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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

Vertical abundance variations of "incomplete ammonia oxidizers" and "comammox" in purple paddy soil in Chongqing

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[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1 cm),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.CladeA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× 107 copies/g.AOA与AOB的丰度大致相当,5 cm剖面处数量最高分别为1.23×107、1.83×105 copies/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.

万琪慧、王书玲、赵伟烨、马黎华、贾仲君、蒋先军

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西南大学资源环境学院,重庆400715

中国科学院南京土壤研究所,江苏南京210008

氮循环 氨氧化微生物 硝化作用 亚硝酸细菌

国家自然科学基金国家重点研发计划项目

416712322016TFD0300901

2019

微生物学报
中国科学院微生物研究所 中国微生物学会

微生物学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:0.857
ISSN:0001-6209
年,卷(期):2019.59(2)
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