菌群+代谢+QIIME2基因云，联手助力JHM土壤新作！-离子交换与吸附

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菌群+代谢+QIIME2基因云，联手助力JHM土壤新作！

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摘要：

期刊：《Journal of Hazardous Materials》

影响因子：10.588

最近，派森诺与石河子大学合作，在《Journal of Hazardous Materials》上发表论文，研究了镉（Cd）胁迫下聚合物改良剂对土壤微生物演替和生态位分化的代谢调控。本研究使用派森诺基因云的微生物组QIIME 2分析平台（），并通过菌群+代谢的多组学整合研究方法，主要探讨了3个问题：

1. 在Cd污染土壤中，应用聚合物改良剂对土壤生物多样性和微生物群落演替的影响是什么？

2. 不同Cd组分环境下，土壤生态位分化对聚合物改良剂的响应是否不同？

3. 聚合物改良剂如何通过土壤微生物群落演替和生态位分化来调节土壤代谢，降低Cd对植物的胁迫？

研究背景与思路

镉污染严重威胁着农业生产。高浓度Cd，特别是交换性Cd（Ex-Cd）会严重影响土壤微环境。因此探索土壤微环境对镉污染土壤的响应具有重要意义；

固体改良剂虽然可以有效降低Ex-Cd浓度，但是它并不是完全水溶性的，不能通过滴灌系统应用。而聚合物改良剂具有水溶性高、吸附效率高、利用率高等特点，可在滴灌系统中广泛应用，从而可取代固体改良剂；

测定土壤微生物群落组成可以验证改良剂对镉污染土壤的影响。此外，土壤线虫与土壤微生物之间存在较强的相互作用，土壤微生物可以影响线虫对Cd胁迫的响应。因此，土壤中Cd浓度的变化可以通过土壤微生物和线虫来反映；

土壤代谢组学可以将有机/无机化合物与土壤微生物群落结合起来，全面解释土壤微生物的实际功能。此外，土壤代谢物可作为土壤污染的生物标志物，苹果酸、富马酸、天冬氨酸和谷氨酸在土壤Cd迁移中起主要作用，这些代谢物也是微生物碳和能量的来源。因此，分析土壤微生物群落组成和土壤代谢产物有助于深入了解土壤中复杂的生物通路；

棉花是主要的经济作物之一，它对土壤中Cd的吸收、转运和积累作用显著。开花期和铃期是棉花生长的旺盛时期，棉花在这一时期也大力吸收和运输Cd。已有研究证实，作物生育期对土壤微生物群落结构有显著影响，根际微生物数量高峰出现在开花期和成铃期。因此，探索棉花花期利用液体聚合物改良剂修复Cd污染土壤的机理，阐明其潜在的生物学机制具有重要意义。

研究方法

实验对象：根际土壤

测序平台：Illumina NovaSeq-PE250

测序区域：细菌16S rRNA基因V3V4区、真菌ITS1区、线虫18S rRNA基因

分析方法：基于QIIME 2的派森诺基因云分析（结合DADA2序列处理得到ASV）

实验设计：

通过田间盆栽试验，研究自制的聚合物改良剂施用后土壤性质、土壤酶活性、微生物和线虫群落、土壤代谢组学的变化，以及土壤性质、微生物和线虫群落之间的关系。

研究结果

1. 土壤性质测定——傅里叶变换红外光谱（FTIR）

该数据代表了不同处理下土壤FTIR光谱中主要吸收峰的相对强度。PA处理下，增强了土壤硅酸盐中Si-O-Si的v3拉伸振动和苯环=C-H的非平面（摇摆）变角振动。苯环可与金属离子形成表面络合；硅酸盐可降低Cd的毒性。因此，研究推测，聚合物改良剂可降低土壤中Cd的生物有效性。

2. 聚合物改良剂对镉污染土壤中镉组分及土壤性质的影响

通过测定不同处理下根系生长指标、Cd浓度变化、土壤的理化性质等，发现与CK相比，Cd处理降低了根重和根体积，提高了根中Cd浓度（Ex-Cd、Carb-Cd、Ox-Cd、Org-Cd和Res-Cd）；土壤有机碳浓度、有机碳储量、氮浓度和氮储量降低，C/N比增加（Ex-Cd浓度的增加主要是由于土壤C/N比增加，说明较高的C/N比可以提高Cd的生物有效性）。

与Cd处理相比，PA处理下根体积增加了12.31%，Ex-Cd的浓度降低了41.43%，而Carb-Cd、Org-Cd和Res-Cd的浓度分别增加了146.27%、8.66%、76.00%；土壤中有机碳浓度、有机碳储量、氮浓度和氮储量增加，C/N比降低。最后的相关分析表明，根体积与Ex-Cd呈负相关；根重与Ex-Cd、Org-Cd呈负相关；根中Cd浓度与Ex-Cd、Carb-Cd、Ox-Cd、Org-Cd和Res-Cd都呈正相关。综上说明，该聚合物改良剂可调节镉污染土壤的Cd组分和土壤性质。

文章来源：《离子交换与吸附》网址: http://www.lzjhyxfzzs.cn/zonghexinwen/2021/0917/519.html

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