添加碳源对不同pH水稻土中反硝化关键功能基因的影响

来源：南京信息工程大学学报·自然科学版杂志2022年第4期北京时间：

作者：李健，曲植，张立鑫，李铭江，陆江岳

单位：李健,西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室, 西安, 710048,曲植,西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室, 西安, 710048,zhiquzq@163.com张立鑫,中国科学院生态环境研究中心 环境化学与生态毒理学国家重点实验室, 北京, 100085,李铭江,西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室, 西安, 710048,陆江岳,西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室, 西安, 710048

摘要：水稻是我国第一大粮食作物,稻田特有的淹水环境为反硝化作用的发生提供了必要条件,而反硝化作用造成的氮素平均利用率低、温室气体排放等问题日趋严重.反硝化作用作为微生物驱动的生物学过程,自身受到多种因素的影响.为揭示pH、有机碳源等关键限制因子对水稻土反硝化菌的影响,本研究以两种初始pH不同的碱性和酸性水稻土作为研究对象,通过室内泥浆厌氧培养试验,分别基于DNA和RNA水平分析了反硝化关键功能基因(nirK/S、nosZ)丰度变化规律,以期揭示外源添加有机碳源(葡萄糖)对不同pH水稻土中反硝化微生物功能活性及潜势的影响.结果表明:1)外源添加葡萄糖会降低土壤pH,且pH降低程度随添加葡萄糖浓度的增加而增加;2)碱性水稻土中添加葡萄糖增强了反硝化作用;酸性水稻土中添加葡萄糖对反硝化作用的影响不显著;3)不同pH水稻土中nirK和nirS的基因数量和表达量对添加葡萄糖的响应具有显著差异,其中nirK基因的响应程度相对更高;4)在酸性水稻土中,nosZ基因的数量和表达量随碳源浓度的升高而降低,而碱性水稻土添加低浓度葡萄糖后,碳源的刺激作用占主导地位,nosZ基因的数量和表达量均有所增加,添加高浓度葡萄糖后,碳源添加引起的土壤酸化对nosZ基因的数量和表达量均起到了抑制作用.本研究表明水稻土中外源有机碳的添加从碳源供应和酸化土壤两方面综合影响了反硝化微生物功能和活性,进而影响反硝化作用的发生和氧化亚氮的排放,研究结果为稻田外源有机物输入的环境效应分析提供理论依据.

关键词：反硝化作用;水稻土;功能基因;碳源;土壤酸化

基金资助：国家自然科学基金(41977043);中国博士后科学基金(2019M653708);陕西省自然科学基础研究计划(2018JM4021)