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磷是土壤生态系统中的重要组成元素,开展土壤磷循环研究对提高磷肥利用效率和降低磷的生态环境风险具有重要意义。磷酸盐氧同位素技术已经被证明是一种示踪环境中磷生物地球化学行为的有效方法。本文系统综述了磷酸盐氧同位素技术的研究进展和未来发展方向。详细介绍了磷酸盐氧同位素的技术原理、样品处理和测定方法;阐述了无机磷和有机磷的氧同位素特征及时空分布特征;从评估土壤磷微生物利用状况和示踪土壤磷循环两个方面探讨了磷酸盐氧同位素技术在土壤磷循环研究中的应用前景,分析了磷来源、环境条件、生物活动和样品前处理过程对土壤磷酸盐氧同位素特征的影响,最后展望了该技术未来的研究方向。以期为磷酸盐氧同位素技术在土壤学和环境科学领域的发展和应用提供新的视角和科学指导。 相似文献
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磷脂脂肪酸(PLFA)是微生物细胞膜的重要组成成分,不同微生物群落可通过不同生化途径合成不同的PLFA,因此可选择某些PLFA作为微生物群落结构变化的生物标志物。PLFA与稳定性同位素~(13)C标记(~(13)C-PLFA)技术结合,不仅能够确定原位土壤环境中微生物群落组成,而且能够定向发掘土壤生态系统中参与碳源代谢过程的微生物群落,提供复杂群落中土壤微生物相互作用的信息,具有广阔的应用前景。其基本原理为:将富集~(13)C稳定同位素的基质加入土壤中,土壤中的某些微生物群落利用基质~(13)C合成PLFA,提取并纯化土壤微生物的PLFA,利用气相色谱-燃烧-同位素比例质谱(GC-C-IRMS)测定其~(13)C丰度,通过对比分析,从而获取微生物群落组成与其功能的直接信息。本文在介绍了~(13)C-PLFA原理的基础上,综述了该技术在光合同化碳的根际微生物利用、土壤有机质分解的激发效应、甲烷氧化、有机污染物降解、外源简单碳源和外源复杂碳源的微生物利用等方面的应用,对此项技术的优缺点进行了分析并展望了其未来应用。 相似文献
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土壤微生物生态学研究方法进展 总被引：28，自引：0，他引：28
土壤微生物研究方法经历了微生物纯培养，土壤酶活性（BIOLOG微平板分析），微生物库（如微生物生物量）和流（C和N循环），微生物生物标记物（FAMEs)，微生物分子生物学技术（从土壤中提取DNA，进行PCR－DGGE，PCR－SSCP，RLFP分析等），揭示了土壤微生物群落丰富的多样性和生态功能；现代生物技术和传统微生物研究方法的配合将为土壤微生物学研究提供了的前景。 相似文献
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PLFAs稳定同位素技术及其在土壤微生物学中的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
磷脂脂肪酸(PLFAs)是微生物细胞膜的重要组分,可作为活体微生物的生物标记物。稳定同位素技术与生物标记物相结合为揭示微生物种群结构及其功能提供了一种有效的方法,可用来阐明复杂土壤生态系统中微生物源有机质代谢途径以及个别微生物种群特征,将特定微生物种群与相应生物化学过程相联系。介绍了PLFAs稳定同位素分析技术,包括气相色谱-燃烧-同位素比例质谱(GC-c-IRMS),气相色谱-质谱联机(GC-MS)以及核磁共振(NMR),并描述上述方法在土壤微生物学中的应用以及其优缺点。 相似文献
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分子氢是多种微生物代谢之间相互作用的关键中介物,环境中产氢微生物和耗氢微生物的活动决定了全球氢气循环,对其他重要元素生物地球化学循环具有潜在的驱动作用。环境功能微生物在维持环境生态系统平衡、消除次生环境污染等领域中扮演着不容忽视的重要作用。因此,理解环境中氢气代谢（氢气的产生和消耗）微生物对生态环境的影响及其在环境生物修复中的作用与功能,对认识氢气的生态环境效应并将该生物能源应用于生物修复具有重要的科学意义和实践价值。系统分析了氢气代谢过程及氢化酶的分类和功能,总结了微生物产生和消耗氢气的多种途径及其对土壤生态环境效应和生物修复作用的影响,指出了目前氢气代谢过程及氢化酶应用于环境生物修复领域存在的关键科学技术问题,提出了未来的研究思路与重点方向,以推动氢气这种生物能源成就一种有前景的环境污染修复策略。 相似文献
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土壤氮循环功能基因广泛地参与包括固氮、氨化以及硝化和反硝化作用等一系列生态过程,是氮素生物地球化学循环的关键组成部分,在很大程度上影响土壤生产力、全球环境变化以及碳中和可持续发展。近几十年来,分子生物学和微生态学技术的快速发展极大地促进了与土壤氮循环密切相关的功能基因以及其功能微生物群落特征等方面的研究。本研究利用检索自Web of Science数据库中2001—2020年期间土壤氮循环功能基因相关文献,结合R语言科学知识图谱分析方法,从发文量、高被引论文、高频关键词及历史直接引文等方面对土壤氮循环功能基因研究现状进行了系统分析,并总结了土壤氮循环功能基因领域的研究动态、热点和发展趋势。结果表明：1）应用分子生物学技术挖掘土壤氮循环相关微生物功能基因及群落结构探索土壤氮循环的微生物学机制,是当前土壤氮循环研究领域的热点及切入点。2）土壤氮循环功能基因研究主要集中于3个方面：(1)利用宏基因组学等技术对土壤氮循环相关的功能基因进行筛选、识别和注释,从而发现新的微生物功能基因序列、更新引物数据库等;(2)环境因子及管理措施对土壤氮循环相关微生物指标的影响;(3)利用功能基因丰度表征土壤氮... 相似文献
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土壤健康是农业可持续发展的中心主题。土壤微生物参与土壤生态功能、环境功能和免疫功能协同驱动土壤生命系统运转，是维持土壤健康的核心与关键。了解不同微生物介导的土壤健康调控机制对有效利用这些核心微生物维持和改善土壤健康至关重要。本文围绕微生物参与调节土壤碳循环、养分循环，改变土壤结构、抑制植物病虫害、污染控制等主要生物过程系统梳理了微生物在调控土壤健康中的重要作用，以及微生物作为土壤健康的敏感指标对土壤健康的指示与预警作用。强调未来应加强驱动土壤健康特定功能以及多个生物过程的核心微生物组信息数据库挖掘、构建与生产应用研究，为定向利用微生物改善农业土壤生态系统功能、维持土壤健康以及保障土壤可持续发展提供科学依据。 相似文献
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有机磷农药污染土壤的微生物降解研究进展 总被引：3，自引：1，他引：3
有机磷农药是目前我国使用量最大的农药之一,严重污染环境和生态系统,并通过食物链在生物体内富集,进而危害人类健康。微生物降解技术具有降解效率高、代谢途径多、无二次污染的优势,是目前清除环境中有机磷农药的主要手段,能有效降低有机磷农药的危害。目前有机磷农药的降解微生物主要是通过实验室纯培养方法获得,与自然生态环境中存在的降解功能性微生物信息差异较大,而利用不可培养方法识别功能性微生物的技术具有广阔的应用前景。本文从有机磷农药的使用情况及引发的环境问题出发,概述了有机磷农药在土壤中的迁移转化途径,稳定同位素探测技术和磁性纳米材料等不可培养方法对有机磷农药降解功能性微生物的识别,微生物降解有机磷农药污染土壤的功能基因、降解途径及降解机理;探讨了植物–微生物联合修复在有机磷农药污染土壤修复中的作用,并分析了环境因子及农药自身性质对有机磷农药降解的影响;最后,讨论了微生物降解技术存在的问题及今后研究方向。 相似文献
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土壤微生物分离新技术的研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
土壤是环境微生物学研究中最具挑战性的环境,也是生物分子、遗传资源开发的热点区域。在"宏-组学"方法快速发展的今天,土壤微生物分离培养技术在微生物环境功能研究、代谢途径的阐明、特定功能的验证及基础实验和生产实践的应用等方面仍然发挥着重要作用。本文首先分析了大多数环境微生物不能被分离培养的几个原因。然后重点综述了近年来在土壤微生物分离培养技术方面的探索,主要包括生长培养基的优化和重新设计如培养基稀释分离、添加生长限制因子、更换凝固剂等,在延长培养时间、改善含氧量、降低培养温度等方面对生长条件进行改进,采用"扩散盒"、"原位培养陷阱"等技术对微生物进行天然环境原位培养,对环境微生物群体培养和共培养,利用"宏基因组学""宏蛋白质组学"等非培养技术辅助分离等。最后,作者对未来土壤微生物分离研究的方向提出了自己的建议。 相似文献
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参与土壤氮素循环的微生物功能基因多样性研究进展 总被引：12，自引：2，他引：12
土壤氮素循环是生物地球化学循环的重要组成部分, 不但影响着土壤生产力和可持续发展, 还影响着全球环境变化.土壤微生物在土壤氮循环中发挥着不可替代的作用, 参与了包括固氮作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用等重要生态过程.近十年中, 分子生物学技术的发展为从功能基因角度研究与土壤氮循环密切相关的微生物功能群结构、组成和丰度的变化提供了新的契机.本文综述了参与土壤氮循环的微生物功能基因多样性研究进展, 并展望了未来发展方向. 相似文献
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Daniel H. Buckley Varisa Huangyutitham Shi-Fang Hsu Tyrrell A. Nelson 《Soil biology & biochemistry》2008,40(6):1272-1283
Nucleic acid stable isotope probing (SIP) is a powerful tool that can identify and characterize the microorganisms that mediate specific soil processes and explore the flow of C and N through functional groups in the soil food web. While 13C–SIP has been used successfully in a range of applications, methodological constraints have limited the applicability of 15N-labelled compounds in nucleic acid SIP. However, 15N–DNA–SIP can now be achieved and this method when used with 15N2 provides a powerful new tool for characterizing free-living diazotrophs in natural ecosystems. A diverse array of non-cultivated diazotrophs have been observed in soil and yet the characteristics of these organisms and their environmental significance remain almost completely unknown. 15N2–DNA–SIP can identify those diazotrophs that are active in situ while providing access to gene sequences and genome fragments that can yield insights on their evolutionary history and functional capacities. Further insights on the ecology of free-living diazotrophs in soil can be provided by performing 15N2–DNA–SIP on microcosms in which the response of the diazotrophic community is determined in relation to experimental manipulation. We describe the use of 15N2–DNA–SIP to explore linkages between different C sources and N-fixation by specific diazotroph populations in soil. Methane addition to soil was observed to stimulate N-fixation and the organisms that were found to be responsible for this activity were Type II methanotrophs most closely related to the genus Methylocystis. This report provides insights on the use of nucleic acid SIP to identify and characterize microorganisms that mediate specific soil processes and represents the first time that a specific group of methanotrophs has been shown to mediate N-fixation while in the soil environment. 相似文献
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Stable isotope probing (SIP) was used to investigate the microorganisms responsible for degradation of the herbicide, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) in soil samples. Soils were unamended or amended with either unlabeled 2,4-D or UL(ring) 13C-2,4-D. Degradation of 2,4-D was complete after 17 days, whereas little removal (11±3%) was observed in the sterile controls. Terminal restriction fragment length polymorphism (TRFLP) on soil DNA after 17 days indicated a consistent increase in the relative abundance of one fragment (217 bp in Hae III digests) in soils spiked with 2,4-D (both unlabeled and labeled samples) compared to the unamended soils. DNA extracts from labeled and unlabeled 2,4-D amended soils were subject to ultracentrifugation, fractionation of centrifuged samples, followed by TRFLP on each fraction. TRFLP profiles from ultracentrifugation fractions illustrated that the same fragment experienced an increase in buoyant density (BD) in samples spiked with 13C-labeled 2,4-D. This increase in DNA BD indicates the organisms represented by this fragment were responsible for uptake and degradation of the herbicide. 16S rRNA sequencing of the heavy, 13C-enriched fraction suggests the organisms belong to the β subdivision of Proteobacteria. Herein, SIP facilitated the identification of unique organisms degrading 2,4-D in soil without the need for isolation and provided more direct evidence for a functional role of these organisms than would have been possible with the molecular-based methods alone. 相似文献
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元蛋白质组学是近年出现的一种基于蛋白质组学对微生物群落进行研究的新技术,其定义为对特定环境的所有微生物蛋白质进行的即时的、大规模的分析。虽然目前对元蛋白质组学的研究还处在起步阶段,但是它已在特定环境的微生物研究中显现出其强大的功能。本文通过对目前元蛋白质组学常用研究策略和技术进行比较,概述土壤元蛋白质组的提取、纯化、分离与功能鉴定等方面的研究现状,并对土壤元蛋白质组学研究的意义进行了展望。土壤元蛋白质组学的发展深受提取方法的影响,现有的方法很难提供既可成功分离又易于鉴定的蛋白质,而土壤蛋白鉴定的主要问题在于土壤蛋白质含量低,通过质谱分析对蛋白质鉴定时缺乏足够的序列-数据库信息。一旦这些问题得以解决,土壤元蛋白质组学便能在土壤微生物生态功能研究方面得到更加广泛和深入的应用。 相似文献
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磷供应对玉米根际微生物碳源利用和功能多样性的影响 总被引：3，自引：0，他引：3
磷有效性能够改变根分泌物的组成和数量,调节土壤微生物的群落结构和多样性,但磷添加如何影响土壤微生物碳源利用和功能多样性尚不清楚。本研究通过盆栽土培试验,设置2个磷处理[低磷5.7 mg(P)?kg?1和高磷200 mg(P)?kg?1],以生长35 d的玉米根际土壤为研究对象,采用Biolog微平板法,分别在培养后240 h内每隔24 h检测具有31种不同碳源的微孔溶液颜色变化,揭示磷供应对玉米根际微生物碳源利用模式和功能多样性的影响。结果表明:随着培养时间的延长,土壤微生物对土壤碳源的利用呈现增加的趋势,直至碳源消耗殆尽;高磷供应显著增加了玉米根际土壤微生物群落平均颜色变化率(average well color development,AWCD),提高了对糖类及其衍生物、氨基酸和代谢产物的利用,但没有显著提高对脂肪酸和脂类的利用;在培养前72 h内,高磷供应显著增加了玉米根际微生物多样性指数、优势度指数和均匀度指数,但培养72 h后,磷供应对其没有显著的影响。主成分分析结果表明,提取的前3个主成分解释了75.15%的碳源利用,高磷和低磷处理具有显著不同的土壤微生物碳源利用模式。总之,糖类及其衍生物、氨基酸和代谢产物是玉米根际土壤微生物利用的主要碳源,短期磷添加能够显著增加土壤微生物对碳源的利用,在一定程度上能够提高土壤微生物群落功能多样性。 相似文献
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F. Bastida J. L. Moreno C. Nicols T. Hernndez C. García 《European Journal of Soil Science》2009,60(6):845-859
Soil is a dynamic system in which microorganisms perform important tasks in organic matter transformations and nutrient cycles. Recently, some studies have started to focus on soil metaproteomics as a tool for understanding the function and the role of members of the microbial community. The aim of our work was to provide a review of soil proteomics by looking at the methodologies used in order to illustrate the challenges and gaps in this field, and to provide a broad perspective about the use and meaning of soil metaproteomics. The development of soil metaproteomics is influenced strongly by the extraction methods. Several methods are available but only a few provide an identification of soil proteins, while others extract proteins and are able to separate them by electrophoresis but do not provide an identification. The extraction of humic compounds together with proteins interferes with the latter's separation and identification, although some methods can avoid these chemical interferences. Nevertheless, the major problems regarding protein identification reside in the fact that soil is a poor source of proteins and that there is not enough sequence‐database information for the identification of proteins by mass spectrometric analysis. Once these pitfalls have been solved, the identification of soil proteins may provide information about the biogeochemical potential of soils and pollutant degradation and act as an indicator of soil quality, identifying which proteins and microorganisms are affected by a degradation process. The development of soil metaproteomics opens the way to proteomic studies in other complex substrates, such as organic wastes. These studies can be a source of knowledge about the possibility of driven soil restoration in polluted and degraded areas with low organic matter content and even for the identification of enzymes and proteins with a potential biotechnological value. 相似文献
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A root window-based, enzyme-imprinted, membrane system has been modified to enable visualization of the activities of hydrolytic enzymes (acid phosphatase, aminopeptidase, chitinase, and β-glucosidase) in situ in forest soils. The approach can be used to correlate the distribution of enzyme activity with visible features such as roots, mycorrhizas, or mycelial mats. In addition, it enables accurate spatial soil sampling for analysis of microbial communities associated with enzyme activities. The substrates are colorimetric conjugates of napthol, where color develops instantly in the field, or fluorimetric conjugates of 4-methylumbelliferone, whose fluorescent products are detected by a gel-documenting system. The method will allow important questions about the relationship between taxonomic and functional diversity of soil microorganisms to be addressed and identification of enzyme activity hot-spots in soil. 相似文献