强度和根系面积沿深度分布直接计算根系土的剪切强度,简化了根系土剪切强度的确定方法,最后通过已有数据对该函数的可行性进行了验证。     

带状采伐对毛竹林土壤细菌群落结构及多样性的影响

【目的】研究带状采伐后毛竹(Phyllostachys edulis)林土壤细菌群落结构及多样性的变化,认识带状采伐对毛竹林土壤生态系统的影响,为利用带状采伐实现毛竹林规模化经营提供指导。【方法】对毛竹林进行不同宽度(3、9、15 m)的带状采伐,25 d后采集样地内土壤样品,采用Illumina MiSeq 高通量测序技术分析土壤细菌特定基因片段V3-V4区域,鉴定菌种类群,预测细菌功能,并结合7种土壤养分指标(有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾)的测定结果,探讨带状采伐对毛竹林地土壤细菌群落及土壤养分的影响。【结果】随着采伐宽度的增加,土壤有效磷、全钾、速效钾含量降低,土壤有机质、全氮、碱解氮含量先增后降。适当采伐可以提高土壤肥力,但采伐宽度超过一定限度后,土壤肥力降低,速效养分含量减少。不同带状采伐对毛竹林土壤中细菌类群的丰度、多样性、均匀度的影响各不相同;3 m采伐宽度的毛竹林地内土壤细菌群落丰富度最高,且物种分布最均匀,随着采伐宽度的增大,其毛竹林地内的细菌群落丰富度和物种均匀度均降低,当采伐宽度超过9 m时,群落间的物种组成变化差异减小。带状采伐后变形菌门(Proteobacteria)相对丰度增多,酸杆菌门(Acidobacteria)、绿湾菌门(Chloroflexi)相对丰度减少,这3种菌门同放线菌门(Actinobacteria)一起占据着毛竹林带状采伐土壤细菌群落种的主要地位,对土壤中碳(C)、氮(N)元素固定及其他养分的转化分解发挥着重要的作用。带状采伐后土壤细菌群落代谢通路中最重要的是碳水化合物代谢和氨基酸代谢,说明带状采伐后土壤细菌的优势功能主要集中在C、N两种元素的固定和转化。【结论】毛竹林带状采伐对土壤细菌群落结构及多样性产生显著影响,3 m宽度的带状采伐能够增加细菌类群的丰度、多样性、均匀度以及土壤养分含量,当采伐宽度增大,上述各项指标降低;综合分析表明带状采伐后土壤微生物类群主要参与C、N元素的固定和转化的相关功能通路。     

Arctic microorganisms respond more to elevated UV-B radiation than CO2

Surface ultraviolet-B radiation and atmospheric CO2 concentrations have increased as a result of ozone depletion and burning of fossil fuels. The effects are likely to be most apparent in polar regions where ozone holes have developed and ecosystems are particularly sensitive to disturbance. Polar plant communities are dependent on nutrient cycling by soil microorganisms, which represent a significant and highly labile portion of soil carbon (C) and nitrogen (N). It was thought that the soil microbial biomass was unlikely to be affected by exposure of their associated plant communities to increased UV-B. In contrast, increasing atmospheric CO2 concentrations were thought to have a strong effect as a result of greater below-ground C allocation. In addition, there is a growing belief that ozone depletion is of only minor environmental concern because the impacts of UV-B radiation on plant communities are often very subtle. Here we show that 5 years of exposure of a subarctic heath to enhanced UV-B radiation both alone and in combination with elevated CO2 resulted in significant changes in the C:N ratio and in the bacterial community structure of the soil microbial biomass.