扎龙盐碱湿地芦苇根际土的优势产甲烷途径分析

【背景】芦苇湿地是甲烷主要的排放源之一,产甲烷古菌是唯一产生大量甲烷的生物,而盐碱湿地芦苇根际土优势甲烷途径鲜有研究。【目的】调查扎龙低温盐碱湿地芦苇根际土中的优势产甲烷途径。【方法】通过16S rRNA基因扩增子测序,分析扎龙湿地芦苇生长季根际土壤深度0–20 cm的产甲烷古菌和细菌组成。用已知的产甲烷底物三甲胺、甲醇、乙酸和H₂/CO₂,以及高盐环境植物和细菌的相似相容物质——甜菜碱(被细菌还原成三甲胺)在pH 8.0培养获得芦苇根际土的产甲烷富集物。测定各种富集物的产甲烷速率鉴定芦苇根际土的优势产甲烷途径;测定甜菜碱富集物中的16S rRNA基因多样性,并用RT-qPCR定量优势细菌和古菌的物种组成,从而推测协同代谢甜菜碱产甲烷的细菌和古菌类群。【结果】扎龙盐碱湿地芦苇根际土含有氢营养型的甲烷杆菌属(Methanobacterium,36.42%)、偏好低氢的Rice Cluster Ⅱ (11.55%)、乙酸营养型的甲烷鬃菌属(Methanosaeta,11.29%)、甲基营养型的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina,6.53...     

产甲烷条件下岩溶湿地沉积物中古菌群落的变化规律

【背景】桂林会仙湿地位于喀斯特峰丛洼地和峰丛平原的过渡区,主要由岩溶地下河补给,水质呈现富钙偏碱特征,是一处典型的岩溶湿地环境,湿地沉积物以厌氧环境为主,独特的环境特征使之成为研究新型厌氧微生物的理想场所。氢型产甲烷菌和乙酸型产甲烷菌是环境中有机质厌氧降解的重要参与者,但目前会仙湿地产甲烷菌生理生态功能的研究十分有限。【目的】揭示乙酸盐营养型产甲烷条件和氢气营养型产甲烷条件下岩溶湿地环境古菌群落结构的变化规律和产甲烷菌的主要类群,探讨岩溶环境古菌的功能和相互关系。【方法】以会仙岩溶湿地沉积物为研究材料,分别以乙酸盐和氢气为唯一能源物进行富集培养,结合未添加任何能源底物的对照处理,动态监测产甲烷通量,分别构建了3个共包含146条古菌16S rRNA基因全长序列的文库,以及3个共包含138条甲基辅酶M还原酶基因mcr A基因序列的文库,通过构建系统发育树比较分析不同产甲烷底物培养条件下典型岩溶湿地古菌群落的变化规律。【结果】从乙酸型和氢型产甲烷条件培养物顶空气中都检测到了几乎等浓度的甲烷产生,甲烷八叠球菌是mcr A文库中主要的古菌类群,其中包含了Methanosarcina属古菌、Zoige Cluster I (ZC-I)和ANME-2d Cluster (AD)类群古菌,以及两个相对独立且不包含任何参考序列的分支KT-I和KT-II,可能代表产甲烷菌的新类群;经过两种产甲烷条件的富集培养后,ZC-I、AD和KT-II类群古菌的序列数占比有较为显著的增加(45%–155%);深古菌(Bathyarchaeota)是所有古菌16Sr RNA基因文库的优势类群,序列占比为88%–100%,其中MCG-11亚群最为丰富,占所有深古菌的84%,并且在乙酸盐产甲烷条件下增加了17%。【结论】会仙湿地沉积物中蕴涵着丰富的新型古菌序列,沉积物中主要的氢型产甲烷菌和乙酸型产甲烷菌都来自甲烷八叠球菌目,深古菌在岩溶环境和乙酸型产甲烷条件下可能都发挥着重要的作用。     

人肠道梭菌和甲烷马赛球菌协同代谢甜菜碱和胆碱产甲烷研究

【目的】根据人肠道富含胆碱和甜菜碱,同时肠道微生物组中具有裂解胆碱和还原甜菜碱产三甲胺的细菌,以及利用三甲胺产甲烷的古菌,本研究探讨肠道细菌与古菌协同代谢甜菜碱和胆碱产甲烷的可能性。【方法】调查不同年龄段人群粪便中的16S rRNA基因多样性,分析肠道中古菌的菌群组成;利用定量PCR(quantitativePCR,qPCR)定量甲烷马赛球菌(Methanomassiliicoccus)特异的甲醇甲基转移酶基因mtaB和甲烷八叠球菌(Methanosarcina)及细菌的16SrRNA基因拷贝数,分析肠道中甲基营养型产甲烷古菌及总细菌的含量;宏基因组组装基因组(metagenome-assembled genomes, MAGs)分析携带甜菜碱还原酶基因grdH和胆碱裂解酶基因cutC的细菌组成。从粪便中分离代谢甜菜碱及胆碱产生三甲胺的细菌,并与分离自人肠道的甲烷马赛球菌构建共培养物,测定其协同转化甜菜碱和胆碱产甲烷的能力。【结果】年轻人粪便中含有甲烷杆菌科(Methanobacteriaceae,82.16%)的甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter,49.18%)和甲烷...     

人肠道梭菌和甲烷马赛球菌协同代谢甜菜碱和胆碱产甲烷研究

【目的】根据人肠道富含胆碱和甜菜碱,同时肠道微生物组中具有裂解胆碱和还原甜菜碱产三甲胺的细菌,以及利用三甲胺产甲烷的古菌,本研究探讨肠道细菌与古菌协同代谢甜菜碱和胆碱产甲烷的可能性。【方法】调查不同年龄段人群粪便中的16S rRNA基因多样性,分析肠道中古菌的菌群组成;利用定量PCR(quantitative PCR,qPCR)定量甲烷马赛球菌(Methanomassiliicoccus)特异的甲醇甲基转移酶基因mtaB和甲烷八叠球菌(Methanosarcina)及细菌的16S rRNA基因拷贝数,分析肠道中甲基营养型产甲烷古菌及总细菌的含量;宏基因组组装基因组(metagenome-assembled genomes,MAGs)分析携带甜菜碱还原酶基因grdH和胆碱裂解酶基因cutC的细菌组成。从粪便中分离代谢甜菜碱及胆碱产生三甲胺的细菌,并与分离自人肠道的甲烷马赛球菌构建共培养物,测定其协同转化甜菜碱和胆碱产甲烷的能力。【结果】年轻人粪便中含有甲烷杆菌科(Methanobacteriaceae,82.16%)的甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter,49.18%)和甲烷杆菌属(Methanobacterium,33.34%)、甲基营养型的甲烷八叠球菌科(Methanosarcinaceae,5.67%)的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina,5.70%),以及甲烷马赛球菌科(Methanomassiliicoccaceae,3.13%)的甲烷马赛球菌属(Methanomassiliicoccus,3.14%)。而中老年人粪便中的甲烷古菌多样性较低,也未检测到甲烷马赛球菌。qPCR定量分析显示年轻人比中老年人肠道的总古菌含量高3.11倍,其中甲烷马赛球菌高6.53倍、甲烷八叠球菌高5.52倍,总细菌含量高2.90倍。宏基因组分析组装了229个细菌基因组,其中42个携带基因grdH和cutC,这些细菌属于毛螺菌科(Lachnospiraceae)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和梭菌科(Clostridiaceae)等。从粪便中分离到恶名梭菌(Clostridium malenominatum)B8,菌株B8与卢米尼甲烷马赛球菌(Methanomassiliicoccus luminyensis)B10共培养物可降解47.03%的甜菜碱和25.83%胆碱,并产生甲烷,在培养液中检测到三甲胺先积累后被降解。【结论】人肠道细菌恶名梭菌B8和卢米尼甲烷马赛球菌B10可协同代谢甜菜碱和胆碱产甲烷,推测它们在人肠道中可将部分食物中的甜菜碱和胆碱代谢产生甲烷。     

低温湿地甲烷古菌及其介导的甲烷产生途径

甲烷是重要的温室气体,低温湿地是大气甲烷的重要来源,因为湿地土壤中生活着大量的微生物包括甲烷古菌,它们将有机物降解转化为甲烷.本文总结了近年来低温湿地甲烷古菌群落组成、甲烷产生途径及其与环境的关系.研究显示,乙酸是低温湿地中主要的产甲烷物质,氢产甲烷过程主要发生在中温地区或酸性泥炭土中,而在盐碱水域中甲醇、甲胺是甲烷的重要底物.位于我国青藏高原的若尔盖湿地具有高海拔但低纬度的地理特征,我们的前期研究却显示甲醇在该湿地的甲烷排放中具有重要贡献.相应地,低温湿地中的甲烷古菌主要是利用甲基类化合物/乙酸的甲烷八叠球菌目和氢营养型的甲烷微球菌目.然而不同类型湿地甲烷排放途径及甲烷古菌的差异主要与环境的土壤类型、pH及植被类型相关,如刚毛荸荠生长的若尔盖湿地土壤中来源于甲醇的甲烷占全部甲烷的l7％;而木里苔草土壤中乙酸是产甲烷的主要前体物质.尽管已知冷适应的甲烷古菌在低温湿地的甲烷排放中发挥重要作用,但目前获得培养的嗜冷甲烷古菌却很少.冷响应的组学研究显示甲烷古菌的冷适应涉及到全局性生物学过程.     

青藏高原三个盐碱湖的产甲烷菌群和产甲烷代谢途径分析

【目的】分析青藏高原不同类型盐碱湖中的优势产甲烷菌群和优势产甲烷代谢途径。【方法】以不同盐度和植被类型的公珠错、昆仲错和无植被的兹格塘错的沉积物为研究对象,通过高通量测序和q PCR定量古菌16S r RNA多样性分析优势古菌类群;模拟原位盐浓度及p H,比较不同产甲烷底物(甲醇、三甲胺、乙酸和H_2/CO_2)富集沉积物的产甲烷速率,分析其优势产甲烷菌代谢类型。通过添加产甲烷抑制剂(2-溴乙烷磺酸盐),检测沉积物中产甲烷底物积累,确定不同盐碱湖中主要的产甲烷途径。【结果】昆仲错的优势菌群包括甲基/乙酸型的甲烷八叠球菌科(Methanosarcinaceae,11%),乙酸型的甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae,7.9%)和氢型甲烷菌甲烷杆菌目(Methanomicrobiales,7.4%);公珠错和兹格塘错的优势菌群为甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae)分别占15%和15.3%,及甲烷杆菌属(Methanobacterium)和甲基型的甲烷叶菌属(Methanolobus)。公珠错和昆仲错分别以乙酸和甲醇产甲烷速率最高,而兹格塘错从不同底物产甲烷速率无差异。抑制甲烷产生后,公珠错主要积累乙酸,昆仲错主要积累甲醇;兹格塘错不仅甲烷排放低,也无产甲烷物质显著积累。【结论】昆仲错沉积物中的甲烷主要来自甲醇,公珠错中的甲烷主要来自乙酸,而兹格塘错产甲烷和底物积累不活跃。因而推测高原盐碱湖主要的产甲烷途径和菌群可能与周围植被类型的相关性更高,而与盐度的直接相关性较低。     

新疆顿巴斯他乌盐湖沉积物免培养古菌多样性

【目的】了解新疆顿巴斯他乌盐湖沉积物免培养古菌组成及多样性。【方法】利用免培养法直接从顿巴斯他乌盐湖沉积物样品中提取环境总DNA,采用古菌通用引物对16S rRNA基因进行扩增,构建基因克隆文库。对随机挑选的59个阳性克隆进行HaeⅢ限制性酶切分型并测序、BLAST比对及构建16S rRNA基因系统发育树。【结果】文库覆盖率为89%,Shannon-Wiener指数为2.69,共得到21个不同的可操作分类单元,分属于广古菌门(Euryarchaeota,92%)和泉古菌门(Crenarchaeota,8%),其中多数为盐杆菌科(Halobacteriaceae,88%)的盐杆菌属(Halobacterium,24%)、盐盒菌属(Haloarcula,18%)、盐碱红菌属(Natronorubrum,14%)、盐红菌属(Halorubrum,8%)等,与海盐环境(thalassohaline)获得的16S rRNA基因序列相似性最高(﹥95%);整个文库中约11%的克隆与可培养古菌多个属的相似性小于97%。【结论】顿巴斯他乌盐湖古菌多样性略低于同类高盐环境,组成较为一致,只是各类群所占百分比稍有不同,且可能存在一些潜在新物种或新类群。     

芦岭煤田微生物群落结构和生物成因气的产甲烷类型研究

【目的】揭示芦岭煤田微生物群落组成,并分析其潜在的产甲烷类型及产甲烷途径。【方法】采集芦岭煤田的煤层气样品和产出水样品,分别分析样品的地球化学性质特征;利用Illumina HiSeq高通量测序技术分析产出水中的微生物群落结构;采用添加不同底物的厌氧培养实验进一步证实芦岭煤田生物成因气的产甲烷类型。【结果】该地区煤层气为生物成因和热成因的混合成因气;古菌16S rRNA基因分析表明在产出水中含有乙酸营养型、氢营养型和甲基营养型的产甲烷菌。丰度较高的细菌具有降解煤中芳香族和纤维素衍生化合物的潜力。厌氧富集培养结果表明,添加乙酸盐、甲酸盐、H2+CO2为底物的矿井水样均有明显的甲烷产生。【结论】芦岭煤田具有丰富的生物多样性,该地区同时存在三种产甲烷类型。本研究为利用微生物技术提高煤层气的采收率,实现煤层气的可持续开采提供科学依据。     

湛江海水虾池免培养蛭弧菌类生物的多样性

摘要:【目的】揭示湛江地区海水虾池蛭弧菌类生物(Bdellovibrio-and-like organisms,BALOs)多样性特点,为了解BALOs在虾池生态系统中的作用与合理应用其防治养殖对虾细菌病害提供基础。【方法】从8个热带海水虾池采集水样,提取总DNA,利用BALOs科特异引物对水样总DNA进行扩增,通过构建16S rRNA基因克隆文库与系统发育分析,对虾池水体BALOs多样性和种群结构进行研究。【结果】从嗜盐噬菌弧菌科(Halobacteriovoracaceae)和吞菌弧菌科(Peredibacteraceae)克隆文库中分别获得726个和664个有效克隆子,在16S rRNA基因序列99.5%相似性水平上分别划分为68和44个OTUs(operational taxonomic units)。在16S rRNA基因序列97%相似性上,嗜盐噬菌弧菌可划分为37个种群,且绝大多数属于未培养型,但仅有的5个可培养类群占总文库克隆数量43.5%,其中可培养类群IX 和未培养类群B28分别是最优势和次优势者;吞菌弧菌文库共包含28个种群,未培养类群pa12最为优势,唯一可培养类群A3.12是第2优势者。嗜盐噬菌弧菌与吞菌弧菌多样性大小随盐度高低呈相反趋势,但两者合起来的总BALOs 多样性大小在不同虾池间则比较接近。【结论】湛江地区海水虾池中普遍存在高度多样的嗜盐噬菌弧菌和吞菌弧菌种群,盐度显著影响虾池BALOs种群结构组成。     

龙凤湿地与珰奈湿地底泥细菌古菌多样性及其对环境因子的响应

【背景】城市湿地和天然湿地受到人为扰动影响的程度显著不同。【目的】研究2种不同类型湿地底泥微生物多样性及种类的差异。【方法】采集冬夏两季城市湿地(龙凤湿地)和天然湿地(珰奈湿地)的底泥样品,使用16S rRNA基因测序技术测定底泥中细菌和古菌群落结构,分析2种湿地底泥的细菌、古菌差异及环境因素与微生物的相关性。【结果】龙凤湿地底泥中的硫杆菌属(Thiobacillus)、芽孢杆菌属(Bacillus)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)丰度显著高于珰奈湿地(P<0.05);Methanoregula在珰奈湿地底泥中的丰度高于龙凤湿地;冬季厌氧绳菌属(Anaerolinea)和甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)在珰奈湿地底泥中的丰度显著高于龙凤湿地(P<0.05)。【结论】龙凤湿地与珰奈湿地的差异主要影响湿地底泥中参与元素循环的细菌和产甲烷古菌的丰度,人为干扰和低温会降低湿地中微生物的多样性,pH、盐分和碱性磷酸酶是显著影响微生物多样性的环境因素。     

西藏米拉山土壤古菌16S rRNA及amoA基因多样性?分析

摘要：【目的】硝化作用在全球土壤氮循环中具有重要的作用,虽然细菌一度被认为单独负责催化这个过程的限速步骤,但是最近一些研究结果表明泉古菌具有氨氧化的能力。本文通过构建古菌16S rRNA 基因克隆文库和氨氧化古菌amoA基因文库,分析西藏米拉山高寒草甸土壤中古菌及氨氧化古菌群落结构组成情况,为揭示青藏高原高寒草甸土壤古菌的多样性提供理论基础。【方法】采用未培养技术直接从土壤中提取微生物总DNA,分别利用通用引物构建古菌16S rRNA 基因和氨氧化古菌amoA基因克隆文库。【结果】通过构建系统发育树,表明古菌16S rRNA 基因克隆文库包括泉古菌门和未分类的古菌两大类,并且所有泉古菌均属于热变形菌纲。氨氧化古菌amoA基因克隆文库中序列均为泉古菌。通过DOTUR软件分析,古菌16S rRNA基因和古菌amoA基因克隆文库分别包括64个OTUs和 75个OTUs。【结论】西藏米拉山高寒草甸土壤中古菌多样性比较丰富,表明古菌在高寒草甸土壤的氮循环中可能具有重要的作用。所获得的一些序列与已知环境中土壤、淡水及海洋沉积物中获得的一些序列具有很高的相似性,其古菌及氨氧化古菌来自不同环境的可能性比较大,可能与青藏高原的地质历史变迁过程有关。米拉山古菌及氨氧化古菌与陆地设施土壤中相似性最高,说明与西藏米拉山高寒草甸土壤的退化有关。     

不同pH缓冲液对由乙酸产甲烷菌群结构的影响

【目的】研究不同p H缓冲液对乙酸产甲烷过程及对细菌和古菌群落结构的影响。【方法】分别添加磷酸盐(PB)、4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)、哌嗪-1,4-二乙磺酸(PIPES)和Na HCO3/CO2缓冲液到乙酸产甲烷菌系中,定期监测甲烷产生趋势,到稳定期后收集菌体,进行16S rRNA基因的末端限制性片段多态性分析(T-RFLP)。【结果】发现PB组的乙酸产甲烷菌系延滞期约为40d,显著高于其他组的20-24 d(P0.05);Na HCO3/CO2组乙酸转化为甲烷的比例为(88.3±0.5)%,显著高于其他组的77%-81%(P0.05);不同缓冲液组的最大甲烷比生长速率为0.46-0.57 d-1(P0.05);Na HCO3/CO2组的细菌群落变化最明显,主要是未培养细菌(unclassified bacteria)、螺旋菌科细菌(Spirochaetaceae)和未培养WWE1类群的丰度较其他组分别增加到(15.5±9.4)%、(7.3±4.6)%和(17.6±6.3)%,而互养菌科(Synergistaceae)的细菌丰度降低到(8.9±8.1)%。AC+PB组中的古菌类群发生了明显变化,以竹节状甲烷鬃毛菌(Methanosaeta harundinacea)相关的产甲烷古菌占主导(97±2%),而在HEPES、PIPES和Na HCO3/CO2组和不加缓冲液组中同时存在两类乙酸营养型产甲烷古菌M.harundinacea和联合鬃毛甲烷菌(Methanosaeta concilii),以及属于甲烷杆菌目(Methanobacteriales)的氢营养型产甲烷古菌。【结论】在乙酸产甲烷菌系中加入PB增加了甲烷产生的延滞期,加入Na HCO3/CO2增加了甲烷产量,但是添加p H缓冲液不会影响到菌系的最大甲烷比生长速率。加入PB和Na HCO3/CO2都会显著改变微生物的菌群结构。这些研究为设计适宜的产甲烷菌系生长条件提供了参考。     

我国8个典型水稻土中产甲烷古菌群落组成的空间分异特征

【目的】产甲烷古菌主导稻田甲烷生成,是稻田生态系统的模式微生物类群之一,具有重要的生态学意义。然而,水稻土产甲烷古菌群落组成的空间分异却鲜有报告。【方法】本研究沿20.55°N至47.43°N梯度,采集了我国不同纬度上8个典型水稻土,利用PCR-DGGE指纹图谱和系统发育树分析揭示不同地点水稻土中产甲烷古菌群落的组成;结合多个环境因子,利用生物信息学,典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis,CCA)和维恩图(Venn diagram)明确产甲烷古菌的空间分异规律。【结果】研究发现p H值是驱动水稻土中产甲烷古菌群落组成分异的主要因子;此外,沿纬度梯度,8个地区的产甲烷古菌群落组成也呈现出规律性变化。【结论】本研究首次阐明了稻田中产甲烷古菌群落分布情况,并揭示其主要驱动因子。该认知不仅有助于我们更好地了解产甲烷古菌的生物地理学分布,还有助于从微生物学机制上阐明我国温度梯度带上有机质转化空间的差异。     

浓香型白酒两个产区窖泥微生物群落结构分析

【目的】探索浓香型白酒两个典型产区窖泥微生物群落结构和多样性,分析窖泥微生物群落地域特征及对白酒风格形成的影响。【方法】分别提取四川和安徽两个产区窖泥样品总DNA,应用PCR-ARDRA和16S rRNA基因克隆测序技术对两个产区窖泥细菌和古菌进行研究。【结果】两个浓香型白酒产区窖泥细菌丰富,包括:厚壁菌门(Firmicute)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、互养菌门(Synergistetes)、Armatimonadetes类群和未分类细菌(Unclassified bacteria)。两个产区窖泥绝对优势种群均为厚壁菌门中梭菌纲(Clostridia)细菌,在四川产区窖泥中检出较多的互营单胞菌属(Synthrophomonas)和紫单胞菌属(Petrimonas)。古菌的群落组成较为简单,主要是甲烷囊菌属(Methanoculleus)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷鬃菌属(Methanosaeta)和甲烷杆菌属(Methanobacterium)4个产甲烷古菌类群,四川产区窖泥优势古菌为甲烷囊菌和甲烷八叠球菌,安徽产区则为甲烷八叠球菌属和甲烷鬃菌。【结论】四川和安徽两个产区窖泥微生物的16S rRNA基因克隆文库系统地反映了两者微生物群落的相似性和差异性,对揭示浓香型白酒两个产区的酒体风格差异形成有一定的参考价值。     

风干土壤中氨氧化微生物的恢复

【目的】比较历史风干土壤与加水恢复培养土壤中氨氧化古菌AOA和细菌AOB的组成与数量差异,探究风干土壤用于后续微生物生理生态学研究的可能性;明确我国典型酸性森林土壤中,海洋类Group 1.1a是否为数量上占据优势的古菌AOA生态型。【方法】针对中国生态系统研究网络10个台站的典型森林土壤样品,围绕风干保存和加水培养两种处理,通过高通量测序土壤氨氧化古菌及细菌amoA标靶基因,分析氨氧化微生物群落组成的变化规律;利用实时荧光定量PCR和DGGE指纹图谱技术,研究森林土壤微生物群落16S rRNA基因的数量变化规律,以及氨氧化细菌和古菌群落结构的差异。【结果】10个历史风干土壤加水培养28天后,土壤细菌和古菌数量均急剧增加,最高可达3230倍和568倍;其中8个土壤中氨氧化古菌AOA明显增加,5个土壤中氨氧化细菌AOB表现出明显的增加趋势。然而,高通量测序和系统发育分析表明,历史风干土壤与加水恢复培养土壤中AOA和AOB的群落组成无明显变化。Group 1.1b是氨氧化古菌的优势类群,而氨氧化细菌的主要类群是Nitrosospira螺菌属。氨氧化古菌和细菌的比例与总氮浓度呈显著正相关(r2=0.54,P0.05),表明酸性条件下土壤矿化并提供铵态氮底物可能是古菌氨氧化的驱动机制。【结论】风干土壤加水恢复培养后,AOA和AOB的种群数量大多出现增加的趋势,但其物种组成未发生显著变化,表明风干保存的土壤样品可用于后续室内培养,开展微生物生理生态学研究。与已有的海洋AOA生态型主导酸性土壤氨氧化类群的报道不同,土壤Group 1.1b是本研究森林土壤中的优势类群。     

新疆沙湾冷泉沉积物中免培养古菌多样性初步研究

【目的】了解新疆沙湾冷泉沉积物的古菌组成及多样性。【方法】采用免培养法,液氮研磨提取冷泉沉积物总DNA,使用古菌通用引物进行16S rRNA基因扩增,构建16S rRNA基因文库。对阳性克隆进行HhaI限制性酶切分型,选出具有不同酶切图谱的序列进行测序,将所得序列与GenBank数据库中序列比对并构建16S rRNA基因系统发育树。【结果】从冷泉沉积物古菌16S rRNA基因文库中随机挑选了121个阳性克隆,共得到22个不同的可操作分类单元,BLAST结果表明全部克隆子归属于泉古菌门(Crenarchaeote)中免培养类群。系统发育分析归类为Soil-Freshwater-subsurface group和MarinegroupI,2个亚群并且各占整个文库的50%。其中40%左右的克隆子与具有无机碳和硝酸盐同化能力的泉古菌有高的相似性。此外还发现40%的克隆子与低温泉古菌类群具有很高的相似性。【结论】新疆沙湾冷泉沉积物中古菌类群多样性较低,但存有大量高度适应此低温、贫营养环境的泉古菌类群。     

不同抑制剂对乙酸降解产甲烷及产甲烷菌群结构的影响

摘要:【目的】研究不同温度条件下的石油烃降解产甲烷菌系中是否存在乙酸互营氧化产甲烷代谢途径。【方法】以3个不同温度条件的正十六烷烃降解产甲烷菌系Y15(15℃)、M82(35℃)和SK(55℃)作为接种物,通过乙酸喂养实验、并添加乙酸营养型产甲烷古菌的选择性抑制剂NH4Cl和CH3F,结合末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)和克隆文库技术,分析乙酸产甲烷潜力及产甲烷古菌群落的演替趋势,推测产甲烷代谢途径的变化趋势。【结果】无论是否添加NH4Cl和CH3 F,这3个菌系都可以利用乙酸生长并产生甲烷,但是添加NH4Cl和CH3 F后产甲烷延滞期增加,最大比甲烷增长速率降低;只添加乙酸后,3个不同温度的菌系的古菌群落主要由乙酸营养型产甲烷古菌甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta)组成,其丰度分别为92.8±1.4%、97.3±2.4%和82.8±9.0%;当添加选择性抑制剂NH4Cl,3 个菌系中的Methanosaeta的丰度分别变为98.5±0.7%、87.4±4.8%和6.1±8.6%,中温菌系M82中氢营养型产甲烷古菌甲烷袋装菌属(Methanoculleus)的相对丰度增加到12. 6±4.0%,高温菌系SK中另一类氢营养型产甲烷古菌甲烷热杆菌属(Methanothermobacter)增至84.3±1.5%;当添加选择性抑制剂CH3 F,Methanosaeta丰度分别降至77.1 ± 14.5%,86.4±6.1%和35.8±7.8%,低温菌系Y15中的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)增高(15.7±21%),这类产甲烷古菌具有多种产甲烷代谢途径,M82中Methanoculleus丰度上升到13.6±13.1%,SK中Methanothermobacter丰度增大到48.5±11.2%。【结论】在低温条件下,菌系Y15可能主要通过乙酸裂解完成产甲烷代谢,在中高温条件下,菌系M82和SK中可能存在乙酸互营氧化产甲烷代谢途径,并且甲烷的产生分别通过不同种群的氢营养型产甲烷古菌来完成。     

寺河矿煤地质产甲烷微生物菌群的保藏和产甲烷性能

【背景】煤地质产甲烷微生物菌群可以代谢煤基质产生甲烷,对于实现煤层气资源的再利用具有重要意义。【目的】检测产甲烷菌群在保藏过程中群落结构的动态变化以及在产气实验中甲烷气的生成情况,以验证保藏方法的可行性,同时为煤层气的微生物增产奠定基础。【方法】分别于不同温度条件下比较3种菌种保藏方法,即甘油/L-半胱氨酸法、富营养法和煤基-基础盐法。通过产气实验检测不同保藏条件下产甲烷菌群的活力。同时,采用454高通量测序技术测定16S r RNA基因序列,分析25°C条件下煤基-基础盐菌种保藏过程中微生物群落结构的变化。【结果】比较了9组菌种保藏方法,发现菌种最佳保藏条件为25°C的煤基-基础盐保藏。在该条件下保藏的产甲烷菌群活性最高,甲烷生成量最大。以无烟煤为碳源进行产气实验时甲烷生成量为12%-25%,而以褐煤为碳源时甲烷生成量可达24%-73%。在25°C的煤基-基础盐菌种保藏条件下,保藏初期细菌的主要优势菌为假单胞菌属(Pseudomonas),而古菌的主要优势菌为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)。随着保藏时间的增加,细菌的群落结构变化显著,发酵细菌及产氢产乙酸细菌成为优势细菌,古菌的群落结构则相对稳定。【结论】菌种保藏的最佳条件为25°C的煤基-基础盐,保藏的产甲烷菌群能长期维持在较高的活性状态,具有较好的产甲烷能力。     

典型草地土壤好氧甲烷氧化的微生物生态过程

【目的】针对我国甘肃三个典型生态区草地土壤(玛曲MQ、临泽LZ和环县HX),研究其甲烷氧化潜力、甲烷氧化菌(methane-oxidizingbacteria,MOB)丰度及可能存在的群落分异规律。【方法】通过原位分析、室内高浓度甲烷模拟培养三种典型土壤及实时荧光定量、高通量测序的方法研究甲烷氧化菌标靶基因pmoA序列的组成及其丰度变化规律。【结果】三种典型草地土壤的原位甲烷氧化菌的丰度存在显著差异,表现为MQ>HX>LZ,其数量范围为为0.18–6.86×10^7g/d.w.s.;甲烷氧化潜力也表现出类似规律,其通量为109–169mg/(m^2·h);甲烷氧化潜力与原位土壤中甲烷氧化菌丰度有正相关。三种草地土壤甲烷氧化菌存在明显的空间异质性,采用高通量测序的方法,发现三种草地原位土壤中的优势类群为USCγ(Upland Soil Cluster gamma,USCγ);然而,室内高浓度甲烷氧化过程中,传统的甲烷氧化菌均发生明显增加,MQ土壤中TypeⅡ的Methylocystis为优势类群,而LZ和HX土壤的优势类群均为TypeⅠ型Methylosarcina。【结论】这些研究结果表明,我国甘肃典型草地土壤中也存在难培养的大气甲烷氧化菌和经典的可培养甲烷氧化菌,这些微生物极可能氧化极低浓度的大气甲烷,也可能利用闭蓄于土壤中的高浓度甲烷生长。未来应采用先进技术原位观测大气甲烷氧化过程并分离相应微生物类群,研究草地土壤甲烷氧化菌地理分异规律及其环境驱动机制。     

新疆低阶煤本源生物甲烷转化中微生物群落组成及变化

【目的】探究新疆低阶煤生物甲烷转化过程微生物群落组成及多样性。【方法】采用厌氧培养方法和末端限制性片段长度多态性技术(Terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)分析新疆低阶煤本源微生物对甲烷转化及有机酸含量的影响,分析新疆哈密大南湖长焰煤生物甲烷转化过程中微生物群落动态变化。【结果】研究表明长焰煤和褐煤对本源微生物产甲烷影响较小,随着低阶煤生物甲烷转化时间的延长,甲烷产量呈上升趋势,转化60 d后长焰煤甲烷产量高达10.28 m L/g,挥发性有机酸(VFA)浓度则最低;微生物多样性指数变化不明显,不同转化时间微生物主要类群为放线菌门(Actinobacteria),拟杆菌门(Bacteroidetes),厚壁菌门(Firmicutes),变形菌门(Proteobacteria);甲烷菌的群落结构相对于细菌较简单,在整个低阶煤生物转化产甲烷过程中共有古菌类群为甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷盐菌属(Methanohalobium)、甲烷叶菌属(Methanolobus)、甲烷食甲基菌属(Methanomethylovorans),它们是构成群落结构的基本菌群。【结论】低阶煤生物甲烷转化过程微生物群落具有丰富的多样性,且不同时期多样性有较大差异。甲烷菌群落结构相对于细菌较简单,共有类群明显。