Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Archaea và vi khuẩn oxy hóa amoni khác nhau phản ứng với loại phân bón và tần suất tưới nước theo kết quả giải trình tự Illumina Miseq
Tóm tắt
Sự oxy hóa amoni, bước đầu tiên và là bước giới hạn tốc độ của quá trình nitrat hóa, có thể bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các phương pháp canh tác. Tuy nhiên, ít có thông tin về ảnh hưởng của sự kết hợp giữa phân bón và tưới nước đến các sinh vật oxy hóa amoni trong đất canh tác. Nghiên cứu này được thiết kế để chỉ ra cách thức loại phân bón và tần suất tưới nước ảnh hưởng đến cộng đồng archaea (AOA) và vi khuẩn (AOB) oxy hóa amoni trong đất lúa mì-ngô ở miền Bắc Trung Quốc. Mẫu đất được thu thập từ một thí nghiệm thực địa dài hạn dưới các chế độ phân bón và tưới khác nhau tại Trạm Thí nghiệm Wuqiao thuộc Đại học Nông nghiệp Trung Quốc vào tháng 6 năm 2016. Sự phong phú, đa dạng và thành phần của AOA và AOB trong đất được điều tra bằng cách sử dụng phương pháp PCR thời gian thực và giải trình tự Illumina Miseq. Sự phong phú của AOA cao hơn trong các phương pháp tưới, nhưng thấp hơn trong các phương pháp không có tưới so với AOB. Sự phong phú của AOA có mối quan hệ tích cực với độ ẩm của đất, pH và NO3⁻-N, trong khi sự phong phú của AOB có mối quan hệ tích cực với TN và NO3⁻-N. Hoạt động tiềm năng nitrification của đất (PNA) có mối tương quan tích cực đáng kể với sự phong phú của AOB. Cả loại phân bón và tần suất tưới đều ảnh hưởng đáng kể đến chỉ số Shannon, ACE và Chao1 của cộng đồng AOB, trong khi chỉ tần suất tưới có ảnh hưởng đáng kể đến chỉ số Shannon của cộng đồng AOA. Kết quả phân tích PCoA chỉ ra rằng tần suất tưới ảnh hưởng lớn đến cấu trúc cộng đồng AOA, trong khi loại phân bón đóng vai trò quan trọng hơn trong việc ảnh hưởng đến cấu trúc cộng đồng AOB. Kết quả kiểm tra Mantel và phân tích nhiệt độ tương quan cho thấy độ ẩm của đất, pH và NH4⁺-N có mối tương quan đáng kể với cấu trúc cộng đồng AOA, và TN cùng SOC có mối tương quan đáng kể với cấu trúc cộng đồng AOB. Nghiên cứu này đã chứng minh rằng tần suất tưới ảnh hưởng lớn đến cộng đồng AOA, trong khi loại phân bón có ảnh hưởng mạnh hơn đến cộng đồng AOB. AOB chứ không phải AOA đóng vai trò quan trọng hơn trong quá trình nitrat hóa của đất. Hơn nữa, độ ẩm của đất, pH và TN là những yếu tố chính trong việc thúc đẩy cộng đồng AOA và TN cùng SOC là những yếu tố chính trong việc ảnh hưởng đến cộng đồng AOB.
Từ khóa
#oxy hóa amoni #archaea oxy hóa amoni #vi khuẩn oxy hóa amoni #tần suất tưới nước #loại phân bón #nitrat hóaTài liệu tham khảo
Bao SD (2000) Soil agro-chemistrical analysis. China Agricultural Press, Beijing
Brochier-Armanet C, Boussau B, Gribaldo S, Forterre P (2008) Mesophilic crenarchaeota: proposal for a third archaeal phylum, the Thaumarchaeota. Nat Rev Microbiol 6:245–252
Chen X, Zhang LM, Shen JP, Wei WX, He JZ (2011) Abundance and community composition of ammonia-oxidizing archaea and bacteria in an acid paddy soil. Biol Fert Soils 47:323–331
Chen YL, Xu ZW, Hu HW, Hu YJ, Hao ZP, Jiang Y, Chen BD (2013) Responses of ammonia-oxidizing bacteria and archaea to nitrogen fertilization and precipitation increment in a typical temperate steppe in Inner Mongolia. Appl Soil Ecol 68:36–45
Chu HY, Fujii T, Morimoto S, Lin XG, Kazuyuki Y, Hu JL, Zhang JB (2007) Community composition of ammonia-oxidizing bacteria under long-term application of mineral fertilizer and organic manure in a sandy loam soil. Appl Environ Microbiol 73:485–491
Di HJ, Cameron KC, Shen JP, Winefield CS, Callaghan MO, Bowatte S, He JZ (2010) Ammonia-oxidizing bacteria and archaea grow under contrasting soil nitrogen conditions. FEMS Microbiol Ecol 72:386–394
Edgar RC, Haas BJ, Clemente JC, Quince C, Knight R (2011) UCHIME improves sensitivity and speed of chimera detection. Bioinformatics 27:2194–2200
Enwall K, Philippot L, Hallin S (2005) Activity and composition of the denitrifying bacterial community respond differently to long-term fertilization. Appl Environ Microbiol 71:8335–8343
Erguder TH, Boon N, Wittebolle L, Marzorati M, Verstraete V (2009) Environmental factors shaping the ecological niches of ammonia-oxidizing archaea. FEMS Microbiol Rev 33:855–869
FAO (1974) FAO-Unesco soil map of the world, vol VIII. UNESCO, Paris
Francis CA, Roberts KJ, Beman JM, Santoro AE, Oakley BB (2005) Ubiquity and diversity of ammonia-oxidizing archaea in water columns and sediments of the ocean. Proc Natl Acad Sci U S A 102:14683–14688
Fuchslueger L, Kastl EM, Bauer F, Kienzl S, Hasibeder R, Ladreiter-Knauss T, Schmitt M, Bahn M, Schloter M, Richter A, Szukics U (2014) Effects of drought on nitrogen turnover and abundances of ammonia-oxidizers in mountain grassland. Biogeosci Discuss 11:9183–9214
Gleeson D, Müller C, Banerjee S, Ma W, Siciliano S, Murphy D (2010) Response of ammonia oxidizing archaea and bacteria to changing water filled pore space. Soil Biol Biochem 42:1888–1891
Gruber N, Galloway JN (2008) An earth-system perspective of the global nitrogen cycle. Nature 451:293–296
Hart SC, Stark JM, Davidson EA, Firestone MK (1994) Nitrogen mineralization, immobilization, and nitrification. In: Weaver RW, Angle S, Bottomley P, Bezdiecek D, Smith S, Tabatabai A, et al. (eds) Methods of soil analysis: part 2. Microbiological and biochemical properties. Soil Science Society of America, Madison, p 985–1016
Hartmann AA, Barnard RL, Marhan S, Niklaus PA (2013) Effects of drought and N-fertilization on N cycling in two grassland soils. Oecologia 171:705–717
He JZ, Shen JP, Zhang LM, Zhu YG, Zheng YM, Xu MG, Di HJ (2007) Quantitative analyses of the abundance and composition of ammonia-oxidizing bacteria and ammonia-oxidizing archaea of a Chinese upland red soil under long-term fertilization practices. Environ Microbiol 9:2364–2374
Hu HW, Macdonald CA, Trivedi P, Holmes B, Bodrossy L, He JZ, Singh BK (2015) Water addition regulates the metabolic activity of ammonia oxidizers responding to environmental perturbations in dry subhumid ecosystems. Environ Microbiol 17:444–461
Jia ZJ, Conrad R (2009) Bacteria rather than archaea dominate microbial ammonia oxidation in an agricultural soil. Environ Microbiol 11:1658–1671
Kowalchuk GA, Stephen JR (2001) Ammonia-oxidizing bacteria: a model for molecular microbial ecology. Ann Rev Microbiol 55:485–529
Leininger S, Urich T, Schloter M, Schwark L, Qi J, Nicol GW, Prosser JI, Schuster SC, Schleper C (2006) Archaea predominate among ammonia-oxidizing prokaryotes in soils. Nature 442:806–809
Liu JN, Xu HS, Jiang Y, Zhang K, Hu YG, Zeng ZH (2017) Methane emissions and microbial communities as influenced by dual cropping of Azolla along with early rice. Sci Rep 7:40635. doi:10.1038/srep40635
Martens-Habbena W, Berube PM, Urakawa H, de la Torre JR, Stah DA (2009) Ammonia oxidation kinetics determine niche separation of nitrifying archaea and bacteria. Nature 461:976–979
Monteiro M, Seneca J, Magalhaes C (2014) The history of aerobic ammonia oxidizers: from the first discoveries to today. J Microbiol 52:537–547
Nicol GW, Leininger S, Schleper C, Prosser JI (2008) The influence of soil pH on the diversity, abundance and transcriptional activity of ammonia oxidizing archaea and bacteria. Environ Microbiol 10:2966–2978
Nyberg K, Schnurer A, Sundh I, Jarvis A, Hallin S (2006) Ammonia-oxidizing communities in agricultural soil incubated with organic waste residues. Biol Fertil Soils 42:315–323
Pester M, Schleper C, Wagner M (2011) The Thaumarchaeota: an emerging view of their phylogeny and ecophysiology. Curr Opin Microbiol 14:300–306
Purkhold U, Pommerening-Roser A, Juretschko S, Schmid MC, Koops HP, Wagner M (2000) Phylogeny of all recognized species of ammonia oxidizers based on comparative 16S rRNA and amoA sequence analysis: implications for molecular diversity surveys. Appl Environ Microbiol 66:5368–5382
Rotthauwe JH, Witzel KP, Liesack W (1997) The ammonia monooxygenase structural gene amoA as a functional marker: molecular fine-scale analysis of natural ammonia-oxidizing populations. Appl Environ Microbiol 63:4704–4712
Schloss PD, Gevers D, Westcott SL (2011) Reducing the effects of PCR amplification and sequencing artifacts on 16S rRNA-based studies. PLoS One 6:1–14
Shen JP, Zhang LM, Zhu YG, Zhang JB, He JZ (2008) Abundance and composition of ammonia-oxidizing bacteria and ammonia-oxidizing archaea communities of an alkaline sandy loam. Environ Microbiol 10:1601–1611
Singh JS, Kashyap AK (2006) Dynamics of viable nitrifier community, N mineralization and nitrification in seasonally dry tropical forests and savanna. Microbiol Res 161:169–179
Stark J, Firestone M (1995) Mechanisms for soil moisture effects on activity of nitrifying bacteria. Appl Environ Microb 61:218–221
Szukics U, Hackl E, Zechmeister-Boltenstern S, Sessitsch A (2012) Rapid and dissimilar response of ammonia oxidizing archaea and bacteria to nitrogen and water amendment in two temperate forest soils. Microbiol Res 167:103–109
Tourna M, Stieglmeier M, Spang A, Könneke M, Schintlmeister A, Urich T, Engel M, Schloter M, Wagner M, Richter A, Schleper C (2011) Nitrososphaera viennensis, an ammonia oxidizing archaeon from soil. Proc Natl Acad Sci U S A 108:8420–8425
Wang Q, Garrity GM, Tiedje JM, Cole JR (2007) Naive Bayesian classifier for rapid assignment of rRNA sequences into the new bacterial taxonomy. Appl Environ Microb 73:5261–5267
Wang Y, Zhu G, Song L, Wang S, Yin C (2014) Manure fertilization alters the population of ammonia-oxidizing bacteria rather than ammonia-oxidizing archaea in a paddy soil. J Basic Microb 54:190–197
Wessén E, Nyberg K, Jansson JK, Hallin S (2010) Responses of bacterial and archaeal ammonia oxidizers to soil organic and fertilizer amendments under long-term management. Appl Soil Ecol 45:193–200
Wrage N, Velthof GL, van Beusichem ML, Oenema O (2001) Role of nitrifier denitrification in the production of nitrous oxide. Soil Biol Biochem 31:1723–1732
Wu YC, Lu L, Wang BZ, Lin XG, Zhu JG, Cai ZC, Yan XY, Jia ZJ (2011) Long-term field fertilization significantly alters community composition of ammonia-oxidizing bacteria rather than archaea in a paddy soil. Soil Sci Soc Am J 75:1431–1439
Zhang LM, He JZ (2012) A novel archaeal phylum: Thaumarchaeota—a review. Acta Microbiol Sin 52:411–421
Zhang LM, Hu HW, Shen JP, He JZ (2012) Ammonia-oxidizing archaea have more important role than ammonia-oxidizing bacteria in ammonia oxidation of strongly acidic soils. ISME J 6:1032–1045
Zhou ZF, Shi XJ, Zheng Y, Qin ZX, Xie DT, Li ZL, Guo T (2014) Abundance and community composition of ammonia-oxidizing bacteria and archaea in purple soil under long-term fertilization. Eur J Soil Biol 60:24–33