蔡元锋 作品数:14 被引量:130 H指数:6 供职机构: 中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室 更多>> 发文基金: 国家自然科学基金 江苏省自然科学基金 国家科技重大专项 更多>> 相关领域: 环境科学与工程 生物学 农业科学 医药卫生 更多>>
典型草地土壤好氧甲烷氧化的微生物生态过程 目的:针对中国甘肃三个典型生态区草地土壤(玛曲MQ、临泽LZ和环县HX),研究其甲烷氧化潜力、甲烷氧化菌(methane-oxidizing bacteria,MOB)丰度及可能存在的群落分异规律.
方法:通过... 王玉芳 蔡元锋 侯扶江 贾仲君 Saman Bowatte关键词:草地土壤 微生物 生态过程 温度对铜绿微囊藻群体培养体系中细菌群落组成及稳定性的影响 被引量:3 2021年 微囊藻藻际细菌影响微囊藻的生长及其水华的生消.然而特定微囊藻群体中藻际细菌群落组成对温度变化的响应规律仍不清楚.本文把一株从太湖分离得到的群体铜绿微囊藻,置于不同温度(15、20、25和30℃)下进行培养,分析各培养体系中不同粒径附生或游离细菌群落组成的异同.结果表明:温度显著影响微囊藻群体(>20μm)附生、单细胞小群体(3~20μm)附生和游离(0.2~3μm)细菌群落的组成(PERMANOVA,P<0.01),Sphingomonadales、Pseudomonadales和Cytophagales分别是3组细菌群落中的最优势菌目,相对丰度分别为21.35%、19.74%和33.44%.在3组细菌群落中都存在一些核心优势细菌类群,其丰度相对稳定,对温度变化不敏感.其中在微囊藻群体附生细菌群落中,优势菌属Brevundimonas和OPB56在20~30℃之间培养时其相对丰度较为稳定;单细胞小群体附生细菌群落中的核心优势菌属Mariniradius相对丰度也是在20~30℃之间较为稳定,而Gemmobacter相对丰度在4种温度下均较为一致;游离细菌群落中的核心优势菌属Porphyrobacter相对丰度在20~30℃之间时也相对稳定.另外,在15℃时,单细胞小群体附生和游离细菌群落的多样性都达到最高,总体细菌群落物种相关性网络复杂度最高,但合作性关联最弱.该研究结果对于深入了解微囊藻群体的藻菌关系有重要意义. 方道艳 施丽梅 李朋富 蔡元锋 张民 史小丽 吴庆龙 于洋关键词:细菌群落 温度 附生细菌 太湖 与微囊藻胞外多糖降解相关的微生物菌群分析 被引量:6 2009年 从铜绿微囊藻培养液中提取胞外多糖,化学分析显示其为含8.3%蛋白质的酸性杂多糖.以胞外多糖为碳源接种自然水体的菌群进行富集培养,分析胞外多糖的微生物降解过程及降解菌的组成.结果表明,接种太湖水华期微生物富集菌群后,多糖立即开始被降解,大约在18d后多糖降解过程显著减慢,37d后仍有一部分多糖未能被降解.这些结果说明在自然界中微囊藻胞外多糖是可以被微生物降解的.比较不同水体的菌群对多糖的降解能力后显示,降解菌群只存在于微囊藻水华暴发的阶段.变性梯度凝胶电泳(DGGE)结果显示在整个降解过程中,降解菌群的组成未发生显著变化.对DGGE条带中的DNA片段进行序列分析和系统发育分析表明降解菌群包含以下几类:鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)3个,褐螺菌属(Phaeospirillum)1个,假单胞菌属(Pseudomonas)1个,红环菌科(Rhodocyclaceae)1个,Hylemonella(无译名)1个,分枝杆菌属(Mycobacterium)1个. 蔡元锋 施丽梅 李朋富 邢鹏 于洋 孔繁翔关键词:微囊藻 胞外多糖 降解 变性梯度凝胶电泳 菌群 蓝藻-细菌互作及其对碳、氮循环的影响研究进展 2025年 藻类与细菌之间存在多种互作关系,二者间的相互作用会影响水体初级生产力、藻类群落组成、藻类之间的竞争和演替以及藻类水华的发展等。藻菌间的多种紧密互作和代谢耦联对水体中碳、氮、磷、硫等多种生源要素的循环产生影响。在淡水生态系统中,蓝藻水华仍然是威胁水环境健康的重要因素,部分水体中形成了周而复始发生蓝藻水华的稳定状态。蓝藻与其附生细菌间的互作和代谢关联是蓝藻水华维持的关键,在水体碳氮循环中发挥了重要作用。本文综述了蓝藻与细菌间的互作对蓝藻生长、产毒、群体维持和多样性的影响以及影响藻菌互作的因素,综述了蓝藻藻际环境中碳氮相关功能微生物类群以及藻菌互作对水生态系统中碳氮循环的影响,分析了蓝藻群体颗粒、附着作用和环境因素(如温度、营养盐、新型污染物和铁硫磷元素等)对藻菌之间碳氮代谢关联和转化的影响及其对环境的反馈机制,并探讨了藻菌互作中碳氮转化过程与转化通量的主要研究方法,为深入了解蓝藻水华介导的藻菌互作机制和水体生源要素循环的微生物过程提供参考。 张玉晴 刘佳音 蔡元锋 张民 史小丽 杜瑛珣 苏雅玲 施丽梅 吴庆龙关键词:蓝藻 碳氮循环 环境因素 不同有机碳源对稻田土壤反硝化及N_(2)O消减潜力的影响 2024年 为研究不同有机碳源对稻田土壤反硝化速率和N_(2)O还原潜力的影响效应,探索稻田温室气体减排机理,选取两个典型稻田[扬州稻田(YZ)和信阳稻田(XY)]土壤,在添加葡萄糖、甲酸、甲烷3种外源有机碳条件下,通过乙炔抑制法研究稻田土壤的反硝化速率和N_(2)O还原速率。在此基础上,通过厌氧培养试验测定N_(2)O的消耗量,研究土壤的N_(2)O消减潜势,并分析nos Z功能基因的数量特征。结果表明:YZ土壤的反硝化速率为9.81~15.25μg·g^(-1)·d^(-1),N_(2)O还原速率为7.83~12.77μg·g^(-1)·d^(-1),在3种有机碳添加条件下均显著低于XY土壤(P<0.05),这可能与YZ土壤p H值偏低、NO_(3)^(-)含量较高有关。与对照处理(CK)相比,在添加葡萄糖条件下YZ土壤的反硝化速率和N_(2)O还原速率分别增加了54.6%和59.7%,而在添加甲酸条件下XY土壤的反硝化速率和N_(2)O还原速率则分别增加了49.9%和54.4%。添加甲烷条件下XY土壤的反硝化速率和N_(2)O还原速率均显著高于CK处理(P<0.05),说明甲烷可能作为电子供体驱动了N_(2)O的还原过程。相关性分析发现,不同碳源添加条件下YZ土壤N_(2)O消减潜势与nos ZⅠ基因数量呈显著正相关,而XY土壤N_(2)O消减潜势与nos ZⅡ基因数量呈显著正相关(P<0.05)。综上,对于不同类型的稻田土壤,在外源有机碳供应条件下N_(2)O还原速率的高响应性提升是降低稻田N_(2)O净排放潜力的有效途径。 滕钊军 陈汉 周聪 潘俊宇 蔡元锋 贾仲君 张耀鸿关键词:稻田 反硝化 土壤大气甲烷氧化菌研究进展 被引量:24 2014年 土壤微生物催化是大气中痕量甲烷(约1.8ppmv)氧化的唯一生物途径。目前的研究表明好氧土壤中存在专性和选择性大气甲烷氧化菌2种类型:前者(USCα和USCγ)广泛分布于各种好氧旱地土壤,其甲烷氧化酶对低浓度甲烷亲和力极高,属真正的寡营养型,但至今尚未获得该种类的纯培养菌株。后者属于传统甲烷氧化菌Methylocystis/Methylosinus属,广泛分布于各种周期性排放高浓度甲烷的土壤环境中。该属大部分菌株含有亲和力不同的2套甲烷单加氧酶系统,其中的高亲和力甲烷单加氧酶使这些菌株可以在相当长的时间内(>3个月)保持大气浓度甲烷氧化活性,但其生长和繁殖还需依赖于土壤内部阶段性产生的高浓度甲烷。本文详细阐述了2类大气甲烷氧化菌的发现历程及其可能的生存策略,最后系统梳理了几种关键的环境因子(土壤温度及湿度、土壤pH、植被、土地利用及氮输入)对大气甲烷氧化菌群落结构和甲烷氧化活性的影响,提出并展望了土壤大气甲烷氧化菌研究的重要方向。 蔡元锋 贾仲君关键词:大气甲烷 甲烷氧化菌 环境因子 基于新一代高通量测序的环境微生物转录组学研究进展 被引量:30 2013年 环境微生物转录组学是一门新兴学科,它以复杂环境样品中的微生物mRNA为研究对象,利用近年兴起的RNA-Seq高通量测序技术,在整体水平上对环境微生物的基因表达水平和调控规律进行研究。本文概述了环境微生物转录组研究从样品的采集保存、RNA提取、mRNA的富集、cDNA合成直到高通量测序及数据分析的基本流程。总结了该技术面临的主要瓶颈:环境样品mRNA含量低、腐植酸等干扰杂质多、rRNA去除程度有限。针对RNA的提取、纯化以及mRNA的富集这些重点步骤,详细阐述了近年来在提高mRNA的得率与纯度上的方法学进展。重点介绍了高通量测序数据的处理及分析方法,从测序数据的质量控制、序列组装、rRNA的鉴定及去除、功能基因注释及分类到差异表达基因的鉴定。最后总结了近年来环境微生物转录组学在新基因的发现、不同环境条件下微生物的基因表达及调控规律研究、有机物的代谢路径分析等3个主要研究领域的广泛应用。随着测序技术及生物信息学分析工具的发展进步,环境微生物转录组学将具有更广阔的应用前景。 蔡元锋 贾仲君关键词:转录组学 高通量测序 环境微生物学 典型淹水稻田土壤微生物群落的基因转录活性及其主要生理代谢过程 被引量:17 2014年 【目的】利用环境转录组技术,研究复杂稻田土壤中微生物群落主要生理代谢过程的基因表达水平及其对长期施氮磷钾肥(Mineral nitrogen,phosphorus,and potassium,NPK)的响应规律。【方法】针对中国科学院常熟农田生态系统长期定位试验的NPK施肥处理和不施肥对照处理(Control check,CK)稻田土壤,淹水培养2周后提取土壤微生物总RNA进行高通量转录组测序,利用MG-RAST网络分析平台(Metagenomics Analysis Server)进行活性微生物组成分析、基因功能注释及基因功能分类。【结果】细菌是CK和NPK处理稻田土壤微生物的优势类群,占比高达95%以上,细菌中的活性基因主要源于变形菌门(Proteobacteria,占细菌的50%以上)。同时也检测到古菌、真核生物和病毒等多种微生物的活性基因,而古菌中的活性基因主要源于奇古菌门(Thaumarchaeota,约占古菌的70%)。酸杆菌门(Acidobacteria)在NPK处理土壤中的转录活性显著高于CK处理土壤,而其他的细菌及古菌类群的转录活性在CK和NPK处理土壤间无显著性差异。CK和NPK处理土壤中表达量最高的基因是ABC transporter编码基因,与物质跨膜运输紧密相关。基于COG(Clusters of Orthologous Genes)、Subsystem、KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)3种基因功能分类数据库,发现CK和NPK处理土壤中微生物的主要代谢活动均为能量产生与转化、碳水化合物代谢、蛋白代谢和氨基酸代谢,而最活跃的代谢路径为氧化磷酸化及氨酰-tRNA合成。【结论】淹水状态下CK和NPK处理稻田土壤中的活性微生物组成较为一致,仅Acidobacteria的转录活性在两者间差异较大;在微生物的主要代谢活动方面,CK和NPK处理土壤之间基本一致,均以能量获取与蛋白代谢为主,长期施用无机化肥对复杂土壤微生物群落水平的主要代谢活动影响较小。 蔡元锋 吴宇澄 王书伟 颜晓元 朱永官 贾仲君关键词:长期施肥 太湖梅梁湾水华微囊藻基因型组成和产毒微囊藻丰度的变化 被引量:11 2009年 采用基于ITS序列的PCR-DGGE方法分析了太湖梅梁湾水华暴发过程中(6-11月)微囊藻的不同基因型组成的变化,同时利用针对微囊藻毒素合成酶基因mcyA和微囊藻特异性的16SrDNA部分核苷酸序列的引物,应用实时荧光定量PCR方法(qRT-PCR)分析水华样品中产毒微囊藻与总微囊藻的量,通过两者的比值反映产毒微囊藻丰度.结果表明,在发生水华的不同时期,微囊藻的基因型组成发生了变化,其中以8月末、9月和10月的基因型最多,基因型M5和M10存在于整个水华发展过程中.共检测到12种主要的基因型,每个基因型在水华的不同时期所占的比例互不相同.实时荧光定量PCR结果显示从6月到10月,产毒微囊藻的丰度呈增大的趋势,从0.75%增加到32.16%,而11月产毒微囊藻的丰度显著下降. 施丽梅 蔡元锋 杨华林 李朋富 孔繁翔 孔令东关键词:DGGE 水华 典型草地土壤好氧甲烷氧化的微生物生态过程 被引量:3 2019年 【目的】针对我国甘肃三个典型生态区草地土壤(玛曲MQ、临泽LZ和环县HX),研究其甲烷氧化潜力、甲烷氧化菌(methane-oxidizingbacteria,MOB)丰度及可能存在的群落分异规律。【方法】通过原位分析、室内高浓度甲烷模拟培养三种典型土壤及实时荧光定量、高通量测序的方法研究甲烷氧化菌标靶基因pmoA序列的组成及其丰度变化规律。【结果】三种典型草地土壤的原位甲烷氧化菌的丰度存在显著差异,表现为MQ>HX>LZ,其数量范围为为0.18–6.86×10^7g/d.w.s.;甲烷氧化潜力也表现出类似规律,其通量为109–169mg/(m^2·h);甲烷氧化潜力与原位土壤中甲烷氧化菌丰度有正相关。三种草地土壤甲烷氧化菌存在明显的空间异质性,采用高通量测序的方法,发现三种草地原位土壤中的优势类群为USCγ(Upland Soil Cluster gamma,USCγ);然而,室内高浓度甲烷氧化过程中,传统的甲烷氧化菌均发生明显增加,MQ土壤中TypeⅡ的Methylocystis为优势类群,而LZ和HX土壤的优势类群均为TypeⅠ型Methylosarcina。【结论】这些研究结果表明,我国甘肃典型草地土壤中也存在难培养的大气甲烷氧化菌和经典的可培养甲烷氧化菌,这些微生物极可能氧化极低浓度的大气甲烷,也可能利用闭蓄于土壤中的高浓度甲烷生长。未来应采用先进技术原位观测大气甲烷氧化过程并分离相应微生物类群,研究草地土壤甲烷氧化菌地理分异规律及其环境驱动机制。 王玉芳 蔡元锋 侯扶江 贾仲君 Saman Bowatte关键词:草地 甲烷氧化