2024-11-26
前言
生物地(di)(di)球(qiu)化學循環(huan)是(shi)自然界中(zhong)各種化學元(yuan)素在不同環(huan)境(jing)和(he)生物體(ti)之間不斷轉移(yi)和(he)轉化的(de)過程(cheng)，對維持生態系(xi)統(tong)的(de)平衡和(he)功能至關重要。從碳、氮、磷、硫(liu)到鐵(tie)、砷、汞、硒等微(wei)量(liang)元(yuan)素，這(zhe)些循環(huan)不僅支撐著生命(ming)的(de)基本需求，還深刻影響(xiang)著全球(qiu)氣候變(bian)化、環(huan)境(jing)污(wu)(wu)染(ran)和(he)人(ren)類健康。近年(nian)來，隨著工業化進程(cheng)的(de)加快和(he)人(ren)口增長，人(ren)類活動對這(zhe)些循環(huan)產生了前(qian)所未有的(de)干(gan)擾(rao)，引發了諸如(ru)溫(wen)室氣體(ti)排放、水(shui)體(ti)富(fu)營養化和(he)重金屬污(wu)(wu)染(ran)等一系(xi)列環(huan)境(jing)問題。面對這(zhe)一系(xi)列的(de)環(huan)境(jing)問題，微(wei)生物參(can)與(yu)生物地(di)(di)球(qiu)化學循環(huan)的(de)研究(jiu)日漸火(huo)熱(re)，下(xia)面小編整理了一些研究(jiu)微(wei)生物參(can)與(yu)生物地(di)(di)球(qiu)化學循環(huan)的(de)典型研究(jiu)方向，讓我們一起看看吧！
1、土壤肥力與(yu)可持續管(guan)理
微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)通過多(duo)種途徑影響(xiang)養分的(de)(de)轉化和(he)(he)循(xun)(xun)環(huan)，對土壤(rang)肥(fei)力和(he)(he)植物(wu)(wu)生(sheng)(sheng)長具有重(zhong)要作(zuo)用。例如，固氮(dan)(dan)(dan)菌(jun)能夠將(jiang)大(da)氣中(zhong)的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)氣轉化為植物(wu)(wu)可利用的(de)(de)銨態氮(dan)(dan)(dan)，而硝(xiao)化細(xi)菌(jun)和(he)(he)反硝(xiao)化細(xi)菌(jun)則分別負責銨態氮(dan)(dan)(dan)向硝(xiao)態氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)轉化以及硝(xiao)態氮(dan)(dan)(dan)向氮(dan)(dan)(dan)氣的(de)(de)還(huan)原。微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)還(huan)能分解有機質，釋放出磷、硫等養分，提高(gao)其有效(xiao)性。在輪(lun)作(zuo)、間作(zuo)等不同耕作(zuo)模式中(zhong)，微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)參與影響(xiang)土壤(rang)養分轉化，豆科(ke)作(zuo)物(wu)(wu)與非豆科(ke)作(zuo)物(wu)(wu)輪(lun)作(zuo)可以促進固氮(dan)(dan)(dan)菌(jun)的(de)(de)活動，增(zeng)加(jia)土壤(rang)氮(dan)(dan)(dan)素；間作(zuo)則通過增(zeng)加(jia)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)多(duo)樣(yang)性，提高(gao)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)群落的(de)(de)功(gong)能多(duo)樣(yang)性，增(zeng)強養分循(xun)(xun)環(huan)效(xiao)率(lv)。
案例
文章標(biao)題：熱帶草-玉(yu)米間作系統土壤功能氮循環基(ji)因與N2O排(pai)放
期刊：Soil Biology and Biochemistry
影響因(yin)子：9.8
年份：2022
研(yan)究(jiu)背景：植物和(he)種植制(zhi)度(du)直(zhi)接(jie)或間(jian)接(jie)影響(xiang)土壤(rang)無(wu)機氮動(dong)態(tai)。牧(mu)草（Megathyrsus 屬(shu)和(he) Urochloa屬(shu)）可以(yi)抑制(zhi)硝化作用(yong)，對土壤(rang)無(wu)機氮動(dong)態(tai)和(he)氧化亞氮（N2O）排放產生直(zhi)接(jie)或間(jian)接(jie)的影響(xiang)。然而，氮肥處理下(xia)土壤(rang)化學性質對間(jian)作玉米(mi)氮素(su)功(gong)能(neng)基因動(dong)態(tai)和(he)氮素(su)損失的影響(xiang)尚(shang)不清楚。
研究方(fang)法：細菌16S（338F / 518R）、古菌16S（519F / 915R）、nifH、AOA、AOB、nirS、nosZ
研究(jiu)結(jie)論：本研(yan)究提供了(le)關(guan)于玉米與牧草間(jian)(jian)(jian)作(zuo)系(xi)(xi)統(tong)中氮(dan)循環功能(neng)基因(yin)(yin)與土壤參數(shu)及(ji)N2O排(pai)放通量之(zhi)間(jian)(jian)(jian)關(guan)系(xi)(xi)的(de)(de)新信息，認為牧草具有抑制土壤硝(xiao)化的(de)(de)能(neng)力。結(jie)果顯示(shi)(shi)，施氮(dan)處(chu)理下(xia)的(de)(de)N2O累(lei)積(ji)排(pai)放量高于不施氮(dan)處(chu)理。此外，土壤性(xing)(xing)質以(yi)及(ji)氨氧化細(xi)菌(jun)（AOB）基因(yin)(yin)豐(feng)度與N2O排(pai)放之(zhi)間(jian)(jian)(jian)存在密切關(guan)系(xi)(xi)，反硝(xiao)化基因(yin)(yin)的(de)(de)豐(feng)度與N2O排(pai)放通量之(zhi)間(jian)(jian)(jian)未發現(xian)顯著相關(guan)性(xing)(xing)。主成分分析（PCA）進一步揭示(shi)(shi)了(le)N2O排(pai)放與AOB之(zhi)間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)關(guan)系(xi)(xi)，這表明AOB可能(neng)會增加間(jian)(jian)(jian)作(zuo)系(xi)(xi)統(tong)中的(de)(de)N2O排(pai)放。
主要分(fen)析(xi)結果(guo)展示
2、環境污染(ran)
環境(jing)污(wu)(wu)(wu)染已成為全(quan)球面臨的嚴(yan)峻挑戰(zhan)，對生(sheng)態系統(tong)和(he)人(ren)類健康造成重(zhong)大威(wei)脅。水體(ti)污(wu)(wu)(wu)染破壞水源安(an)(an)全(quan)，土(tu)(tu)壤污(wu)(wu)(wu)染影響農作物(wu)質量(liang)和(he)食品安(an)(an)全(quan)，并且(qie)這些污(wu)(wu)(wu)染還(huan)加劇了氣候變(bian)化(hua)(hua)。在土(tu)(tu)壤污(wu)(wu)(wu)染脅迫下，微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)能夠通過(guo)降解(jie)有(you)機污(wu)(wu)(wu)染物(wu)、轉化(hua)(hua)重(zhong)金屬和(he)參與(yu)養(yang)分循環，有(you)效減輕污(wu)(wu)(wu)染影響。在水體(ti)污(wu)(wu)(wu)染治理(li)中(zhong)，微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)通過(guo)好氧(yang)和(he)厭(yan)氧(yang)代(dai)謝過(guo)程(cheng)降解(jie)有(you)機物(wu)，參與(yu)氮磷循環，減少富營(ying)養(yang)化(hua)(hua)，并通過(guo)吸附和(he)沉淀去除重(zhong)金屬。在氣候變(bian)化(hua)(hua)方(fang)面，微(wei)(wei)生(sheng)物(wu)參與(yu)碳氮硫循環，減少溫室氣體(ti)排(pai)放。
案例(li)
文(wen)章標題：Thiobacillus spp. and Anaeromyxobacter spp.在(zai)兩種不同(tong)類(lei)型(xing)的砷污染土壤中介(jie)導亞(ya)砷酸鹽氧化依(yi)賴的生物固氮
期刊：Journal of Hazardous Materials
影響因子：12.2
年份：2023
研究背景：砷(shen)污(wu)染(ran)土(tu)壤(rang)是(shi)一(yi)個全(quan)球性(xing)的環境(jing)問(wen)題，亞砷(shen)酸鹽（As(III)）的高毒性(xing)對生(sheng)態系統和(he)人類健(jian)康構成嚴重威(wei)脅。生(sheng)物(wu)固(gu)氮是(shi)維(wei)持土(tu)壤(rang)肥力的關鍵(jian)過(guo)程(cheng)之一(yi)，但在砷(shen)污(wu)染(ran)條件下，這一(yi)過(guo)程(cheng)可能受到抑(yi)制。
研究方法：16SV4、宏基(ji)因組、Binning
研究結論：與Thiobacillus spp.相關(guan)的(de)細菌(jun)對于(yu)砷污(wu)(wu)染(ran)的(de)表面土壤(rang)中(zhong)(zhong)的(de)砷依賴(lai)(lai)的(de)生物(wu)固(gu)氮(dan)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)扮(ban)演著重要的(de)角色，而(er)Anaeromyxobacter spp.則在(zai)砷污(wu)(wu)染(ran)的(de)河流沉(chen)積(ji)物(wu)中(zhong)(zhong)負責依賴(lai)(lai)砷氧(yang)化(hua)(hua)的(de)生物(wu)固(gu)氮(dan)菌(jun)。宏基(ji)(ji)因組分(fen)(fen)箱及DNA穩定同位素的(de)分(fen)(fen)析結果鑒定了砷依賴(lai)(lai)的(de)生物(wu)固(gu)氮(dan)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)固(gu)定氮(dan)、碳及氧(yang)化(hua)(hua)砷的(de)關(guan)鍵(jian)(jian)功能基(ji)(ji)因，于(yu)此同時，關(guan)鍵(jian)(jian)基(ji)(ji)因相關(guan)的(de)金屬抗性也表明(ming)這些細菌(jun)在(zai)重金屬嚴重污(wu)(wu)染(ran)的(de)生態環境中(zhong)(zhong)的(de)生存策略(lve)。
主要分析結(jie)果展示(shi)
3、食品安全
微(wei)生(sheng)物群落的多樣性(xing)(xing)和相互(hu)作(zuo)用對控制病原(yuan)菌、提高作(zuo)物抗逆性(xing)(xing)和減少重(zhong)金(jin)屬(shu)積(ji)累(lei)具(ju)有重(zhong)要作(zuo)用，從而(er)保障食(shi)(shi)品的安全性(xing)(xing)和營養價值。微(wei)生(sheng)物可(ke)以參(can)與重(zhong)金(jin)屬(shu)的形態轉變，降低其生(sheng)物可(ke)利用性(xing)(xing)和毒性(xing)(xing)，通(tong)過微(wei)生(sheng)物的生(sheng)物修復技術，可(ke)以有效去(qu)除土壤和水體中的重(zhong)金(jin)屬(shu)污染物，提高食(shi)(shi)品的安全性(xing)(xing)和環境質量。
案例
文章標題：宏基因組和機器學習輔助(zhu)鑒定驅動兩個水稻品種根相關微生(sheng)物組獨特(te)Cd積累特(te)征的生(sheng)物標志物。
期刊：ISME Communications
影(ying)響(xiang)因子(zi)：5.1
年(nian)份：2023
研究背景：開發低鎘(ge)（Cd）水(shui)(shui)(shui)稻(dao)品種已成為解(jie)決鎘(ge)污染農田(tian)食(shi)品安全(quan)問(wen)題的一(yi)個有前景(jing)的途徑。研(yan)究表明，水(shui)(shui)(shui)稻(dao)根(gen)(gen)系(xi)(xi)微(wei)生物組能夠促(cu)進水(shui)(shui)(shui)稻(dao)生長并減輕鎘(ge)脅迫。然而(er)，不同水(shui)(shui)(shui)稻(dao)品種間，不同Cd積累特性下，根(gen)(gen)系(xi)(xi)微(wei)生物的抗鎘(ge)機制(zhi)仍不完全(quan)清楚。深(shen)入研(yan)究根(gen)(gen)系(xi)(xi)微(wei)生物作用和機制(zhi)，將有助于進一(yi)步(bu)優(you)化低鎘(ge)水(shui)(shui)(shui)稻(dao)品種的培(pei)育(yu)，提高受污染農田(tian)的食(shi)品安全(quan)性。
研究方法：宏基因組、Binning
研究結論：本(ben)研究比較(jiao)了5種(zhong)(zhong)土(tu)壤改(gai)良劑對低鎘品(pin)種(zhong)(zhong)XS14和(he)(he)雜交水稻(dao)YY17鎘積累的(de)影響。結果表明，與(yu)YY17相(xiang)比，XS14根際(ji)具(ju)有更多(duo)變的(de)群落結構和(he)(he)穩定的(de)共生(sheng)網絡。XS14根際(ji)群落的(de)隨機過(guo)程較(jiao)YY17強(qiang)，說明XS14對土(tu)壤性質變化的(de)抵抗能力較(jiao)強(qiang)。同時，在(zai)(zai)這兩(liang)個品(pin)種(zhong)(zhong)的(de)根相(xiang)關(guan)微(wei)生(sheng)物群落中(zhong)分別觀察到(dao)參(can)與(yu)硫循(xun)環(huan)和(he)(he)氮循(xun)環(huan)的(de)基因。XS14根際(ji)和(he)(he)根際(ji)微(wei)生(sheng)物組(zu)在(zai)(zai)功能上表現出(chu)較(jiao)高的(de)多(duo)樣(yang)性，氨(an)基酸和(he)(he)碳水化合物運輸代謝(xie)及硫循(xun)環(huan)相(xiang)關(guan)功能基因顯著富集。
主要分析結果展示
