外源砷胁迫对两种土壤中细菌和古菌群落的影响

采矿和冶炼等活动会导致土壤中砷的累积,给农产品质量安全和土壤微生物带来不利影响.本文研究了外源砷进入黄壤(YS)和紫色砂页岩发育土壤(RS)后有效砷含量随时间的变化,并采用MiSeq高通量测序研究土壤中细菌和古菌在未加砷和外源砷胁迫1、30、360 d后的群落变化,探讨砷胁迫下土壤细菌和古菌的适应机制.结果 表明:外源...     

生物多样性保护的景观规划途径

景观规划设计在生物多样性保护中起着决定性的作用。基于不同的保护哲学,生物多样性保护的景观规划途径主要可分为两种：一是以物种为核心的景观规划途径,另一种是以景观元素为核心和出发点的规划途径。前者首先确定物种,然后根据物种的生态特性来设计景观格局,后者则以各种尺度的景观元素作为保护对象,根据其空间位置和关系设计景观格局。多种空间战略被认为有利于生物多样性的保护,包括保护核心栖息地、建立缓冲区、构筑廊道、增加景观异质性和引入或恢复栖息地。落实这些空间战略必须首先回答选择什么和在什么地方设计上述景观元素的问题。对此,目前尚没有很好的答案。传统的生物保护战略被动地强调现存濒危物种和景观元素的保护,如果将物种运动和生态过程作为一个能动的景观控制过程来对待,我们将会有一种全新的景观规划途径。其中有三个方面的概念对这种新的景观规划途径有启发意义：即景观的空间构型对生态过程的作用,生物进化空间轨迹与景观格局设计及景观阻力与潜在的生态基础设施的设计。景观生态安全格局正是在这些方向上的一个新的探索。     

低温细菌与古菌的生物多样性及其冷适应机制

低温细菌与古菌广泛分布于地球的低温环境,包括南极、北极及高山地带的冻土、低温土壤和荒漠、冰川、湖泊、海冰,以及深海、冰洞和大气平流层等.栖息在这些低温环境中的细菌与古菌具有丰富的多样性,主要为α,p和γ-Proteobacteria分支、CFB类群分支和革兰氏阳性细菌分支等.由于低温环境中的微生物流动性低,因而是研究微生物地理学理想的生态系统,有助于理解地球微生物的多样性、分布规律乃至形成机制.由于长期生活在冰冻环境中,低温细菌与古菌形成了多种适应低温环境的生理机制,如它们通过细胞膜脂类的组成来调节膜的流动性以维持正常的细胞生理功能;利用相容性溶质、抗冻蛋白、冰核蛋白及抗冰核形成蛋白等实现低温保护作用;产生冷激蛋白、冷适应蛋白和DEAD-box RNA解旋酶保持低温下RNA的正确折叠、蛋白质翻译等重要的生命活动;另外还产生低温酶,提高能量产生和储存效率等以适应低温环境.随着DNA序列分析技术的飞速发展,各类组学方法也用于揭示微生物全局性的冷适应机制.     

莱州湾及黄河口水域渔业生物多样性及其保护研究

莱州湾是黄渤海渔业生物的主要产卵场、栖息地和渤海多种渔业的传统渔场。不同时期按季节进行的多试捕调查结果表明：莱州湾渔业生物的资源量、优势度和多样性指数发生了显著的变化。１９５９、１９８２、１９９２～１９９３和１９９８年的平均单位网次渔获量分别为２５８、１１７、７７．５和８．５ｋｇ／ｈ,渔业资源呈现持续衰退的趋势。８０年代以来带鱼、小黄鱼等大型底于类为黄鲫、Ｔｉ鱼等小型中上层鱼类所替代,渔业生物群落     

药用植物刺山柑不同部位细菌群落结构及其多样性

【目的】研究传统药用植物刺山柑（Capparis spinosa L.）不同部位细菌群落结构、物种组成和多样性特征,为药用植物微生物资源的开发及微生物与宿主互作提供理论依据。【方法】本研究以刺山柑地上部植物组织（果实、茎）和地下部土壤（根际土壤、非根际土壤）为研究材料,采用高通量测序技术分析刺山柑不同部位细菌的16S rRNA基因多样性,比较其细菌群落结构和物种组成特征。【结果】刺山柑4种样本共获得的3 649个操作分类单元（operational taxonomic unit,OTU）,属于34门、88纲、248目、464科和1 051属。土壤样本的细菌多样性大于植物组织,细菌群落多样性以根际土壤、非根际土壤、茎和果实的顺序逐渐降低,果实内生细菌群落多样性始终最低,显著低于根际土壤。不同部位相对丰度较高的细菌门如下：植物组织中以变形菌门为主,根际土壤中为变形菌门和放线菌门,非根际土中为厚壁菌门和放线菌门。无色杆菌属（Achromobacter）、欧文氏菌属（Erwinia）、肠球菌属（Enterococcus）、微小杆菌属（Exiguobacterium）、乳杆菌属（Lactobacillus）和克雷伯氏菌属（Klebsiella）主要存在于刺山柑植物组织中。游动球菌属（Planomicrobium）、库克菌属（Kocuria）、类芽孢杆菌属（Paenibacillus）、链霉菌属（Streptomyces）、微枝形杆菌属（Microvirga）和节杆菌属（Arthrobacter）主要分布于土壤中。β多样性分析结果表明,刺山柑植物组织和土壤的细菌群落结构具有显著差异,同类型样本的细菌群落结构相似。【结论】刺山柑土壤样本中细菌群落的多样性和丰富度均高于植物组织,刺山柑不同部位的细菌群落组成不同。本研究对刺山柑不同部位细菌群落结构进行了初步分析,鉴定了各部位细菌群落中的核心菌群,为以后挖掘刺山柑的功能研究和利用提供了准确的微生物信息。     

浑善达克沙地夏冬季浅色型生物土壤结皮中古菌的系统发育多样性

【目的】生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)对于遏制土壤荒漠化、恢复荒漠地区生态环境起着重要作用。BSCs形成和发展的关键角色是微生物。但关于BSCs中微生物组成的认识还不够全面和系统,特别是对其中的古菌鲜有研究报道。【方法】通过构建和分析古菌16S rRNA基因克隆文库,揭示浑善达克沙地BSCs中古菌多样性和系统发育类型组成,并比较它们夏季和冬季的变化。【结果】BSCs样品颜色为褐色,厚度较薄,所含氮和磷营养养分不高;8月份和11月份的BSCs古菌16S rRNA基因文库覆盖度均达95%以上,代表性强;两个文库共得到可用的142条古菌16S rRNA基因序列,以0.03为Cutoff值、这些序列分入10个OTUs中,两个季节的最优势种群相同;8月份和11月份的古菌均属于奇古菌门,但群落结构存在很大的不同,即各自所独有的种群分别有1个和4个;BSCs中古菌多样性均不高,但11月份的明显高于8月份的。【结论】温带沙地浅色型BSCs中古菌的主要为奇古菌、多样性低,其群落结构随季节变换而有较大变化。本研究为系统认识BSCs古菌的多样性及其生态作用提供了基础。     

废弃矿井环境中微生物多样性与代谢功能预测

矿山废水已成为主要的环境污染问题之一,为探究废弃矿井排水生态环境中的微生物群落多样性和功能,选取贵州省遵义市某废弃煤矿,采用16S rRNA基因高通量测序技术研究矿井巷道表层沉积物的细菌和古菌群落组成。结果表明,所有样品中细菌多样性和丰度均高于古菌,细菌群落由52个门820个属组成,其优势菌属主要为A4b科中属水平的未定细菌、SBR1031目中属水平的未定细菌和KD4-96纲中属水平的未定细菌;古菌群落由12个门58个属组成,优势菌门为泉古菌门(Crenarchaeota),优势菌属主要为暂定属Candidatus＿Nitrocosmicus和暂定属Candidatus＿Nitrsosphaera。PICRUSt2功能预测表明,细菌中包含3条硫代谢循环途径,分别为同化硫酸盐还原、异化硫酸盐氧化/还原和SOX络合物氧化硫代硫酸盐,古菌中包含2条硫代谢循环途径,分别为同化硫酸盐还原和SOX络合物氧化硫代硫酸盐,共检测到18个细菌硫代谢基因和13个古菌硫代谢基因。关于废弃矿井环境中的微生物及其代谢功能分析,能进一步拓展对矿山环境微生物系统的认识。     

滴灌对苜蓿根际土壤细菌多样性和群落结构的影响

【背景】细菌作为土壤微生物中的重要类群,能够有效促进土壤物质循环和能量流动,细菌多样性以及群落结构能够反映土壤的质量状况。【目的】了解滴灌条件下苜蓿根际土壤细菌群落结构及多样性变化,探讨土壤环境因子对细菌群落结构的影响。【方法】基于细菌16Sr RNAV3-V4区高通量测序技术,分析比较滴灌与自然降雨两种模式下生长的苜蓿根际与非根际土壤中细菌多样性和群落分布规律,然后采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)探讨土壤环境因子与细菌多样性的关系。【结果】苜蓿根际土壤中细菌多样性丰富,滴灌根际土壤中细菌多样性显著高于自然降雨根际土壤;土壤样品中共检测到细菌46门53纲116目220科469属,主要的优势菌门为变形菌门(Proteobacteria,25.27%-34.42%),其中α-变形菌纲(Alphaproteobacteria,11.41%-18.97%)为优势亚群,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas,1.00%-4.54%)为优势属。相较于自然降雨,滴灌条件下苜蓿根际土壤细菌的6个门和16个属的群落结构发生显著变化;此外,RDA分析表明,不同环境因子对微生物群落的影响不同,滴灌根际土壤中9个细菌属的丰度与全磷、全钾、有效磷、碱解氮、有机质、土壤中性磷酸酶以及土壤脲酶的含量显著正相关。【结论】滴灌作为新型节水技术,在促进植物生长、提高产量、节约成本的基础上增加了植物根际土壤中细菌多样性和丰度,该结果为新型灌溉体制的改革以及土壤微生物资源的开发利用提供科学数据。     

海南东寨港红树林不同植被土壤微生物群落结构比较

【目的】比较不同植被下红树林土壤细菌和古菌的多样性及群落结构,认识红树林土壤微生物资源多样性。【方法】直接提取红树林土壤总DNA,采用细菌通用引物27F/1492R和古菌通用引物Arch21F/Arch958R进行PCR扩增,构建细菌和古菌16S rRNA基因文库,对海南东寨港自然保护区秋茄林、无瓣海桑林和无红树林裸滩土壤的细菌和古菌多样性和群落结构进行分析和比较。【结果】3种土壤样品的细菌类群包括变形细菌门(Proteobacteria)等16个类群,其中变形细菌门(Proteobacteria)与绿屈挠菌门(Chloroflexi)是优势类群;古菌包括6个嗜泉古菌界(Crenarchaeota)类群和7个广域古菌界(Euryarchaeota)类群,分别以Marine Benthic Group C、Marine Benthic Group D为优势类群。多样性指数(H’)和物种丰富度指数(Schao1)表明,本地种秋茄林下土壤细菌和古菌的多样性指数最高,外来种无瓣海桑显著低于秋茄林,甚至明显低于相邻无红树林裸滩沉积物;不同植被下土壤细菌和古菌群落结构存在显著差异,秋茄林土壤微生物群落结构和无红树林裸滩沉积物更相似。【结论】红树林土壤微生物类群丰富,不同植被下土壤细菌和古菌多样性和群落结构存在显著差异。     

攀枝花不同海拔高度烤烟农田红壤中氨氧化细菌与氨氧化古菌的群落结构分析

为探究攀枝花干热河谷区农田土壤氨氧化古菌（Ammonia oxidizing archaea,AOA）与氨氧化细菌（Ammonia oxidizing bacteria,AOB）群落对海拔高度的响应特征,深入认识该区域的氮素循环过程。以攀枝花米易县不同海拔（1600 m、1800 m和2000 m）农田红壤为研究对象,运用化学分析和末端限制性片段长度多态性（Terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP）分别测定土壤理化性质、AOA和AOB群落组成及多样性,研究不同海拔农田土壤中AOA和AOB群落变异及其驱动因子。研究结果显示,不同海拔农田土壤pH均小于7,土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、速效钾（AK）和铵态氮（NH₄⁺-N）含量随海拔升高而降低,碱解氮（AN）、有效磷（AP）和硝态氮（NO₃^--N）含量随海拔升高先增加后降低;随海拔升高,AOA群落多样性指数增加,而AOB群落多样性指数先增加后降低;AOA以亚硝基球菌属（Nitrososphaera）为优势菌群,AOB以亚硝化螺菌属（Nitrosospira）为优势菌群;土壤有机碳（SOC）、速效钾（AK）和硝态氮（NO₃^--N）是影响该区域农田土壤AOA和AOB群落发育的主要因子。总体而言,攀枝花干热河谷区不同海拔农田土壤AOA和AOB群落结构变化明显,土壤硝态氮、速效钾和有机碳是影响AOA和AOB群落结构变异的主要因子;研究结果可为揭示干热河谷区农田红壤氮循环相关微生物的海拔分布格局提供理论依据。     

施肥方式对干旱半干旱地区土壤氨氧化微生物数量和群落的影响

氨氧化是硝化作用的限速步骤,也是评估土壤氮循环和提高氮肥利用效率的重要指标。以内蒙古农牧业科学院旱作实验站长期定位实验为基础,通过实时荧光定量PCR和末端限制性片段长度多态性分析,研究了5种施肥方式（单施氮肥、单施有机肥、氮磷钾配施、有机无机配施和不施肥）对土壤氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）群落丰度、结构和活性的影响。结果表明：单施氮肥、氮磷钾肥配施以及有机无机肥配施均能显著提高AOB的丰度以及土壤硝化潜势。Nitrosospiria cluster 3a.1是不施肥土壤中主要的AOB种群,而施用氮肥后优势种群转变为Nitrosospiria cluster 3a.2。Nitrosospiria cluster 3b的比例在施用有机肥处理土壤中显著升高。在干旱半干旱地区,土壤pH和含水量是解释AOB群落结构变化的关键环境因子。AOA的丰度在单独施用氮肥处理中显著升高,但不同施肥方式对AOA的群落结构没有显著影响。     

轮作模式对冬小麦土壤氨氧化微生物群落多样性和组成的影响

农田温室气体减排已成为农业绿色发展的重要内容,驱动温室气体氧化亚氮(N₂O)产生的氨氧化微生物受到了研究者们的广泛关注。为探究轮作模式对土壤氨氧化微生物群落的影响,基于田间定位试验,研究了夏红小豆-冬小麦、夏绿豆-冬小麦、夏花生-冬小麦、夏大豆-冬小麦和夏玉米-冬小麦5种轮作模式中冬小麦根际和非根际土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的群落组成和多样性变化特征。结果表明:与夏玉米-冬小麦模式相比,豆禾轮作模式增加了根际土中有机碳和硝态氮含量,以及非根际土中全氮和铵态氮含量。豆禾轮作模式降低了非根际土壤中AOA群落的ACE指数和Chao1指数,并显著降低根际土中AOB群落的ACE指数和Chao1指数(P<0.05)。豆禾轮作显著增加AOA群落中泉古菌门(Crenarchaeota)和AOB群落中变形菌门(Proteobacteria)某些类群的相对丰度(P<0.05)。根际土中豆禾轮作模式与麦玉模式的AOA群落结构发生明显分离,而非根际土中豆禾轮作模式与麦玉模式的AOB群落发生分离(P<0.05)。研究结果表明:豆禾轮作种植改变了AOA和AOB的群落结构和多样性,土壤pH值和速效氮含量是驱动AOA和AOB群落结构变化的重要因子,且根际与非根际土壤中氨氧化微生物存在生态位分离。     

柑橘黄龙病株不同部位内生细菌群落结构的多样性

采用PCC(Pearson correlation coefficient)、系统聚类和多样性指数研究了柑橘黄龙病(citrus huanglongbing,HLB)植株不同部位叶片、枝条及其根部内生细菌的相互关系及其群落结构多样性.结果表明,从供试柑橘中分离得到26株内生细菌(叶片10株,枝条14株,根部2株)隶属于10个属19个种.Nested-PCR结果显示,柑橘植株不同空间叶片中,黄龙病病原的阳性检出率为58.3％.用LSD法比较显示,柑橘内生细菌在不同器官的分布量大小依次为根＞叶＞枝条.上、中、下不同部位叶片和枝条内生细菌分布量差异不显著,而东、西、南、北不同方位的叶片和枝条内生细菌分布量差异显著(P＜5％).柑橘内生细菌之间的PCC分析表明,Bacillus pumilus和Bacillus sp.与柑橘黄龙病病原菌呈显著负相关,Bacillus sp.和Bacillus pumilus与Bacillus subtilis呈显著正相关.Bacillus brevis和Escherichia hermannii与Bacillus vesiculariss存在显著正相关.对柑橘不同器官内生细菌的PCC分析表明,同种器官的内生细菌之间呈正相关,不同器官的内生细菌之间呈负相关.以内生细菌在各器官的分布量为指标分析不同器官之间的相关性,结果表明,叶片与枝条呈正相关,PCC为0.55,叶片与根部、枝条与根部均呈负相关,PCC分别为-0.19和-0.13.16S rDNA序列聚类分析表明,柑橘内生细菌可分为两大类,第Ⅰ大类为革兰氏阳性菌,第Ⅱ大类为革兰氏阴性菌.第Ⅰ大类又可以分为芽孢杆菌属和短小杆菌属两个亚类,第Ⅱ大类也可以分两个亚类.对柑橘黄龙病病原与叶片内生细菌进行聚类分析,可以分为三类,第Ⅰ类特征为内生细菌存在所有部位的叶片;第Ⅱ类特征为内生细菌与黄龙病病原菌存在负相关性;第Ⅲ类特征为内生细菌只存在特定部位叶片.当马氏距离为27.23时,可将柑橘黄龙病内生细菌群落结构聚为3类,第Ⅰ类特点是在不同部位叶片均有分布,为完全分布类型,且分布量较大,第Ⅱ类特点是在各器官中均为不完全分布类型,且分布量不均匀,第Ⅲ类特点是根部分布特性且分布量较大.分析多样性指数表明,SHANNON(H1)指数在叶片最高,根部最低.SIMPSON(D)指数在枝条最高,根部最低.Pielou指数在根部最高,枝条最低.     

青海湖与中国内陆盐湖古菌群落组成的比较

【目的】本研究旨在全面揭示中国最大的内陆咸水湖——青海湖的古菌群落结构,并对青海湖与盐湖的古菌多样性及群落结构进行比较。【方法】随机选取了青海省的茶卡盐湖、陕西省的花马池盐湖和苟池盐湖以及山西省的运城盐湖作为盐湖组。青海湖与盐湖组每个湖泊各采取5个样品,采用针对16S rRNA基因的高通量测序技术分析5个湖泊中的古菌群落组成。【结果】研究发现,青海湖的优势菌群为DHVEG-6_norank、Methanomicrobia_unclassified、Methanobacterium(甲烷细菌属)、Methanolobus(甲烷叶菌属)、Candidatus_Methanomethylophilus、Miscellaneous_Euryarchaeotic_Group(MEG)_norank、AMOS1A-4113-D04_norank、Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)、Miscellaneous_Crenarchaeotic_Group_norank。其中,DHVEG-6_norank(70.46%)占绝对优势,但该类群在盐湖中含量极少。4个盐湖的共有优势属为Halonotius、Halorubrum(盐红菌属)、Natronomonas(嗜盐碱单孢菌属)、Halobellus和Haloarcula(盐盒菌属)。对于青海湖与盐湖之间的古菌群落多样性,影响最大的因素为湖水的矿化度,矿化度与5个湖泊的古菌多样性呈负相关,矿化度较低的青海湖群落组成与其他4个盐湖差异显著,无共同优势菌;其次为pH,pH与湖泊中古菌群落多样性呈微弱正相关,小幅度影响到某些菌属的丰度;而本文研究范围内的海拔与其群落结构及多样性没有明显相关性。【结论】青海湖与其他4个盐湖之间的群落结构及多样性有显著差异,矿化度对古菌群落多样性具有显著影响。另,本次测序发现5个湖泊中均有大量未分类的古菌,应为潜在的新种。     

两种盐生植物根际土壤细菌多样性和群落结构

应用高通量测序技术对西北干旱区两种盐生植物黑果枸杞和里海盐爪爪根际土壤细菌的多样性和群落结构进行研究,旨在揭示两种耐盐植物根际土壤细菌之间以及根际与非根际细菌群落结构间的差异,为深入研究盐生植物根际土壤微生物与耐盐性之间的关系提供理论基础。结果表明:黑果枸杞、里海盐爪爪根际细菌多样性丰度高于非根际土,黑果枸杞根际土壤细菌多样性丰度高于里海盐爪爪。根际和非根际土壤细菌群落的组成和丰度存在差异,从黑果枸杞和里海盐爪爪根际土壤中分别检测出细菌21门289属和22门304属,而从非根际土壤中分别检测出28门285属和24门336属;在两种盐生植物根际土壤中,变形菌门和厚壁菌门均为优势门;拟杆菌门、放线菌门、蓝细菌门及浮霉菌门在根际土壤中的丰度显著高于非根际土壤,而厚壁菌门在根际土壤中的丰度低于非根际土壤。两种植物根际土壤中的细菌优势门和优势属的数量均高于非根际土壤,在黑果枸杞和里海盐爪爪的根际土壤中的细菌优势属分别有10个和9个,而二者非根际土壤中的细菌优势属各有4个,其中假单胞菌属是根际和非根际土壤中的共有优势属。黑果枸杞和里海盐爪爪根系细菌群落组成和丰度存在差异,只有假单胞菌属和盐单胞菌属是两种植物根际土壤中的共有优势属。Unifrac分析和聚类分析表明,两种盐生植物根际土壤细菌之间的相似性大于根际和非根际细菌群落间的相似性。细菌多样性与土壤有机碳、有机质、总氮正相关,与pH、电导率负相关,电导率和pH,有机碳和总氮分别是非根际土,根际土壤细菌群落物种组成的主要影响因素。     

运城盐湖细菌群落结构及生态多样性分析

运城盐湖作为一个人类活动深入参与的高盐环境,其中的细菌群落结构及生态多样性既有盐湖环境的共性,又有自身的特殊性。【目的】运城盐湖湖水颜色丰富,蕴含着大量嗜盐及耐盐微生物资源。为了深入探究运城盐湖细菌资源分布规律,对不同水域中细菌多样性和群落结构进行研究,探讨运城盐湖不同水域中细菌群落结构的变化规律。【方法】基于16S rRNA基因的扩增子高通量测序,对运城盐湖不同水域的细菌群落结构进行分析,同时对微生物的潜在代谢功能进行预测。【结果】运城盐湖不同水域中的优势细菌类群有所差异,在盐湖中部,假单胞菌门(Pseudomonadota)、放线菌门(Actinobacteriota)和拟杆菌门(Bacteroidota)是优势类群;而在运城盐湖东部,芽孢杆菌门(Bacillota)则是主要类群;在运城盐湖西部,髌骨菌门(Patescibacteria)类群较为丰富。对运城盐湖不同区域的细菌多样性进行分析,数据显示盐湖中部浅黄色湖水中微生物多样性显著高于盐湖东部和西部区域,但盐湖中部红色湖水区域的微生物多样性较低。另外,在盐湖中部,湖水颜色不同的区域细菌物种分布也具有较大的差异。对运城盐湖细菌代谢功能进行预测分析发现,在盐湖不同区域的微生物参与的代谢通路活性各不相同,表现出较强的区域分布性,盐湖东部和西部的微生物代谢比盐湖中部更具有活性。【结论】运城盐湖微生物多样性丰富,不同水域的细菌多样性具有显著差异,盐湖不同水域的环境对细菌群落结构具有一定影响。本研究为运城盐湖细菌资源多样性的保育及开发利用提供了重要的理论基础。