王智慧
- 作品数：13 被引量：57H指数：5
- 供职机构：西南大学资源环境学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金重庆市自然科学基金国家留学基金更多>>
- 相关领域：农业科学环境科学与工程生物学更多>>
- 不同季节冬水田紫色土细菌群落的垂直分布规律被引量：1
- 2022年
- 【背景】土壤细菌对环境变化非常敏感,是土壤环境质量检测的重要指标。【目的】为研究不同季节冬水田紫色土细菌的垂直分布规律,揭示土壤细菌群落结构和物种多样性与土壤环境因子的相互关系。【方法】以冬水田紫色土为研究对象,分别于2020年8月(夏季)和2021年1月(冬季)采集不同深度土壤样品,对土壤细菌16S rRNA基因进行Illumina MiSeq高通量测序,分析在不同季节细菌群落组成和多样性的垂直分布规律。【结果】冬水田紫色土细菌ACE指数、Chao1指数和Shannon指数均呈现出夏季高于冬季,并且随土层深度增加呈现降低的趋势。冬水田紫色土优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、放线菌门(Actinobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes),优势菌属为Desulfobacca、Haliangium、Anaeromyxobacter、Candidatus_Omnitrophus和Defluviicoccus。Chloroflexi和Actinobacteria在夏季相对丰度较高,Proteobacteria和Nitrospirae在冬季相对丰度较高;Anaeromyxobacter和Candidatus_Omnitrophus在夏季相对丰度较高,Desulfobacca、Haliangium和Defluviicoccus在冬季相对丰度较高。冗余分析(redundancy analysis,RDA)和环境因子热图分析结果均表明,总氮(total nitrogen,TN)、土壤有机质(soil organic matter,SOM)和土壤氧化还原电位(soil redox potential,Eh)是显著影响紫色水稻土细菌群落的主要因子。【结论】本研究丰富了对冬水田紫色水稻土细菌群落组成和多样性的认识,证实了不同季节冬水田紫色土细菌群落组成和多样性存在差异。
- 余子洁郭大陆李致同亢宗静王智慧罗红燕
- 关键词：细菌群落结构微生物多样性
- 施肥和淹水管理对水稻土氨氧化微生物数量的影响被引量：5
- 2019年
- 全程氨氧化细菌(Complete ammonia oxidizers,Comammox)的发现被认为是氮循环研究的重要进展,但复杂土壤中Comammox与氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)共存的环境驱动机制尚不清楚。针对紫色水稻土长期定位试验的植稻淹水(夏季植稻施肥并且全年淹水)管理、休耕冬干(不植稻、不施肥,仅在夏季植稻期间淹水,冬季排水落干)管理,研究了施肥和水分管理对水稻土硝化潜势及氨氧化微生物类群丰度的影响。结果表明,植稻淹水土壤的硝化潜势显著高于休耕冬干,分别为25.0 mg·kg^-1·d^-1、2.11mg·kg^-1·d^-1,相差可达12倍之多。实时荧光定量PCR分析表明,两种管理方式下水稻土中均能检测到Comammox、AOA和AOB,并且其数量均为Comammox>AOA>AOB。植稻淹水中Comammox丰度分别为AOA的8.5倍、AOB的77.3倍,而休耕冬干中Comammox丰度分别为AOA的4.1倍、AOB的490.3倍。相比于休耕冬干管理,植稻淹水刺激了Comammox分支A(Clade A)、AOA和AOB的生长,三者增长倍数分别为9、3、42,但Comammox分支B(Clade B)的降幅高达两倍之多。这些结果表明,与休耕冬干管理相比,28年长期植稻淹水,可能导致水稻土氨氧化微生物类群长期处于低O2胁迫,并选择性促进了Comammox Clade A和AOA的生长,高强度施肥则显著促进了AOB生长,而ComammoxClade A和AOA则具有更广的铵态氮底物适应范围。未来应通过稳定性同位素示踪DNA技术,明确水稻土中数量上占优势的Comammox的功能意义及其与AOA和AOB的相对重要性。
- 曹彦强王智慧莫永亮王梅蒋先军
- 关键词：水稻土氨氧化古菌氨氧化细菌
- 稳定性同位素DNA-SIP示踪中性紫色土的氨氧化过程
- 2019年
- 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^(13)C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.
- 刘天琳王智慧闫小娟赵永鹏贾仲君蒋先军
- 关键词：硝化作用休眠群落结构
- 西南地区pH影响紫色土硝化作用机制研究被引量：3
- 2017年
- 硝化作用是一个对pH高度敏感的典型过程,但pH影响土壤硝化作用的机制尚不完全明了。本研究以西南地区3种发育于同一母质的不同pH的紫色土(酸性紫色土pH=5.7,中性紫色土pH=7.3,石灰性紫色土pH=8.0)作为供试材料,研究pH对紫色土硝化强度及氨氧化微生物的长期效应;通过人为添加酸(H_2SO_4)或碱(NaOH)短期改变土壤pH的方法,研究pH对紫色土硝化作用强度、氨氧化微生物活性及丰度的短期效应。结果表明,pH的短期改变对酸性与石灰性紫色土的硝化作用无显著影响(P>0.05),但对中性紫色土的硝化速率影响显著(P<0.05);氨氧化古菌(AOA)的amo A基因在酸性土壤环境中的表达更高(3.04×10~8/g干土,AOA/AOB=31.8),而氨氧化细菌(AOB)则更适应于石灰性紫色土环境(2.35×10~8/g干土,AOA/AOB=0.07)。研究表明,紫色土的硝化作用强度受pH的影响显著,且在不同pH土壤中其作用机制各不相同。硝化微生物群落和活性主导了酸性和石灰性紫色土中的硝化作用,而中性紫色土中的硝化作用则是由底物浓度所主导。研究推测长期稳定的pH是影响硝化微生物群落和活性的关键因素,而pH的短期改变则主要影响硝化反应的底物有效性。
- 孟瑶王智慧罗红燕蒋先军
- 关键词：硝化作用氨氧化古菌氨氧化细菌土壤PH实时荧光定量PCR
- pH对酸性紫色土中硝化作用与硝化微生物的影响被引量：6
- 2017年
- 硝化作用是对pH高度敏感的典型生物学过程.本实验以重庆市永川区pH=3.8的紫色土为研究对象,pH=6.5紫色土为对照,通过室内培养实验研究了土壤硝化动力学过程,并采用荧光实时定量PCR技术对土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)定量.结果显示:pH=3.8的紫色土净硝化速率为0.56mg/(kg·d)(全文均以N质量分数计),而pH=6.5紫色土的净硝化速率是pH=3.8紫色土的12.8倍,为7.14mg/(kg·d).研究同时发现不同pH的紫色土均符合一级动力学方程,动力学拟合参数表明pH高的紫色土具有更高的潜在硝化速率.硝化反应底物NH_3质量分数随土壤pH增加呈数量级增加,经计算pH=6.5紫色土中NH_3质量分数为1.08×10^(-1) mg/kg,是pH=3.8紫色土(2.46×10^(-4) mg/kg)的439倍.土壤中AOB,AOA丰度测定显示,pH=3.8紫色土中AOB,AOA的氨单加氧酶(amoA)基因拷贝数分别为3.23×10~6,7.17×10~6/g干土,而pH=6.5的紫色土中AOB,AOA的amoA基因拷贝数分别为3.58×10~7,1.67×10~8/g干土.虽然结果显示pH=6.5的紫色土中氨氧化微生物丰度明显高于pH=3.8的紫色土,但pH=3.8的紫色土中氨氧化微生物仍有较高的硝化潜力.结论认为,pH主要通过影响硝化底物NH_3质量分数而直接影响紫色土的硝化强度.
- 苏静王智慧李仕伟谢德体蒋先军
- 关键词：实时荧光定量PCRAMOA基因
- 长期不同施肥量对全程氨氧化细菌丰度的影响被引量：15
- 2018年
- 全程氨氧化细菌(Comammox Nitrospira)的发现彻底改变了对传统硝化作用的认知,其在生物地球化学氮循环中可能具有很重要的作用,并为硝化作用研究提供了新的思路,故需要有更多的工作去评估Comammox Nitrospira在不同生态系统中的分布,本试验选取西南大学长期定位试验田的3种不同施肥量的水稻土,分别为对照组(blank control)、常规施肥量(NPK)、高量施肥(1.5NPKS)处理土壤,进行硝化势及硝化微生物尤其是全程氨氧化细菌的测定.结果表明:(1)3种施肥量处理土壤中均检测出较高数量级的Comammox,分支A(Clade A)丰度(以干土计,下同)分别为9.0×107、1.7×108、7.2×108copies·g^(-1),而分支B(Clade B)丰度分别为1.5×107、1.2×107、1.7×107copies·g^(-1).(2)3种施肥土壤中AOA丰度为1.5×107~1.2×108copies·g^(-1),AOB丰度分别为2.0×105~9.3×107copies·g^(-1),均低于Comammox丰度,而不施肥条件下Comammox丰度与AOA、AOB的比值最大,分别为7.2、524.4.(3)Comammox Clade A丰度与Comammox Clade B的比值随施肥量增加而增加,且比值依次为6.1、14.4、43.1.(4)NPK、1.5NPKS两种N肥施用量下全程氨氧化细菌分支A丰度分别为对照组的1.9、8.0倍,氨氧化古菌(AOA)分别是对照组的3.2、7.2倍,氨氧化细菌(AOB)均比对照组显著增加2个数量级;硝化势也随施肥量增加而增大;但不同施肥量对分支B丰度却无显著影响.本试验结果表明Comammox广泛分布于中性紫色水稻土中,在水稻土中丰度均比AOA、AOB高,因此Comammox很有可能在中性紫色水稻土的硝化作用中有一定贡献;水稻土中Comammox以Comammox Clade A为主.
- 王梅王智慧石孝均蒋先军
- 关键词：氮循环硝化作用亚硝酸盐氧化细菌
- 宏基因组技术研究泥岩母质发育的三种不同pH紫色土硝化微生物群落演变规律被引量：2
- 2021年
- 【目的】揭示典型农田旱地紫色土硝化微生物的群落组成及其对pH的响应规律。【方法】针对同一母质发育但pH差异显著的3种紫色土,利用宏基因组技术深度测序研究土壤中硝化微生物丰度和群落,包括氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA),氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB),亚硝酸盐氧化细菌(nitrite-oxidizing bacteria,NOB)和全程氨氧化细菌(complete ammonia oxidizer,Comammox)。【结果】土壤中硝化微生物的丰度占总微生物的2.130%-6.082%。3种紫色土中AOA、AOB和NOB的相对丰度有显著差异:酸性紫色土中AOA的相对丰度显著大于碱性紫色土,而AOB则相反;NOB的相对丰度在中性紫色土中最高。所有土样中均发现了1种全程氨氧化细菌Candidatus Nitrospira inopinata(Ca.N.inopinata),其在中性紫色土中相对丰度最高,占总微生物的0.203%。3种不同pH紫色土中AOA均以Nitrososphaera为主,NOB均以Nitrospira为主;酸性紫色土中AOB以Nitroscoccus为主,而中性和石灰性紫色土中则以Nitrosospira为主。Pearson相关性分析发现,土壤pH和铵态氮是影响硝化微生物丰度最大的两个因子。【结论】Comammox存在于3种不同pH紫色土中,且偏好中性环境;AOA、AOB和NOB群落结构和相对丰度都存在显著差异,结合相关性分析发现土壤pH和铵态氮是导致差异最重要的两个因子。
- 王智慧蒋先军
- 关键词：氨氧化细菌氨氧化古菌亚硝酸盐氧化细菌氮循环
- 紫色土中微生物群落结构及功能特征对土壤pH的差异响应被引量：2
- 2022年
- 为明确紫色土中pH对土壤微生物群落结构和功能的影响,选取3种发育于相同母质但pH不同的紫色旱地土为研究对象,通过宏基因组测序技术来研究不同pH紫色土中微生物群落的结构和功能特征的差异.结果表明,宏基因组测序总共发现89门、222纲、527目、1009科、2769属和14354种.不管是从门还是属分类水平,3种不同pH紫色土的微生物群落结构都有显著差异.RDA结果佐证了3种不同pH紫色土中微生物群落结构差异显著,且测定的土壤性质对微生物群落结构都具有显著的影响,其中土壤pH对微生物群落结构的影响最大(R^(2)=0.9985,P=0.001).然而,对微生物群落功能的研究发现,3种不同pH紫色土中微生物群落的功能代谢过程都主要涉及功能未知、全局和总览、氨基酸代谢、碳水化合物代谢和氨同化过程等.不管是COG/KEGG功能分类数据库还是氮循环功能数据库,3种不同pH紫色土中注释到同一功能途径的微生物相对丰度基本都没有显著差异,说明土壤微生物群落水平的总体功能是相对保守的,不容易受环境因子的影响.
- 王智慧蒋先军
- 关键词：PH紫色土群落结构宏基因组学
- 硝化作用研究的新发现:单步硝化作用与全程氨氧化微生物被引量：19
- 2017年
- 硝化作用是氨被微生物氧化为硝酸盐的过程,分别由氨氧化微生物(AOB和AOA)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)主导完成.一个世纪以来,我们把这个分步硝化过程当成唯一的硝化途径来学习和研究.虽然根据动力学理论推测,环境中应该存在单步硝化作用,即由一种微生物单独完成整个硝化过程,将NH_3氧化为NO_3^-,但一直没有研究能直接证明该种微生物的存在.直到2015年底,3个科研团队分别在不同环境中发现了3种不同的经过纯培养的细菌(Candidatus Nitrospira nitrosa、Candidatus Nitrospira nitrificans和Candidatus Nitrospira inopinata)和一种未经过纯培养的细菌(类Nitrospira),它们都具备单独将氨氧化为硝酸盐的能力,这些微生物被定义为全程氨氧化微生物(Comammox).单步硝化作用和全程氨氧化微生物的发现终结了传承百年的理论,并引发了众多关于全球氮素循环的重要科学问题,如这些微生物在环境中的生态位点及其在硝化作用中的相对贡献等.本文就单步硝化作用及全程氨氧化微生物的发现作了简要概述.
- 董兴水王智慧黄学茹蒋先军
- 关键词：动力学理论氮循环
- 紫色土硝化过程中氨氧化细菌和古菌对温度的响应被引量：2
- 2018年
- 采用室内恒温培养法,探究4℃、15℃、28℃和40℃条件下中性紫色土硝化作用的差异及氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)对不同温度的响应模式。结果表明:28℃条件下硝化作用最强,净硝化率为3.40 mg N kg^(-1) d^(-1),40℃条件下硝化作用较弱,净硝化率为1.52 mg N kg^(-1) d^(-1),15℃条件下硝化作用发生延迟,净硝化率为2.40 mg N kg^(-1) d^(-1),4℃条件下硝化作用被抑制。28℃条件下的硝化动力学过程符合一级动力学模型(R2为0.996),15℃和40℃条件下的硝化动力学过程符合零级动力学模型(R2分别为0.969和0.984),说明15℃和40℃条件下限制硝化作用的因子可能是硝化微生物活性。AOB amoA基因拷贝数在28℃条件下达到最大,而AOA amoA基因拷贝数在40℃条件下达到最大。AOA和AOB amoA基因拷贝数在培养期间的变化表明AOB和AOA可能在中性紫色土硝化作用中共同发挥作用。在培养过程中,AOA与AOB amoA基因拷贝数之比在15℃和28℃条件下,由1 d时的7.38和8.92下降为28 d时的1.51和2.12,呈显著降低趋势(P <0.05);在40℃条件下,AOA与AOB amoA基因拷贝数之比在培养过程中呈先显著升高后降低的趋势(P <0.05)且显著高于4℃、15℃和28℃三个温度条件(P<0.05);而4℃条件下AOB和AOA amoA活性均受到抑制。相比于AOB,AOA可能更适应高温环境。
- 马瑞赵伟烨王智慧罗红燕蒋先军
- 关键词：氮循环硝化作用
