基于高通量测序的4种硝化细菌富集培养物微生物群落结构分析

【目的】比较分析4种硝化细菌富集培养物(以铵盐为氮源的淡水富集物A、以亚硝酸盐为氮源的淡水富集物B、以铵盐为氮源的低温淡水富集物C和以亚硝酸盐为氮源的海水富集物D)的微生物群落结构与组成。【方法】分别提取样品的总DNA,采用高通量测序技术,分析微生物群落的组成、丰度和多样性。【结果】在不同微生物的分类水平,4个样品共检测到24门47纲129属。4个样品的优势菌门均为变形菌门;样品A、B、C的优势菌纲为β-变形菌纲和γ-变形菌纲,样品D的优势菌纲为γ-变形菌纲、δ-变形菌纲和芽孢杆菌纲;而优势菌属各不相同,其中样品A为亚硝化单胞菌属(24.56%),样品B为链霉菌属(7.15%),样品C为噬菌弧菌属(19.36%)和类诺卡氏菌属(19.35%),样品D为嗜酸菌属(13.6%)和柄杆菌属(11.5%)。共检测出7种具有硝化功能的细菌,其中样品A、B和D中主要是亚硝化单胞菌属,占比分别为24.56%、4.94%和0.63%,样品C主要为Nitrospirillum(0.69%)和硝化螺旋菌属(0.69%)。此外在样品中还检测到红灯食烷菌、羽扇豆根瘤菌等有益菌,以及弧菌属、伯克霍尔德菌等致病菌。【结论】阐述了4个样品微生物群落结构的多样性,确定了不同培养物中起主要作用的硝化细菌类群以及其它与环境物质循环相关或具有特殊生理特性的菌群,研究结果为硝化细菌富集培养物的实际应用奠定了基础。     

4种抗生素对蚯蚓-污泥系统细菌群落结构的影响

蚯蚓可摄食污泥中的有机物,其肠道微生物群落在其分解过程中起着主要的作用。利用赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)和人工湿地基质构建蚯蚓-污泥系统,添加氯霉素、四环素、链霉素和青霉素4种抗生素,研究不同抗生素对污泥和蚓粪的细菌群落结构的影响。采用高通量测序技术比较分析污泥和蚓粪的细菌多样性及群落结构变化。结果表明,外加抗生素能够导致污泥的Chao1和ACE指数降低,同时降低拟杆菌门和变形菌门的相对丰度,加入氯霉素和青霉素会增加厚壁菌门的相对丰度,降低酸杆菌门、放线菌门和绿弯菌门的相对丰度,加入四环素和链霉素则与之相反。蚓粪样品中,添加氯霉素和链霉素导致Chao1和ACE指数降低,而添加四环素和青霉素则导致Chao1和ACE指数升高,外加抗生素可降低拟杆菌门的相对丰度,增加放线菌门、变形菌门和疣微菌门的相对丰度。主成分分析(PCA)和聚类分析表明,氯霉素和青霉素对污泥细菌群落影响作用相似,四环素与链霉素效果类似;氯霉素对蚓粪群落结构的影响小于其他抗生素。研究结果显示,抗生素可影响污泥和蚓粪的细菌多样性及群落结构,不同抗生素对污泥和蚓粪的影响程度存在差异。     

外加碳源对蚯蚓-污泥系统细菌群落结构的影响

蚯蚓是土壤生态系统中有机物质的重要分解者,并可通过物理运动和排泄蚓粪改变土壤的微生物群落组成。为研究蚓粪与污泥中微生物的相互关系,利用赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)和人工湿地基质构建蚯蚓-污泥系统,采用高通量测序技术比较分析添加葡萄糖、乳糖、淀粉、纤维素4种碳源后污泥和蚓粪的细菌多样性及群落结构变化。结果表明,污泥的Chao和ACE指数明显高于蚓粪,添加不同碳源实验组间污泥的Chao和ACE指数差别不大,但均高于污泥对照组;添加葡萄糖、淀粉和纤维素实验组间蚓粪的Chao和ACE指数相近且高于蚯蚓对照组,乳糖实验组蚓粪的Chao和ACE指数则明显低于蚓粪对照组。添加葡萄糖、乳糖、淀粉和纤维素能够增加污泥中细菌多样性;添加葡萄糖、淀粉和纤维素能够增加蚓粪中细菌多样性,但添加乳糖会导致蚓粪中细菌多样性降低。蚓粪与污泥细菌群落结构组成存在明显差异,污泥中变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门为优势菌门;除乳糖组外,蚓粪中变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、放线菌门、疣微菌门为优势菌门(其中变形菌门和拟杆菌门占绝对优势),蚓粪乳糖组检测到柔膜菌门(2.6%),其他实验组均未检出。添加碳源后,污泥和蚓粪中能分解相应碳源的菌群增加,如葡萄糖实验组Lactococcus piscium,乳糖组Flavobacterium reichenbachii,淀粉组Alkanindiges illinoisensis和Zobellella taiwanensis,纤维素组Cellvibrio gandavensis等。