土壤微生物研究方向

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土壤微生物研究方向范文第1篇

关键词： DNA提取 土壤 微生物多样性

土壤是微生物生活的主要场所，蕴含着丰富的微生物资源并表现出高度的多样性，据估计每克土壤中含有4000-7000种近109个细菌细胞，含有几千到上百万种不同的基因组信息。长期以来，对土壤微生物的研究仅限于极少部分可培养的微生物，而这种可培养的微生物还不到自然界微生物总量的1%，实际上绝大多数环境微生物都是不可或很难被培养的，利用传统的培养方法研究土壤微生物多样性，具有很强的偏好性。随着发展起来的宏基因组学利用分子生物学的研究方法绕过培养方法来研究微生物多样性及功能这一局限，为土壤微生物研究开辟了新的道路[1]。而宏基因组学技术在研究土壤微生物方面的关键第一步是提取DNA。

提取高浓度、大片段、多样性程度高、具有代表性的土壤微生物总DNA对土壤微生物多样性研究至关重要。然而，土壤是一个非常复杂的异质体系，其中含有的腐植酸及腐植酸类似物、酚类化合物、重金属离子等，在DNA提取过程中如不能有效去除，将直接影响后续的PCR扩增、核酸杂交、内切酶消化等分子操作[2]。土壤微生物DNA的提取纯化是一个耗时、繁琐的过程，许多学者一直在探索更加快速、高效、低成本的土壤DNA提取方法。下面就近年来已发表的国内外DNA提取相关方面的文献，对DNA提取作了些论述。

一、土壤DNA

土壤中的DNA主要存在于细胞核内，核内DNA占整个细胞DNA量的90%以上，核外DNA主要有线粒体DNA和质粒DNA，因此，土壤DNA提取主要获得的是核内DNA[3]。

二、影响土壤DNA提取的主要因素

影响土壤DNA提取的因素主要有以下几点：1）DNA与土壤环境基质的相互作用。DNA与粘土矿物、高含量有机质等之间的吸附会降低DNA提取产量。2）DNA共提取物。土壤中含有的腐植酸及腐植酸类似物、酚类化合物、重金属离子等对土壤DNA提取存在影响，限制性内切酶活性在共提取的腐植酸浓度为0.8-51.71μg/mL时就受到抑制，且Taq聚合酶对腐植酸具有高抑制敏感性[4]。3）DNA的降解、损失或损伤。土壤样品保存方法不当，会导致微生物细胞降解或DNA降解，如土壤样品储存在4℃下3周，高分子量DNA显著减少[5]；还有DNA提取过程越繁琐或步骤越多，DNA损失就越多，DNA提取过程中的剪切力也会对DNA分子会造成损伤。4）细胞不完全裂解。

三、土壤DNA提取方法

土壤样品的DNA提取，通常包括细胞裂解、细胞碎片的去除和核酸的沉淀与纯化三个步骤。根据微生物细胞是否需要从他们的环境基质中分离出来，可将DNA提取方法分为直接法和间接法，直接法耗时短且具有更好的DNA恢复率，可以获得更好体现样品微生物多样性的代表性DNA，从而直接法得到更为普遍的应用[6]。

已经出现了很多被接纳并广泛使用的土壤DNA提取方法，可以说这些方法被当作了标准。其中，Zhou 等[7]于1996年提出了一种多元组成土壤DNA恢复方法，该研究为应对某一具体的土样提供了指导便于选择适当的DNA提取和纯化方法。有人在此基础上，改进了方案，来提取几种性质不同的土壤样品DNA，并得到了较好的结果[8]。而有些土壤样品来自于极端环境或由于本身特性，提取出满足用于分子分析的DNA比较困难。这时结合使用不同的细胞裂解方法就显得特别重要（常见的细胞裂解方法见表1）。例如引进土壤预洗涤程序用于提取一般有机质（腐植酸）和金属离子含量比较高的森林土样DNA，DNA提取产量和质量可以得到改善[9]。风沙土壤本身微生物数量较低，需要采取特殊的土壤处理方法，以获得足够产量的DNA，张颖等人也报道了一种风沙土壤微生物总DNA提取方法，获得的DNA可直接用于PCR分析[10]。还有，一些极端环境如火山土壤样品DNA提取面临着粘土和其他矿物含量高的难题，Ruth M.Henneberger等[11]尝试了各种提取方法，最终成功地提取到了效果较好的DNA，这都证明了结合使用不同提取处理的重要性。

DNA提取技术除了在土壤样品上的应用外，还有很多其他的环境样品如沉积物、堆肥、植物组织、动物标本、消化物或粪便、骨骼牙齿、化石冰与冻土、碳酸盐岩石、唾液等。另一方面，DNA提取技术的不断发展与成熟也促进了市场上出现了许多各种各样的商业化DNA提取试剂盒。S.M. Dineen等[12]比较了6种商业DNA提取试剂盒用于三种土样细菌孢子的DNA提取，结果表明FastDNA？SPIN kit提取DNA产率最高，而E.Z.N.A.？Soil DNA和PowerSoil？DNA Isolation kits在去除壤土提取物中PCR抑制物方面表现出最高的效率。

以上所诉的大多属于直接法，直接法虽然产量高，但是纯度一般较低，有时需要进一步的纯化，获得的DN段也较小；相对而言，间接法虽然需要另外的特殊处理材料和足够的土壤数量，耗时长，但获得的DNA纯度高、长片段多，且含有更少的真核基因序列，在进行深入的微生物群落测序和克隆构建福斯质粒文库方面，间接法是一个有用的方法[13]。

四、土壤DNA提取方法对土壤微生物多样性分析的偏差影响

已报道的从土壤中提取DNA的方法有很多种，但大多数只适用于有限的土壤类型，这些核酸提取方法也会有复杂的低效性，不可避免地会引进各自的偏差[14]。Jan Dirk van Elsas等[15]比较分析了四种提取方法获得的DNA多样性，发现方法对表观丰度和群落结构有明显的影响，其中，通过两种方法获取土壤DNA得到了一种迄今未描述的放线菌组。为了改善宏基因组方法，研究DNA提取偏差以及提供一些工具便于评价不同组的丰度，Tom O.Delmont等[16]人也设计并开展了实验，他们的工作强调了提取的DNA库与目前无法获取的完整土壤宏基因组之间的不同。

目前，绝大多数土壤微生物基因组总DNA提取时采用的是一次裂解，而一次裂解并不能得到较为完全的土壤宏基因组，因此一般基于提取的DNA分析获得的土壤微生物多样性可称为表观土壤微生物多样性。为了尽量获取完整的土壤样品DNA，Larry M.Feinstein等[17]在评估了一个常用土壤DNA提取试剂盒时，改变了细胞裂解方案，对粘土、砂土和有机质土壤子样品进行多次连续DNA提取，得出大部分DNA能够通过前几次提取获得，并且通过集中三次连续提取，DNA提取的偏差可以得到很大程度降低。同样，郭等的实验结果也证实了这点，土壤DNA的3次连续提取最低回收率占5次连续提取的76%以上，而且与新鲜土壤相比，风干过程显著降低了土壤微生物丰度，但利用风干土壤中微生物丰度的变化趋势反映新鲜土壤中微生物数量变化规律具有一定的可行性，这也为使用风干土壤进行土壤微生物多样性研究提供了一定的依据[18]。

五、讨论与展望

对于同一份土壤样品，不同的DNA提取方法获得的DNA往往具有差异而表现出方法特异性。DNA提取也会有复杂的低效性，土壤宏基因组DNA的不完全提取，土壤中的腐植酸、蛋白质等物质对PCR的抑制，这些都会对土壤微生物多样性造成偏低的评估，提取的土壤DNA质量将直接影响到后续的分子生物学分析的真实性。目前，没有一种DNA提取方法适用于所有类型的土壤样品，在面对一些棘手的土壤样品DNA提取时，可采取一些不同的提取方法。

土壤DNA提取是进行土壤分子生物学分析的关键步骤，也是一个限制步骤。随着PCR芯片和高通量测序技术的不断发展和应用，对大批量土壤样品DNA的快速获取也变得迫切需求。虽然市场上出现的商业DNA提取试剂盒已为土壤DNA的获取提供了不少方便，但在应对较多的土壤样品量，还是需要消耗较多时间来手工操作，缺乏自动高效性。 因此，必须寻求更加高效的DNA提取方法。■

参考文献

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[15] Larry M. Feinstein， Woo Jun Sul and Christopher B. Blackwood. Appl. Environ. Microbiol， 2009，75（16）：5428.

土壤微生物研究方向范文第2篇

关键词：绿肥；玉米；产量

中图分类号：S572 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-03-0085-2

1 材料与方法

1.1 供试材料及方法

试验安排在桐梓县官仓镇红旗村响水组宋泽贵责任地进行，当地海拔800m，地势平坦，交通方便。供试土壤为黄沙泥土，土壤肥沃，土层深厚，质地疏松，其土壤理化性质为：有机质21.5g/kg，全氮1.37g/kg，有效磷23.5mg/kg，速效钾253mg/kg，缓效钾515mg/kg，PH值6.7。参试绿肥品种为箭舌豌豆，玉米品种益玉六号，种子由桐梓县农牧局提供。

试验于2009年10月下旬进行，选择地势平坦，土壤肥力均匀，交通方便的田块，将该田块划分为面积一样的两个小区（即两个处理），其小区面积为100m2（长10m×宽10m），即处理1：净作箭舌豌豆；处理2：闲置区(不种植任何作物)。箭舌豌豆于2009年10月下旬播种，期间田间进行常规管理，来年3月下旬全部翻压还田。待箭舌豌豆全部腐烂后作梗分隔，将两个小区分隔。于4月下旬两小区（处理）分别采用单株定向移栽玉米，玉米移栽规格：行窝距50cm×24cm。田间管理同于常规。试验在箭舌豌豆种植前、箭舌豌豆翻压腐熟后、闲置小区内分别取样测定。

土壤取样方法：随机掘取20×20见方的整段土体，取样刀剥去外层土壤，然后将土壤混合均匀，用灭菌牛皮纸将土带回实验室分析。

1.2 测定指标及方法

土壤有机质含量的测定采用重铬酸钾氧化法（外加热法）；土壤速效磷含量测定采用分光光度计钼酸铵比色法；土壤速效钾含量测定采用火焰光度法。其具体方法参考《土壤农化分析》（鲍士旦主编，中国农业出版社）。

2 结果与分析

2.1 绿肥翻压腐熟后对玉米农艺性状及产量差异分析

表1 绿肥翻压后对玉米农艺性状及产量差异分析

绿肥翻压腐熟后对玉米农艺性状和产量试验结果见表1，可见：从产量方面来看，绿肥翻压腐熟后种植的玉米产量达6637.5kg/hm2，较闲置区种植的玉米增产589.5kg/hm2，增产率9.7%。从玉米农艺性状方面来看，绿肥翻压后种植的玉米，其穗长、穗粗、穗行数、行粒数、裸穗鲜重等农艺性状均较闲置区种植的玉米表现要好，其穗长、穗粗、穗行数、行粒数、裸穗鲜重分别较闲置区玉米增加了2.8cm，0.3cm，2.4cm，3cm，60g，而秃顶长绿肥翻压区玉米较闲置区玉米降低了0.4cm。说明种植绿肥且让绿肥还田既能培肥地力、保护生态环境，又能满足下季作物对时间和空间的需求，满足下季作物对养分的需要，为下季作物获得高产奠定了基础，从而使下季作物玉米植株粗壮，果实饱满，获得丰产。

2.2 绿肥翻压腐熟后对土壤养分含量变化差异分析

绿肥翻压腐熟后对土壤养分含量影响见表2，绿肥翻压区土壤养分含量均得到提高，绿肥翻压区土壤有机质含量、有效磷含量、速效钾含量、全氮含量分别较闲置区土壤有机质含量、有效磷含量、速效钾含量、全氮含量提高了0.63g/kg，2.5mg/kg，9mg/kg，0.07g/kg。原因可能是种植绿肥使土壤中微生物数量大幅度增加，土壤微生物能将土壤中不易被植物吸收利用的有机物质转化为可给态的无机物质，加速土壤中氮磷元素分解，增加土壤有机质含量，提高土壤养分有效性。而土壤缓效钾含量绿肥翻压区较闲置区土壤缓效钾含量降低了10.2mg/kg。说明箭舌豌豆这种绿肥对土壤缓效钾含量影响不明显。

表2 绿肥翻压后对土壤养分含量变化差异分析

3 结论

通过大田试验，研究了绿肥翻压腐熟后种植玉米的产量、农艺性状以及土壤养分含量获得如下结论：

3.1 绿肥翻压后种植的玉米其农艺性状及产量都较闲置区种植的水稻要好

绿肥翻压后种植的玉米产量达6637.5kg/hm2，较闲置区种植的玉米增产589.5kg/hm2，增产率9.7%。绿肥翻压后种植的玉米，其穗长、穗粗、穗行数、行粒数、裸穗鲜重等农艺性状均较闲置区种植的玉米表现要好。

3.2 绿肥翻压后土壤养分含量均较闲置区土壤养分含量要高

原因可能是种植绿肥使土壤中微生物数量大幅度增加，土壤微生物能将土壤中不易被植物吸收利用的有机物质转化为可给态的无机物质，加速土壤中氮、磷元素分解，增加土壤有机质含量，提高土壤养分有效性，从而使土壤中养分资源得到高效利用，并为下季作物对养分需求奠定基础。

参考文献

[1] 何开祥,货晓芳,刘玉.不同绿肥聚拢种植玉米研究[J].农技服务,2008,25(8):38-39.

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[3] 陈玉鲜.绿肥在土壤中转化的研究[J].土壤肥料,2006,

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[4] 梁永成,包兴国.小麦玉米带田麦带内套种绿肥试验[J].甘肃农业科技,1996,(7):33-34.

土壤微生物研究方向范文第3篇

[关键词] 杭白芍；根际；变性凝胶梯度电泳；微生物多样性；高效液相色谱；芍药苷

[收稿日期] 2013-12-13

[基金项目] 中国博士后科学基金项目（2013M531484）；浙江省博士后科研项目（BSH1301033）；浙江省高校中青年学科带头人学术攀登项目（pd2013215）

[通信作者] 袁小凤，博士，副教授，主要研究方向为药用植物学，Tel：（0571）86633051，E-mail：

白芍为毛茛科芍药属植物芍药Paeonia lactiflora的干燥根，在中国有悠久的栽培历史，驰名中外，其根并入药，能养血调经，敛阴止汗，柔肝止痛，平抑肝阳。临床用于血虚萎黄，月经不调，自汗，盗汗，肋痛，腹痛，四肢挛痛，头痛眩晕。主产浙江、安徽、四川等地。此外，山东、贵州、湖南、湖北、甘肃、陕西、河南、云南等地亦产。浙江产杭白芍的品质最佳，居全国芍药之首，是著名的道地药材“浙八味”之一。杭白芍为多年生草本，其生长周期4～6年，生产实践中以4年收获白芍根最为常见，药典规定白芍饮片含芍药苷（C23H28011）不得少于1.2%[1]。目前，在我国耕地面积降低以及后备耕地资源不足的情况下，为提高耕地利用率，有必要研究1～4年的杭白芍其药效成分的累积动态及中药品质，了解生长年限对杭白芍品质的影响，探索采收种植4年杭白芍的合理性。

研究表明，道地药材是一个与生态环境、遗传密切相关的开放的复杂系统[2]。道地药材的道地性与产地的气候、土壤理化条件等环境生态方面关系密切[3]。其中，土壤微生物是土壤生态系统的核心，它们直接或间接参与了土壤中几乎所有的物理、化学和生物学反应，对土壤肥力及植物生长代谢非常重要，对道地药材内在成分的质量影响最大[4]。目前有关杭白芍的研究主要集中在药效、栽培和加工等方面，对于白芍的土壤微生物等关注不多，而了解其微生态环境对杭白芍生长的作用，以及杭白芍的生长年限反过来对微生态环境的影响，有助于阐明杭白芍道地性形成的微生态作用机制。因此，作者栽培并收集了1～4年杭白芍的根，同时收集其根际土壤，利用HPLC检测根中芍药苷含量，利用PCR-DGGE检测土壤菌群多样性，分析杭白芍根际土壤微生态与杭白芍品质的关系，为探索中药道地性与环境生态的相关性提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 实验设计和样品采集 野外栽培实验设在规范栽培基地磐安，实验分4组：2011年栽培的杭白芍（一年生）；2010年栽培的杭白芍（二年生）；2009年栽培的杭白芍（三年生）；2008年栽培的杭白芍（四年生）。实验地设在同一块地，土壤类型完全相同，每一组1 m×5 m，相邻而种，整个实验过程设专人管理。2011年的7月12日晴天下午14：00左右采样，用五点取样法分别采集一至四年生杭白芍根及其根际土壤[5]。采样时，刨去表层土壤，将白芍整个植株挖出，轻轻抖掉根系上的大块土壤，收集仍旧黏附于根部的土壤颗粒，每组大概随机采集10株左右，所收集的土壤混匀，过20目筛，以去除动植物残体和石块，此为根际土。将混合的根际土装入50 mL无菌离心管，每组3管，放入冰盒，速带回实验室，保存于-20 ℃冰箱中，用于菌群多样性检测。同时采集50 g左右的根际土装入无菌袋中，这部分土样将自然风干，用于土壤理化性质检测。非根际土为对照土，是指与根际土相对应的土壤，采自与植物杭白芍根际有一定距离的同一地块中，采集后现场处理方法同根际土。此外，采挖芍药根，除去根茎及须根，洗净，刮去粗皮，入沸水中略煮，使芍根发软，捞出晒干、切片、打粉后待用[1]。每个样品3个重复。

1.2 土壤pH、有机质及酶活的检测 采用电极法[6]测土壤pH，低温外热重铬酸钾氧化-比色法[7]测土壤有机质，苯酚-次氯酸钠比色法[8]测土壤脲酶活性，磷酸苯二钠比色法[8]测定土壤磷酸酶活性。

1.3 土壤总基因组DNA提取及PCR扩增 称取1.0 g土壤样品进行总基因组DNA的提取，具体的提取步骤按照UltraCleanTM土壤DNA提取试剂盒说明书进行，提取完成后用1%的凝胶电泳进行检测，将获得的DNA放置-20 ℃冰箱保存。将提取的土壤DNA作为模板，使用Eppendorf的PCR system 2700型基因扩增仪，采用细菌通用引物对F357和R518（F357： 5′-CCTACGGGAGGCAGCAG-3′；R518： 5′-ATTACCGCGGCTGCTGG-3′），同时，在上游引物F357前加了GC夹CGCCCGCCGCCGCCCCGCGCCCGGCCCGCCGCCCCCGCCC[9]，以提高变性凝胶梯度电泳DGGE的分离效果。

PCR反应体系50 μL包括20～50 ng的DNA模板，25 pmol引物，100 μmol・L-1 dNTPs，2.5 μL的二甲基亚砜（DMSO）以及5 U的Taq DNA聚合酶。采用Touchdown-PCR策略：94 ℃预变性4 min，前20个循环，94 ℃变性45 s，65 ℃退火75 s（每个循环下降0.5 ℃），72 ℃延伸1 min；后10个循环为94 ℃变性45 s，55 ℃退火75 s，72 ℃延伸1 min，最后再72 ℃延伸5 min。PCR扩增产物用1%琼脂糖凝胶电泳检测，将PCR产物进行纯化（Axygen DNA分离纯化试剂盒，美国），-20 ℃冰箱保存。

1.4 DGGE及测序 利用DGGE（BioRad，美国）分离PCR产物。制备变性梯度胶，使其变性梯度为30%～60%，电泳缓冲液为1×TAE。DGGE电泳条件为：电压160 V，温度60 ℃，时间6.5 h。电泳结束后，SYBR-green I染色30 min，将染色后的DGGE胶用凝胶成像系统Gel Doc 2000（BioRad，美国）拍照保存，用于多样性分析。DGGE电泳之后，选择相对比较清晰的条带进行割胶回收，用F357/R518引物进行PCR扩增，纯化PCR产物。分子克隆选用pMD18-T载体，宿主为Escherich coli DH 5α（Takara，日本）。将质粒送检测序（Invitrogen，上海），运用Blastn程序将所测序列与GenBank进行同源比对（http：//ncbi.nlm.nih.gov/blast），并在RDP Ⅱ数据库中（http：//rdp.cme.msu.edu）对序列进行种属鉴定。

1.5 芍药苷含量的检测 根据《中国药典》2010年版规定，利用高效液相色谱法检测杭白芍根部芍药苷的含量[1]。以十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂；以乙腈-0.1%磷酸溶液（14∶86）为流动相；检测波长230 nm。理论板数按芍药苷峰计算应不低于2 000。取芍药苷对照品适量，精密称定，加甲醇制成60 mg・L-1芍药苷溶液，即得对照品溶液。取本品中粉末0.l g，精密称定，置50 mL量瓶中，加稀乙醇，即为供试品溶液。将供试品利用HPLC进行芍药苷含量的检测。

1.6 数据分析及处理 利用软件Quantity One 4.4（Bio-Rad，美国）分析DGGE图谱。根据DGGE胶条带的位置和强度计算Shannon指数[10]。数据采用SPSS 16.0统计软件作Pearson相关性分析和主成分分析。实验数据用±s（STDEV）表示，方差分析认为，P

2 结果与分析

2.1 不同生长年限土壤的部分理化性质差异 检测发现土壤呈酸性，非根际土pH达3.86，而种植杭白芍能显著降低土壤酸度，并且随着栽培年份的增加，pH逐渐上升，酸度逐渐下降，二年生和三年生的pH无显著性差异。随栽培年份增加，根际土壤的有机质基本呈逐渐下降的趋势，但不同组间无显著性差异。脲酶和磷酸酶活性均呈现出先降后升高的趋势，但只有磷酸酶活性呈现出组间的显著性差异，见表1。总之，随着杭白芍的生长，到第4年杭白芍收获时，土壤pH、酶活均达到最高水平，而有机质则为最低。此外，与非根际土相比，根际土壤的pH、有机质含量以及酶活性差异非常明显，体现了杭白芍的根际效应。这些均说明杭白芍的生长会影响土壤的理化性质，而这种影响必定与根泌物相关，从而使土壤性质呈现一定的动态变化。

2.2 不同生长年限土壤细菌多样性 对不同生长年限杭白芍根际和非根际土进行细菌多样性分析，见图1。从DGGE图谱可看出，一至四年生的杭白芍根际土中有不少为共有条带。与非根际土相比，根际土的DGGE条带显示出明显的差异，表明杭白芍的根能吸引一些细菌的生长和聚集，即杭白芍在土壤菌群的组成上可能起主要的决定作用。比较不同年限的根际土发现，一至四年生的杭白芍根际大部分都是共有条带，其差异主要体现在条带的亮度，进行重复实验，其结果相同，这表明栽培年限对杭白芍根部的细菌群落影响不大，进一步证明其土壤根际菌群的组成主要受到杭白芍物种的影响。

衡量物种多样性的方法有许多，本文采用Shannon-Weiner指数[10-11]。结果表明，不同生长年限的杭白芍根际土之间的Shannon指数有差异，排序为三年生（3.61）>四年生（3.59）>二年生（3.39）>一年生（3.38），可以看出，随着杭白芍生长年限的延长，根际土壤的细菌多样性整体呈上升趋势。此外，与非根际土相比，杭白芍根际土的多样性指数显著高于非根际土，说明杭白芍的生长促使在细菌在根部富集，体现出明显的根际效应。

为进一步了解杭白芍土壤菌群结构，将DGGE图谱中比较清晰的条带进行割胶回收（图1），共回收了21条带，进行分子克隆后测序，在NCBI和RDP数据库中比对，结果见表2。测序结果表明，21个克隆全部为未培养菌，条带长度在168～194 bp，主要隶属于γ变形菌Gammaproteobacteria（5条带，24%），α变形菌Alphaproteobacteria（3条带，14%），放线菌Actinobacteria（4条带，19%），酸杆菌Acidobacteria（2条带，10%），厚壁菌门Firmicute（2条带，10%）以及未知菌（5条带，23%），说明杭白芍的根际土壤中的优势细菌为γ变形菌、α变形菌、放线菌、酸杆菌以及厚壁菌。从图1可以看出，S6（uncultured Actinobacterium clone E1B-B3-114，放线菌），S8（uncultured Bacterium clone mus-c48，酸杆菌Gp1），S9（uncultured Bacterium clone 106.52，α变形菌），S10（uncultured Alphaproteobacterium clone 3OL8，α变形菌），S11（uncultured bacterium RNA B1001R002_G23，酸杆菌Gp1），S15（uncultured Bacterium RNA，未知菌）是根际土的特有条带，说明杭白芍根际特有菌主要为α变形菌，酸杆菌Gp1和放线菌。S1，S2，S5，S7条带在非根际土特有，而且非常亮，经比对发现除S2为未知菌外，其余均为γ变形菌，说明γ变形菌为非根际土中的优势菌群。

2.3 不同生长年限杭白芍的芍药苷累积动态 按照药典[1]规定，从实验基地采回杭白芍根后，洗净，除去头尾和细根，置沸水中煮后除去外皮、生晒、切片、打粉后备用。从不同栽培年份的杭白芍的新鲜根可以非常明显看到侧根的生成以及次生生长。随着杭白芍的生长，根系越来越发达，根的次生生长导致木质化比例增加，周皮的颜色加深，主根越来越粗，而侧根也越来越多。与一至三年生的杭白芍相比，四年生的根的生物量显著增加，因此可以说，产量因素是选择四年生杭白芍入药的原因之一。将采来的样本处理好后，利用高效液相色谱法对不同生长年限杭白芍的芍药苷含量进行了测定，见图2。随着生长年限的延长，芍药苷的含量逐渐上升，其中一年生的含量最低，质量分数为3.26%，四年生的芍药苷含量最高，质量分数达3.41%，但不同年份含量的统计性差异未达到显著水平。由于一至四年生的杭白芍的芍药苷含量均远远超过国家标准，说明生长年限对芍药苷的含量的影响不大，应该不是选择四年生杭白芍入药的主要原因，之所以选择四年生杭白芍入药其主要因素应该是产量而不是芍药苷的含量。综合外观性状质量、产量以及指标成分含量分析，栽培杭白芍以四年生最为适宜。

2.4 土壤性质与芍药苷含量的相关性分析 为了探索土壤对杭白芍生长的影响，对不同年限杭白芍根际土壤的pH、有机质、酶活以及土壤细菌多样性、芍药苷含量的相关性进行了分析（Spearman，1-tailed），结果见表3。pH与有机质呈极显著负相关，磷酸酶和脲酶活性呈显著正相关，芍药苷含量与土壤pH、细菌多样性呈显著正相关，与有机质呈显著负相关。以上关系表明，芍药苷的累积与土壤pH、有机质和细菌多样性密切相关。

3 讨论

pH对土壤微生物群落有着复杂的作用，它可以通过影响营养吸收及根外细胞酶的分泌，进而影响土壤微生物的生长，一般来说，弱碱性适合细菌和放线菌的生长，酸性适合真菌的生长[12]。土壤pH与栽培方式和种植年限密切相关，刘建霞等分析种植年限与黄瓜温室土壤理化性质变化规律的关系发现，土壤pH随种植年限的延长显著降低[13]。许多研究均发现在持续一定年限后，设施栽培普遍出现土壤酸化和盐渍化等现象[14]，在一些不适合连作的作物中表现尤为明显，与本研究结果正好相反。分析认为，这可能跟作物是否适合连作有关。不适合连作的植物多为一年生草本，而杭白芍为多年生半灌木，需连续种植4～5年才采收，这种栽培模式不同于连作，杭白芍在生长过程中与土壤的互作可能与其他易产生连作障碍的作物不同，其根泌物的成分可能会导致pH上升而不是下降，当然杭白芍根泌物的成分还有待下一步实验证明。同时，随着杭白芍的栽培年限延长，细菌多样性也明显上升，该结果与连作障碍的作物也不同[15-16]。事实上，不同作物连作对土壤微生物的影响特性是不同的[17]，而作物连作对土壤生态系统中微生物的这种不同影响，可能也是有的作物不能连作，而有的作物能够连作的原因之一[18]。

酸杆菌广泛存在于自然界，在许多生态系统中发挥重要作用，主要分为8个类群Gp1-8，大多为嗜酸菌，目前对它们的了解还很少[19]。其中，Gp1类群对土壤pH非常敏感，当土壤pH6.5时在土壤中几乎检测不到[20]。研究发现，杭白芍的根际土壤pH均

在植物生长过程中，根系作为植物和土壤的接触部分，在从土壤中吸收水分、养分的同时，通过根分泌的方式向根周围释放出各种化合物，产生根际效应，进而调控或影响植株的生长发育[23]。土壤微生物在植物根际的定殖及分布也会受到根系生长发育、环境条件等因素的影响而表现出较为明显的根际效应，并且根际微生物在调节根际微生态系统的动态平衡、提高药材对环境的适应性等方面起着非常重要的生态效应[24-25]。根系分泌物是植物根系与根际微生物相互作用的信息物质和决定因素[26]，由于根根际效应往往导致根际及根表面的微生物种群密度和种类要明显高于非根际土[27-29]。杭白芍也不例外，其根际土壤pH、有机质含量、酶活性以及细菌多样性明显高于非根际土，体现出典型的根际效应，这与杭白芍根际向环境中释放有机化合物有关。

HPLC检测结果表明，一年生的杭白芍其芍药苷质量分数已达3.26%，符合药典规定，也就是说从药效成分的含量方面来看，一年生的根就可入药，但生产实践中，一般要4年以后才采收，究其原因，可能主要跟产量和效益有关。杭白芍为多年生亚灌木，一年生的根部与4年的根相比，由于根的次生生长导致地下部粗厚的程度和产量大大增加。此外，相关性分析表明，芍药苷的累积与土壤pH、有机质和细菌多样性关系密切，研究发现在道地产区磐安杭白芍的芍药苷含量相当高，初步证明杭白芍的道地性与磐安土壤微生态环境密切相关。在下一步的实验中，将研究杭白芍的根分泌物的组成以及非道地产区与道地产区的杭白芍对比，进一步探索杭白芍道地性形成的微生态作用机制。

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Effects of growth years of Paeonia lactiflora on bacterial community in

rhizosphere soil and paeoniflorin content

YUAN Xiao-feng， PENG San-mei， WANG Bo-lin， DING Zhi-shan

（College of Life Science， Zhejiang Chinese Medical University， Hangzhou 310053， China）

[Abstract] To explore the relationship between microecological environment and Paeonia lactiflora， the effects of growth years of P. lactiflora on rhizosphere bacterial communities were studied by PCR-DGGE and the paeoniflorin content determined by HPLC. Results showed that the soil pH increased with growing years of P. lactiflora. In the fourth year， soil pH and enzyme activity reached the highest level， while organic matter content was the lowest. The bacterial diversity had a positive correlation with growing years varied from 3.38 to 3.61. Sequencing results demonstrated that Gammaproteobacteria， Alphaproteobacteria， Actinobacteria， Acidobacteria and Firmicutes were predominant bacteria kinds in the soil of P. lactiflora. Gammaproteobacteria was only detected in the bulk soil， while Alphaproteobacteria， Acidobacteria_Gp1， Actinobacteria were only in the rhizosphere soil and the bacterial community among different growing years were similar except few species. HLPC results showed that paeoniflorin content was 3.26%， 3.30%， 3.36%， 3.41% separately from one to four-year-old P. lactiflora with an upward trend. The correlation analysis indicated that the paeoniflorin content had a positive correlation with soil pH and bacterial diversity， conversely， had a negative correlation with organic matter content. During the growth years the rhizosphere bacterial diversity increased without changes of predominant bacteria and the paeoniflorin content increased without significant differences while its production increased significantly， which was different from the plants showing replanting diseases. This is in line with the farming practice choosing 4-year-old P. lactiflora， but not the 1-3 year old one. In addition， the accumulation of paeoniflorin is closely related to soil pH， organic matter content and bacteria diversity， confirming that the geoherblism of P. lactiflora is closely related with microbial environment in the soil.

土壤微生物研究方向范文第4篇

关键词：微生物学；实验教学；改革

随着现代生命科学的迅猛发展，对生物学专业学生的需求在日益增加。与之相适应，许多高等院校都相继设立了生物技术、生物工程、生物制药等相关专业。微生物学是生命科学中各专业重要的专业基础课。如何进行微生物学实验课教学改革，是广大微生物学教育工作者面临的新课题。

由于微生物学内容丰富，涉及面广，实践性强，传统的实验课程教学体系已远远不能满足学生今后的发展。在微生物实验教学中，我们发现虽然在详细讲解后进行操作演示，但学生对标准的操作要领并不能很快掌握，以至于在实验过程中还是犯同样的习惯性错误。学生不能很好的掌握实验过程中的具体和关键性的标准操作，不能很好的锻炼学生的动手能力和创新能力的培养。因此，加大实验教学力度，强化实践教学环节等方面的改革势在必行。实验教学课件可以实现实验过程中的一些细节表现。学生可以根据自己的情况有选择的学习或对难点、重点反复的观看和学习。课件操作方便，使用多媒体技术即可自动演示实验过程，可以加强学生对实验操作的认识和思考，提高实验教学的质量。调整和增加新的实验项目将一些独立的知识点贯穿起来，既能增加学生的学习效率，又利于对大学生综合素质的培养与提高，激发学生的学习兴趣。

一、扩充和改进微生物实验项目，调整验证性和综合性实验项目的比例

为了培养学生的综合实验能力和学生的创新能力，体现微生物学实验改革的科学性和实用性，经过多年的摸索和实践对已有实验项目进行了调整和改进。新增加实验项目2项：菌群生长动力学实验和抗生素抗菌谱及抗生菌的抗药性测定；调整实验项目2个：① 实验室环境和人体表面微生物的检查。该部分是将“实验室环境及人体表面微生物的检查”这一实验（6学时）进行延伸。调整后的内容是以该实验为主线，在达到上述目的的基础上，再加上细菌的划线分离、纯培养及菌种保藏等内容，从而让学生较系统的学习培养基制备、高压灭菌、无菌操作技术，细菌培养、划线分离、纯培养技术、通过菌落特征对细菌进行简单分类以及菌种的保藏等知识和技能训练。另外，以该实验为例子，给学生灌输从环境中筛选菌种的方法步骤等。通过本部分的学习，学生能够基本掌握微生物相关操作，建立无菌操作概念，了解菌种的筛选分离等基本知识，为以后的实验准备工作和研究型教学奠定基础。② 将原来的“土壤微生物的分离和纯化（8学时）”改为“土壤微生物的分离纯化和鉴定（不限学时）”。调整后该部分内容是让学生以小组为单位对感兴趣的课题进行文献调研、实验设计、实验操作，筛选出自己感兴趣的菌株并进行鉴定（包括分离株的菌落特征、菌种的形态、大小、染色特性、生理生化特性等，再结合伯杰氏手册进行鉴定）和一定的应用研究（如特殊降解性能），最后以科技论文的形式提交实验报告，以及进一步延伸作为自己的学士学位论文选题研究。在实验过程中，开放实验室，学生可以充分利用课余时间，根据需要安排时间。

针对微生物实验在内容上的调整，我们设计了新的实验教学结构层次。将实验重组为基础、专业、研究性三个教学层次，各层次均由指导、自主、综合、设计等由易到难、循序渐进、不同要求的实验组成；以课程、课外，必做、选做，开放等多种形式开设；开放性实验是在教师的指导下，学生独立设计，独立准备和操作，从材料的准备到实验结束的全过程，都由学生独立完成，完成较为完整和系统的实验课题，使学生品尝自己的研究成果。

二、标准化实验操作光盘和实验教学课件的制作

为满足微生物学实验课教学的需要，丰富教学手段，课程组组织以实验操作经验丰富的教师为主，录制了一套标准化实验操作光盘，制作成教学课件（尤其是操作较为复杂，结果不易观察的实验，如：酵母菌的形态观察、死活细胞的鉴别）。将实验原理、实验目的、实验器材、操作步骤、注意事项以及一些微生物形态与结构以试听形式展现给学生，这不仅增强了实验操作演示的生动性，增加了教学的直观性，而且还使学生能很快掌握操作要领，加强了记忆，从而提高了实验教学水平。

三、改进实验教学的考核评价体系

传统的实验考核的方式主要以实验报告为主，针对这样的考核方式，学生常出现相互之间抄袭，作业敷衍的现象，既不能反映学生实验的真实水平，考核指标也比较单一。针对这些问题，结合实验教学的改革实际，我们重新制订了实践教学评价标准。首先加大了实验成绩在该课程总成绩的中比例，由原来的10%提高到20%；成绩构成包括理论水平、实际操作技能和实验报告三部分，将开放性实验设计方案纳入评分范围，实验进行过程中记录平时成绩，对实验结果不做硬性要求，但可作为评分参考。

四、总结

实验课大多为理论课的附属课程，实验成绩往往作为理论课成绩的参考或以很低的比例计入理论课成绩，在一定程度上造成了学生轻视实验学习和实验能力的培养。微生物实验课是生命科学所有本科专业的必修基础课，每年有几百名学生进入实验室学习，对实验项目的的调整可使众多学生受益。目前调整的实验项目和教学课件已经用于实验教学，效果很好。与以前相比，学生能够更好地掌握微生物最基本的操作技能，了解微生物学的基本知识，加深对微生物知识的理解；学生的学习兴趣、创造性、积极性都被充分挖掘、调动起来，能够主动地去了解日常生活中的微生物与我们人类的关系，并且养成了良好的学习习惯，为今后的学习打下了坚实的基础；学生能够与别人很好的协调与合作，培养了他们的团队精神。总之，通过项目调整提高了实验教学质量，培养了学生的综合素质。今后我们还将继续进行改进，以期获得最佳的教学模式，推动实验教学的改革进程，使实验课教学真正能够达到应有的效果。

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土壤微生物研究方向范文第5篇

关键词：土壤呼吸；碳、氮循环；陆地生态系统

中图分类号：S 15文献标识码：A文章编号：10095500（2013）06008707

在过去的一个世纪里，化石燃料的燃烧和人工施肥的增加使得陆地生态系统的氮素添加增加了3～5倍[1]，而且在全球的很多区域这种氮素添加还会增强。因氮素添加模型的研究结果表明本世纪末大气氮沉降将会是现在的2.5倍。这种氮沉降对陆地生态系统有着不同的作用，例如低浓度的大气氮沉降能够刺激植物的生长和固碳能力[2-4]；高浓度的氮沉降会导致生物多样性的降低，土壤酸化以及养分的流失[5，6]。

碳、氮循环作为生物地球化学循环和能量流动的重要基础过程，紧密相连。陆地生态系统碳循环在全球碳收支中占有重要的地位，大约吸收了30%人为排放的碳，是最为有效的自然碳汇[7]。研究陆地碳循环机制及其对全球变化的响应是预测大气CO2 含量及气候变化的重要基础。人类活动导致生态系统中氮含量增加[1]，影响土壤和植物体中碳的积累与重新分配，对陆地生态系统不同碳过程产生不同的影响。

土壤是陆地生态系统中最大的有机碳库，拥有比植被和大气更多的碳，土壤中碳的微弱变化都会引起大气中碳的巨大变化，影响陆地生态系统碳循环和大气中的碳浓度，并因此对全球的气候变化产生深远影响[7]。土壤呼吸把植被通过光合作用所固定的碳的14返还到大气中，是土壤、大气、植被中碳交换的重要过程，对陆地生态系统碳循环有巨大的作用[7]。此外，土壤呼吸也是土壤中有机碳周转的一个重要体现，然而对于氮沉降或人为施肥对土壤呼吸的影响一直没有确定的结论。一种观点认为全球碳循环中所存在的失去的碳库可能就是由于这种增强的氮沉降对生态系统固定碳的正反馈作用从而降低土壤呼吸；而另一种观点认为大气氮沉降会促进土壤中的碳分解从而加速土壤呼吸 。通过整合分析了近年陆地生态系统（森林生态系统、草地生态系统和农田生态系统）土壤呼吸对氮素添加的响应结果，并对未来的研究做了展望。

1氮素添加对土壤CO2呼吸的影响

土壤呼吸是生物圈碳循环的重要组成部分，土壤CO2呼吸大约占到土壤呼吸的34，是地下碳循环的重要体现。土壤呼吸是根呼吸、土壤动物呼吸、土壤微生物降解和土壤有机质分解产生CO2的生态学过程，可分为异养呼吸和自养呼吸。从森林生态系统、草地生态系统和农田生态系统分别讨论氮素添加对土壤呼吸的影响。

1.1森林生态系统

森林生态系统是陆地最大碳储存库，所拥有的碳占全球植物碳库的86%，占全球土壤碳库的73%。氮素添加对不同森林生态系统的土壤呼吸有着不同的影响。首先氮施加促进了森林生态系统土壤呼吸，例如对哈佛森林的氮施加试验得到氮素添加增加了土壤呼吸[8]；对我国华西雨屏区苦竹林进行不同浓度的氮施加试验都促进了土壤呼吸，并且在一定浓度范围内随施加氮浓度的增加，其促进作用也在增强[9]；对加拿大坎贝尔河西南部58年生的花旗松林施氮肥后，在施肥后的最初4个月显著的增加了土壤呼吸，对土壤的异养呼吸也有增加[10]。其次氮施加也会抑制森林生态系统的土壤呼吸，例如对森林生态系统长达6年的CO2通量的监测得出，无机氮的施入降低了土壤呼吸[11]；对枫树林模拟大气氮沉降，除了施氮后的第1年外，施氮都显著的降低了土壤呼吸[12]；对哈佛森林中的红松林进行长期不同浓度的氮施加降低了土壤呼吸和微生物呼吸[13]；对热带森林生态系统每年施氮肥150 kghm2，试验进行了3年，显著增加了土壤CO2通量，但实验室的培养却得到了相反的结果[14]；对我国东北地区落叶松和水曲柳人工林的氮施加试验也抑制了土壤呼吸[15]。但是也有一些研究结果得出氮施加对森林生态系统土壤呼吸没有影响。近期的整合结果表明：无论是间歇式高浓度的氮施加或是长期的低浓度的氮施加都会引起森林土壤呼吸尤其是土壤异养呼吸的降低，对于不受氮素限制的森林生态系统，这种负作用会更强[16]。

1.2草地生态系统

草地生态系统占陆地生态系统的13，在碳、氮循环中有重要的地位。氮是大多数草地生态系统中的限制性因子，因此，氮素添加会强烈影响到草地生态系统的土壤呼吸。研究报道，对高寒草地的施肥试验得出氮素添加增加了土壤呼吸[17]；对温带草地进行施肥试验处理后也得到相似的结果，适度的氮素添加增加了土壤呼吸，尤其是土壤异养呼吸[18]；对东北湿地草地生态系统的氮素添加研究表明，氮素添加通过增加凋落物的分解速率而增加土壤呼吸[19]；对内蒙古温带草地进行不同浓度的施肥得出，施肥没有改变土壤呼吸的季节变化规律，但却在施肥后的第1年促进了土壤呼吸，同时施肥也改变了土壤呼吸和不同气候要素之间的关系，比如增加了土壤呼吸对水分的依赖性，降低了土壤呼吸温度敏感系数[20]，相关的研究还表明，对内蒙古高原的荒漠化草原的施肥作用没有明显的增加土壤呼吸[21]。

1.3农田生态系统

农业生态系统中的碳库是全球碳库中最活跃的部分之一，农业生产对土壤呼吸的影响巨大。自20世纪90 年代以来世界各地十分关注农田土壤碳库变化。 由于农田系统操作的复杂性和受人为因素干扰较多等原因，目前，关于氮素添加对农田生态系统的土壤呼吸的研究并不多。研究结果报道，美国爱荷华州玉米和大豆轮作土地进行4种不同浓度的施肥处理后得到，在种植玉米的时期施肥降低了土壤CO2的排放，在种大豆期施肥对土壤呼吸没有影响，但实验室的培养结果得到氮素添加明显地降低了土壤CO2排放[22]；对中国河南玉米地进行不同浓度的氮施肥试验得出，氮素添加降低了土壤呼吸，而土壤呼吸在不同浓度间的差异只有在拔节期才达到显著水平[23]，相关的研究还表明，施加氮肥导致玉米根际呼吸温度敏感性明显增强，而土壤基础呼吸的温度敏感性则无明显变化[24]，室内相关的实验还证明土壤施氮不仅影响土壤呼吸速率和呼吸量，也影响土壤呼吸在各生长阶段的分配，还影响到土壤呼吸与温度的关系[25]。总之，由于农田生态系统的复杂性，关于氮素添加对土壤呼吸的影响以及其机理还没有一致的结果。

2对土壤呼吸影响的潜在机制

土壤呼吸是生态系统的生物、化学与物理因素共同作用的结果，不仅受土壤内部各因素（温度、水分、pH、孔隙度等）的影响，更受生物量、凋落物等外部因素的影响。笔者讨论了生态系统的地上地下生物量、凋落物、微生物对外界氮素添加的响应及其对土壤呼吸的影响（图1）。

2.1地上、地下生物量的变化

植物地上地下生物量的变化不仅是植物对外界环境的响应，更能影响到物质在生态系统中的循环，改变碳在不同生态系统中的分配，生物量的变化体现了生态系统所固定的碳，影响到土壤呼吸。氮素添加总体上增加了地上生物量和地下生物量，但相比之下这种增加对地上生物量的分配大于对地下生物量的分配。一方面，氮素添加导致土壤中可利用性氮增加，减少了植株对碳的吸收，这意味着碳的分配会发生转变，即更多的碳会分配到地上植被组织中；研究表明碳向地下分配的减少对根际土壤呼吸以及土壤CO2通量都有负作用[26]；土壤可利用性氮的降低会降低土壤呼吸速率，增加土壤中碳的累积[27]；细根尤其是菌根能够分泌出大量的可溶性有机物质，这些物质是腐生生物的碳源和能源，促进了腐生生物对土壤有机物质的分解[28]，氮素添加引起碳向地下分配的减少，阻碍了土壤中有机物质的分解，从而抑制了土壤呼吸。

研究报道，氮添加促进了植物组织的周转，如叶和细根就更能优先利用氮，氮添加导致的细根生长和周转的加速会对因氮施加而导致的碳向地下分配的减少形成负作用[29]；对湿地生态系统的氮素添加增加了植被生产力，改善了凋落物，使其易于被分解，因此也就增加了土壤呼吸的底物从而增加了土壤呼吸[30]；模型的结果得出，氮施肥促进了细根的周转，这也会导致碳向地下分配的增加，氮的增加刺激了碳向地下的分配，从而加速了土壤呼吸，至少会在施肥后的最初几个月会是这样[10]。

2.2凋落物

凋落物的分解不仅是陆地生态系统中营养物质循环的关键过程，更是全球碳循环的关键组成部分，Raich等[31]估计凋落物的矿化对土壤总碳通量的贡献大约为70%，因此，凋落物分解的变化在地方、区域以及全球尺度上都能影响到土壤呼吸甚至碳循环过程。

氮施加引起的土壤呼吸的变化通过凋落物的分解方式和速率得到解释。氮素添加会改变凋落物的碳、氮含量，一方面对湿地生态系统的氮施加增加了凋落物中氮含量，从而降低了凋落物中的碳氮比，加速了凋落物的分解[19]，其他对湿地生态系统的相关研究也得到了类似的结果[32]；另一方面也有研究发现，凋落物中氮含量在氮施加试验中并没有增加，是由于活性氮的增加促进了植物的生长从而降低了枯萎组织中氮的含量[33]，Aerts等[34]也发现氮素添加对凋落物的分解有负作用。凋落物中氮含量的增加会促进凋落物的分解，也有研究表明，向低氮含量的凋落物中增加氮并没有加速它的分解[35]。即氮施加能够加速那些产生容易被分解的凋落物的降解，抑制那些不易被分解的凋落物的分解[16]；即氮施加能够对木质素含量较低的凋落物的分解起促进作用[36]。

此外，不同的施氮浓度也会对凋落物的分解产生影响，Knorr等[36]整合前人的研究报道结果得出，每年氮施加小于75 kghm2会抑制凋落物的分解（-5%），氮施加在75～125 kghm2会促进凋落物的分解（+17%），氮施加大于125 kghm2也会抑制凋落物的分解（-9%）[36]。

2.3微生物

微生物是陆地生态系统中重要的分解者，对物质循环和能量流动都有巨大的作用。微生物对凋落物和土壤有机质的分解决定着陆地生态系统的物质循环；微生物为维持自己的活性也会消耗物质与能量，因此强烈地影响着土壤呼吸。

一方面，氮素添加增加了土壤微生物的呼吸，当氮为一种限制条件时。这种增加作用是由于土壤中稳定群落的微生物活性，或者是由于增加了土壤中微生物的生长。对阔叶林生态系统进行长期氮施肥增加了土壤微生物固定的矿化氮，施氮肥导致了微生物活性和周转的增加[37]。对高山草甸进行长期氮施肥试验得出，施氮促进土壤中新形成的有机质的分解，而对比较稳定的碳没有影响，而这种碳分解的机制是由于微生物的作用[38]；对东北湿地生态系统的氮素添加研究也得到类似的结果[19]。

同时，氮素添加也会抑制微生物的活性。已有的研究表明，氮素添加导致的地上凋落物的分解速率降低可归因于微生物活性降低和生长受限，微生物活性和凋落物的纤维素和木质素的分解有关 。有研究表明，对枫树林模拟氮沉降后导致的土壤呼吸降低，主要原因为土壤微生物呼吸的降低[12]；对内蒙古3种不同类型的草地进行施肥处理后抑制了土壤呼吸、氮的矿化和减少了微生物氮含量，这种抑制作用在长期的氮施肥试验中表现的更为明显[37]。此外，也有研究得出，氮素添加后的第1个生长季对微生物活性和微生物量都没有影响[39]，并且土壤呼吸与微生物数量之间没有显著的相关关系。

3不足与展望

3.1不同生态系统对氮沉降响应的研究

有关氮沉降对土壤呼吸的研究绝大部分集中于对森林生态系统的研究，也有一部分涉及到草地生态系统和农田生态系统，但对其他生态系统尤其是一些脆弱生境条件下的生态系统的研究还较少。如对泥炭地生态系统，在千年尺度上泥炭地生态系统因为它的净初级生产力大于其分解速率而积累了大量的碳，以3%的陆地面积储存了全球土壤碳的13，在全球变化的背景下成为温室气体的重要潜在排放源。对于大多数泥炭地生态系统来说都受到氮素的限制而有着比较低的生态系统净初级生产力和比较低的凋落物分解速率，然而在氮沉降的基础上这一系统的净初级生产力和凋落物分解速率都会有所增加[40]，在氮沉降的作用下这一生态系统的土壤呼吸极有可能大大增强，甚至使这一系统从碳库转变成将来的一个重要碳源，然而关于这一系统的土壤呼吸以及碳循环还依然未知。对于湿地生态系统，由于凋落物和土壤有机质的缓慢分解使得湿地生态系统储存了大量的有机碳，氮素添加势必会对凋落物的分解和土壤呼吸产生强烈的影响。对三江源湿地生态系统进行人工施肥后得出，施肥通过改变凋落物的碳、氮含量和微生物活性从而加速了土壤呼吸，加速了碳排放[19]。不同湿地生态系统在未来更长时间上如何响应全球的氮沉降还依然是未知。对于这类较脆弱的生态系统，氮沉降的影响或许能超过我们的估计，不仅对土壤中新形成的碳有影响而且也会对土壤中比较老的稳定性的碳也产生影响[16]。

3.2氮素添加对土壤呼吸其他气体的研究

CH4和N2O作为温室气体分别于25和298倍CO2的作用，是全球变暖过程中的巨大隐患物质，然而，关于氮沉降对土壤呼吸的研究大多都集中在对土壤CO2呼吸的研究，涉及到N2O和CH4的有对海岸地进行氮施肥的研究得出，施氮肥显著的减少了土壤对CH4的吸收，增加了对N2O的排放，并且对土壤呼吸有持续弱促进的作用；对加拿大坎贝尔河西南部58年生的花旗松林施氮肥后，在第1年显著的增加了土壤N2O的排放，但在处理后第2年对N2O的释放没有任何影响却有了较弱的吸收，他们总结到氮施加促进了土壤呼吸直到N2O的排放开始下降[10]；对东北湿地生态系统的氮施加促进了地上植物的生长和土壤N2O的排放[41]。灌溉良好的未经干扰的生态系统是大气CH4的天然库，能够固定10%的大气CH4，温带森林土壤是N2O的天然库，伴随着全球氮沉降的增加，森林的生产力得到增加这将会对土壤吸收N2O产生巨大的影响，甚至使土壤成为N2O库源[42]，因为氮施加强烈的影响到了土壤中硝化和反硝化作用[10]。由于CH4和N2O对全球气候变暖的重要性，为了全面评价全球变化对生态系统土壤呼吸的影响，需要通过研究确定不同成分土壤呼吸气体之间是否有着某种相关性，在应对未来氮沉降尤其是加剧的氮沉降时的具体响应方式。

3.3氮素添加与其他外界条件的共同作用研究

全球变化背景下的土壤呼吸是多因子的共同作用，例如气候变暖、CO2浓度增加、降水质量和模式的改变以及氮沉降等。近一个世纪以来，温度的缓慢升高导致了土壤呼吸的增强，而氮沉降的作用在生态系统中尤其是森林生态系统中会导致土壤呼吸的降低，在自然生态系统中其相互作用共同对陆地生态系统土壤呼吸产生影响，然而对它们共同作用下陆地生态系统的响应机制研究知之较少。氮、磷、钾是生物生长所必须的大量元素，同时也是生态系统中的限制因素，氮、磷、钾对土壤呼吸的研究则较少。仅有的研究报道氮、磷、钾的施加能够改变土壤温度和水分从而影响土壤呼吸[40]。

3.4模型

碳、氮相互作用的机制尚不够明确，Chen等[43]对Jassal等[42]的实验的模拟却得到了相反的结果，氮素添加引起的碳向地上分配比向地下分配的增多，表明氮的施加并没有使土壤碳库发生很大的变化，因此，陆地生态系统的模型应该综合考虑到氮素添加导致碳在地上、地下的不同分配，尤其是土壤呼吸所利用到的那部分活性碳的不同分配[44]；碳氮比是体现氮素添加对微生物影响的一个重要指标，不同的碳氮比决定不同的微生物活性并因此影响陆地生态系统中凋落物和土壤有机质的分解速率[45]，因此，将来的模型也应该考虑到氮素添加后这一比值的变化对陆地生态系统土壤呼吸的影响。

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