Stable Isotope Probing:Linking Functional Activity to Specific Members of Microbial Communities

Linking organisms or groups of organisms to specific functions within natural environments is a fundamental challenge in microbial ecology. Advances in technology for manipulating and analyzing nucleic acids have made it possible to characterize the members of microbial communities without the intervention of laboratory culturing. Results from such studies have shown that the vast majority of soil organisms have never been cultured, highlighting the risks of culture-based approaches in community analysis. The development of culture-independent techniques for following the flow of substrates through microbial communities therefore represents an important advance. These techniques, collectively known as stable isotope probing (SIP), involve introducing a stable isotope-labeled substrate into a microbial community and following the fate of the substrate by extracting diagnostic molecular species such as fatty acids and nucleic acids from the community and determining which specific molecules have incorporated the isotope. The molecules in which the isotope label appears provide identifying information about the organism that incorporated the substrate. Stable isotope probing allows direct observations of substrate assimilation in minimally disturbed communities, and thus represents an exciting new tool for linking microbial identity and function. The use of lipids or nucleic acids as the diagnostic molecule brings different strengths and weaknesses to the experimental approach, and necessitates the use of significantly different instrumentation and analytical techniques. This short review provides an overview of the lipid and nucleic acid approaches, discusses their strengths and weaknesses, gives examples of applications in various settings, and looks at prospects for the future of SIP technology.

Concentrations of alkyphenol polyethoxylates entering UK estuaries

Concentrations of the weakly oestrogenic degradation products of alkylphenol polyethoxylate (APE) surfactants (nonylphenol, octylphenol, nonylphenol monoethoxylate and nonylphenol diethoxylate) were measured in water and sediments from British rivers and estuaries collected during 1994 and 1995. In addition, a series of samples of tissues of wild fish from the River Aire, and from a laboratory dosing experiment were analysed for alkylphenols, to assess the degree of bioaccumulation of these compounds. Measurable concentrations of APE residues were recorded in the River Aire (15–76 μg/l total extractable alkylphenols), the River Mersey (6–11 μg/l) and the Tees estuary (up to 76 μg/l). These levels exceed, or are close to, the no observed effect concentration for the induction of vitellogenesis in caged trout (5–20 μg/l total extractable alkylphenols), and may be sufficient to exert an oestrogenic effect on fish populations in these areas. A sediment sample from Bingley on the River Aire contained 15 μg/g (dry weight) nonylphenol, and concentrations in sediments from the Tees and Mersey estuaries exceeded 1 μg/g. These rivers receive a variety of trade waters via sewage treatment works (STW) effluents containing significant concentrations of APE. Elsewhere, concentrations in water and sediments were near or below limits of detection and biological effects are unlikely, suggesting that any oestrogenic effects observed in sewage outfalls and rivers not directly impacted by APE-containing trade-waters may be caused by other chemicals. Analysis of samples of trout muscle taken from a tank dosed at 65 μg/l nonylphenol indicated a bioaccumulation factor of between 90 and 125 after 3 weeks exposure. Samples of wild fish from the River Aire contained up to 0.8 μg/g nonylphenol in the muscle, a tissue bioaccumulation factor of approximately 50 relative to measured concentrations in water samples. A series of fish samples taken from offshore for food quality assurance purposes contained no detectable levels of APE residues (0.05–0.1 μg/g nonylphenol).

黄土高原典型土壤全氮和微生物氮剖面分布特征研究

为阐明黄土高原典型土壤全氮和微生物氮含量随土壤类型、土层和土地利用方式变化规律,研究了从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨陵)等典型土壤的全氮和微生物氮含量的变化特征。结果表明,不同土壤类型、不同土层全氮和微生物氮含量存在显著差异。从南到北,全氮和微生物氮含量显著下降(P<0.05)。对同一土壤类型,全氮和微生物氮含量在0—60 cm随土层深度增加下降很明显,60—120 cm有轻微下降,120 cm以下低而稳定。微生物氮含量随土壤类型的变化趋势与全氮完全相同,其与土壤全氮、有机碳及微生物碳含量均存在极显著正相关关系(P<0.01)。土壤微生物氮与全氮比值变化在0.42%9~.44%之间。虽然土地利用对土壤全氮和C/N比影响不显著,但却显著影响微生物氮含量和微生物氮与全氮的比值;与农田土壤相比,草地土壤微生物氮含量和微生物氮与全氮比值均明显增加。这一结果说明微生物氮含量和微生物氮与全氮比值更能有效、快速地反映土壤质量的变化。

辽东山区长白落叶松叶面积指数和林冠开阔度的月动态

利用外带鱼眼镜头的数码相机获得长白落叶松(Larix olgensis)林型的半球面影像,用Gap Light Analyzer软件处理分析后获得叶面积指数、林冠开阔度和林下光照因子等一系列参数,揭示了辽东山区长白落叶松的叶面积指数和林冠开阔度的月动态特征。结果表明,长白落叶松随着生长季的到来叶面积指数呈快速增长的趋势,最大值出现在6月份,7—9月份开始缓慢下降,10月份下降显著,最小值在春季4月份;林冠开阔度随着生长季的到来而下降,其最小值出现在6月份,之后开始缓慢增加,10月份骤然增加,最大值在春季4月份。叶面积指数和林冠开阔度相关显著,并且呈现指数回归的关系。

辽东山区人工阔叶红松林植物多样性与生产力研究

根据对人工营造20年生阔叶红松林典型样地的调查,分析了人工阔叶红松林的生产力、植物多样性及其相互关系.结果表明,人工营造的20年生红松-白桦、红松-色赤杨、红松-水曲柳混交林林地生产力分别达6.529、4.966和5.682t.hm-2.yr-1,高于同龄人工红松纯林(3.812t.hm-2.yr-1);而红松-刺楸、红松-紫椴混交林分别为2.945和2.84t.hm-2.yr-1,低于人工红松纯林.人工阔叶红松林乔木层、灌木层、草本层植物多样性均高于红松纯林;红松纯林内的植物种数仅为人工阔叶红松混交林的42%～52%,植物总数量也只有混交林的11%～37%.人工营造阔叶红松林是迅速恢复、发展顶极阔叶红松林的一种有效措施,但要经历相当长的时间和人为的不断调控.

黄土丘陵区油松人工林和白桦天然林细根垂直分布及其与土壤养分的关系

在黄土高原子午岭林区,对油松人工林、白桦天然林细根生物量、比根长、根长密度和细根表面积的垂直分布特征,以及这些根系指标与土壤水分、土壤容重、氮素和有机质的关系进行了研究。结果表明,油松人工林细根生物量随土壤深度增加呈单峰曲线,白桦林细根生物量随土壤深度增加呈减少趋势;油松林大部分根系生物量集中分布在0—40 cm土层中,其中0—20 cm土层占37%以上,20—40 cm集中了41%以上;表层土壤(0—20 cm)具有较高的比根长、根长密度和细根表面积,而底层(40—60 cm)的比根长、根长密度和细根表面积最低。油松林土壤全氮和有机质含量垂直变化趋势相似,随土壤深度的增加而降低;硝态氮(NO3--N)均随土壤深度的增加呈单峰曲线变化趋势,而铵态氮(NH4+-N)随土壤深度增加呈先降低后增加的抛物线趋势。白桦林75%的细根生物量集中在0—20 cm土层,比根长、根长密度和细根表面积的垂直分布规律与油松林相似,表层土壤白桦林细根表面积是油松人工林的3.91倍,而20—40 cm土层白桦林细根表面积比油松人工林降低了33%。白桦林土壤全氮、有机质含量、NO3--N和NH4+-N垂直变化趋势与油松林相似。土壤水分、...

施用农用化学品及生防制剂对土壤线虫群落动态影响的研究

Dynamics of soil nematode communities amended with agrochemicals and bio control preparations were investigated in a soybean field. The results showed that the frequency of plant non parasitic nematodes were obviously higher in soil amended with bio control preparations (Doufeng 1) than with urea and herbicide, however, that of plant parasitic nematodes exhibited an inverse trend.

土壤氧化还原酶催化动力学研究进展

土壤氧化还原酶是存在于土壤中的一种重要酶类,参与土壤中为数众多的重要生物化学反应,与土壤中有机物质的转化、腐殖质的形成以及土壤肥力变化密切相关.其催化反应的动力学研究常用来阐明其催化过程的特性、酶的本质属性及其对环境变化的响应等.研究土壤氧化还原酶动力学特征对探讨其来源、性质及影响因素,对进一步调控多种营养元素参与的反应过程有重要意义.文中概述了土壤氧化还原酶动力学研究的理论基础,综述了土壤氧化还原酶催化动力学研究的进展和影响因素,并对今后的研究提出了几点建议.

土壤中Frankia菌RNA提取

土壤中Ｆｒａｎｋｉａ菌ＲＮＡ提取王育英，林建群，郭秀荣，李彤，张忠泽（中国科学院沈阳应用生态研究所，１１００１５）Ｆｒａｎｋｉａ非亚科共生固氮是一类重要的固氮资源。对Ｆｒａｎｋｉａ共生生物学、生态学等特性曾进行过广泛的研究。８ｔ０年代末，Ｆｒａｎｋｉ...

文冠果壳提取物对β-淀粉样蛋白致动物学习记忆障碍的改善作用

目的研究文冠果壳乙醇提取物对动物学习记忆障碍的改善作用并探讨其可能的作用机制。方法采用水迷宫法、避暗法测定小鼠的学习记忆能力;用Y迷宫法及Morris水迷宫法测试大鼠的学习记忆能力,显微镜下观察海马组织形态学改变。结果文冠果壳乙醇提取物显著减少侧脑室注射β-淀粉样蛋白(25-35)(Aβ(25-35))致记忆障碍小鼠水迷宫实验的逃避潜伏期和避暗实验的错误次数,延长避暗潜伏期;文冠果壳乙醇提取物显著提高D-半乳糖合用Aβ(25-35)致记忆障碍大鼠Y迷宫测试中正确反应率,显著缩短Morris水迷宫测试中的潜伏期及游泳路程;抑制海马神经元的变性及脱落。结论文冠果壳乙醇提取物对Aβ(25-35)致鼠学习记忆障碍有显著的改善作用,其作用机制可能与对抗Aβ(25-35)的毒性有关。

小叶白蜡接种外生菌根真菌对土壤石油烃的降解效果

采用盆栽实验研究了小叶白蜡(Fraxinus sogdiana)接种4种外生菌根真菌(E1-毛边滑锈伞(Hebeloma mesophaeusm)、E2-劣味乳菇(Lactarius insulsns)、E3-松塔牛肝菌(Stro-bilomyces floccopus)和E4-丝膜菌(Cortinarius russus)对沈抚灌区土壤石油烃的降解效果。结果表明:在白蜡不同组合双接种及混合接种中,以混合接种对土壤石油烃的降解效果最好,降解率比对照提高23.6%;其次为双接种中的E1E3和E2E4组合,降解率分别比对照提高21.0%和12.7%。接种外生菌根真菌可促进白蜡生长,尤其可明显提高其根生物量,增加侧根数,接种E1E3、E2E4和混合菌使白蜡侧根数分别增加了100%、67%和81%。相关分析表明,石油烃降解率与白蜡的侧根数呈显著相关,可能是其降解率提高的主要原因。

干旱区绿洲土地利用与覆被变化过程

应用遥感和GIS技术及数理统计学方法,以新疆三工河流域冲洪积扇-冲积平原型绿洲为研究区,利用1978年、1987年和1998年的遥感数据,深入研究了70年代中后期以来干旱区绿洲LUCC的过程和趋势。结果表明:(1)遥感和GIS在绿洲土地利用与覆被变化数据获取和空间分析方面是一种非常强大而有效的技术手段;(2)通过建立绿洲LUCC的幅度、速度、区域差异和变化趋势数学模型,可以较好的研究绿洲土地LUCC的过程和趋势,如变化的双向性、单向性、正向性和反向性,变化的涨势或落势等,在三工河流域绿洲应用取得良好效果;

干旱区绿洲景观尺度稳定性初步分析

在景观尺度上,从绿洲景观多样性、景观廊道的复杂性以及土地利用及其生态环境效应等方面探讨了绿洲景观稳定性的内涵,并对新疆三工河流域绿洲进行实例分析和应用。结果表明(1)人工绿洲景观的稳定需要绿洲景观的多样性逐渐降低和景观廊道的复杂性增加;但天然绿洲的稳定需要增加景观的多样性和景观廊道的复杂性。(2)人工绿洲景观稳定性还可从绿洲土地利用变化方面分析,绿洲土地利用变化是人类投入大量负熵的结果,投入的负熵越多,绿洲土地利用程度越高,越有利于绿洲从低级的亚稳定状态不断向高级稳定态发展,从而实现绿洲可持续发展。但人类

区域尺度绿洲稳定性评价

论文在区域尺度上,探讨了绿洲稳定性的内涵,并以新疆三工河流域绿洲为例,从绿洲所处的地理位置、绿洲与外围荒漠和山地系统之间的相互作用等方面评价了绿洲的区域稳定性。结果表明:①冲洪积扇型绿洲稳定性最高,其次是位于地下水溢出带下方的冲积平原型绿洲,稳定性最差的是湖滨三角洲或散流干三角洲上发育的绿洲;②绿洲的冷岛效应和植被指数可较好地表征绿洲与外围荒漠和山地系统之间的相互作用和评价绿洲的区域稳定性的时间变化。绿洲规模的扩大及绿洲水分和植被的增加将加强绿洲的冷岛效应,提高绿洲的稳定性;归一化差异植被指数增加,表明绿

中国云南轿子雪山自然保护区昆虫资源与生物多样性调查及齿颚卷象科Byctiscini族分类研究（鞘翅目，齿颚卷象科

本论文由两个单元组成，第一部分主要对中国云南轿子雪山自然保护区的昆虫资源分布、物种组成及生物多样性变化做了系统的研究探讨。第二部分是对中国齿颚卷叶象甲科(Rhynchitidae)的绿卷象族的分类系统及生物学进行了初步探讨。轿子雪山是距离昆明最近的自然保护区，并是少数著名的低纬度高海拔雪山之一。轿子雪山自然保护区的生态平衡影响着整个昆明地区的生态环境。但是对于此保护区的生物资源及多样性方面研究至今仍缺乏。作者于2006年8月至2007年8月对云南轿子雪山自然保护区昆虫资源进行了进一步摸底调查，并以地表甲虫为主要研究对象对其物种组成及生物多样性季节变化进行了连续跟踪调查。调查结果如下：1，共获得昆虫标本3725头，分别隶属于14目76科385种。经物种鉴定及对记录资料的进一步整理，得到轿子雪山自然保护区昆虫名录12目72科327种。2，通过对4种典型微环境样地(草地、灌丛、林地以及农田生态系统）的三次跟踪连续调查，共获得标本2451头，分别隶属于24科。其中步甲科(Carabidae)为优势类群，占总数的62.10%；隐翅虫科(Staphylinidae)其次，占12.77% 。可能由于海拔、气温等因素影响，该地区昆虫活动高峰期较短。3，通过对4种典型微生态环境中地表甲虫的生物多样性的比较，表明不同生境内甲虫的多样性指数存在动态变化，在不同生境片区内甲虫存在迁移活动，甲虫多在灌丛中越冬，并随季节及食物源迁移。卷叶象甲绿卷象族(Byctiscini)隶属于鞘翅目(Coleoptera)齿颚卷象科(Rhynchitidae)。以其独特的繁育后代方式——筑造多叶摇篮而闻名。其主要危害杨、苹果、梨、桦、盐肤木等许多重要经济树木。本文根据对文献资料的归纳整理和对现有昆虫标本的检视，对中国齿鄂卷象科(Rhynchitidae)的绿卷象族昆虫进行了较详细的分类系统学研究。共记述了绿卷象族卷叶象甲5属(Byctiscus、Aspidobyctiscus、Byctiscidius、Listrobyctiscus、Baikovius)43种，其中包括1中国新纪录种(Byctiscu regularis)。作者对本族昆虫的生物学及地理分布做了概括性描述，结果显示此族昆虫以东洋区为多数(48.84%)，古北区其次(34.88%)，东洋-古北共有种则占9.30%。此外，根据文献记述及标本检视，纠正一处物种记录错误，并针对部分物种编写了检索表。