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。     

外源纤维素诱导明显影响微生物土壤结皮细菌群落结构

【目的】微生物土壤结皮(Microbial soil crusts, MSCs)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。MSCs中的微生物, 特别是纤维素降解菌, 起着稳固、修复生态环境的功能。外源纤维素诱导是全面认识MSCs中纤维素降解细菌的多样性及其在MSCs形成和发展中的作用的重要途径。【方法】通过对微生物土壤结皮分别添加小麦秸杆(麦秸)、锯末木屑两类纤维素材料进行诱导, 以PCR-DGGE方法分析细菌群落变化。【结果】外源纤维素, 特别是麦秸的添加会迅速提高MSCs中细菌丰富度及多样性, 将细菌丰富度提高约66.7%, Shannon-Weiner指数提高约15.8%; 相同处理的样品聚类位置较近, 说明纤维素对于MSCs细菌菌群变化起主导作用; 细菌群落结构组成在添加纤维素诱导后发生了变化, 麦秸诱导样品与同时期对照样品差异最大, 但各样品中Firmieutes和Alphaproteobacteria始终为优势类群; 所得DGGE条带序列中有13条与纤维素降解菌序列同源性相近, 他们所代表的细菌很可能具有纤维素降解能力, 其中厌氧性的梭菌属(Clostridium)所占比例最大, 约为46.1%, 其次为芽孢杆菌属(Bacillus), 约占30%; 纤维素降解过程中, 诱导增加了MSCs发育有重要作用的一些类群如Microcoleus vaginatus和一些Alphaproteobacteria类群细菌等的丰度和多样性, 它们中有的可通过分泌多糖物质等增强土壤颗粒黏结、有的可以其固碳或固氮等能力提高土壤营养水平。【结论】为认识外源纤维素诱导MSCs细菌群落结构的变化规律, MSCs中纤维素降解细菌的多样性及纤维素降解细菌对MSCs形成和发展的作用提供了基础, 同时也为恢复荒漠生态系统实践方法提供了理论依据。     

含好氧不产氧光合基因簇和Xanthorhodopsin-like基因的Sphingomonas sp. MIM37：基因组及光促生长分析

【目的】菌株MIM37为具有两种光能利用途径的光合异养细菌,分析其基因组和光照对生长的影响,为理解光能利用途径、光营养生物多样性以及光合作用的进化和功能等提供线索。【方法】采用平板涂布划线法分离菌株,结合形态观察及16S rRNA基因和光合基因序列同源性与系统发育分析进行初步分类鉴定;以分光光度法和荧光显微观察法测定光照和黑暗培养下培养液细胞浓度和单细胞体积;构建片段长度为300?500 bp的Illumina PE文库,以Illumina Hiseq2000进行基因组测序,以SOAPdenovo和GapCloser组装序列,以RAST在线软件注释基因组。【结果】从内蒙古腾格里沙漠天鹅湖表层水中分离获得一株细菌MIM37,经16S rRNA基因、pufM和视紫质基因同源性和系统发育分析均显示其与Sphingomonas属亲缘关系最为密切;相对黑暗培养,光照刺激下的最大细胞浓度和单细胞体积大小分别提高了1.2和5.6倍;基因组注释显示MIM37代谢途径多样,含典型好氧菌的呼吸电子传递链,具有完整的好氧不产氧细菌的光合基因簇及xanthorhodopsin-like视紫质蛋白基因,合成铁载体,还原重金属,降解微囊藻毒素和多环芳烃类等。【结论】MIM37属于Sphingomonas属,具有两种光能利用途径,光照可明显促进其生长,多样的代谢模式可能使其在自然环境中极具竞争力、分布广泛并具有应用于修复环境污染的潜力。     

乌梁素海浮游细菌群落结构及其对富营养化因子的响应

【目的】揭示乌梁素海浮游细菌的群落结构及其对富营养化环境因子的响应,认识乌梁素海浮游细菌多样性,以丰富微生物与富营养化关系的理论。【方法】提取水体浮游细菌总DNA,利用细菌通用引物对63F/1387R进行PCR扩增,构建小口、沙尖北和红圪卜3个湖区16S rRNA基因克隆文库;以典型对应分析(CCA)方法解析浮游细菌群落结构对环境因子的响应。【结果】各湖区中富营养化程度最重的红圪卜位点细菌多样性、丰富度及均匀度最高,而富营养化程度最轻的小口位点细菌多样性、丰富度及均匀度最低。Proteobacteria、Bacteroidetes和Actinobacteria为水体中优势类群。α-、γ-、δ-Proteobacteria,Actinobacteria及Bacteroidetes等菌群丰度随着水体的富营养化程度改变而有显著的变化。各湖区皆存在许多可能具有污染物降解及驱动生源要素循环能力的细菌类群。CCA分析表明TN、NH4+、NO3-和COD等水体指标对浮游细菌群落结构组成的影响较大。此外,乌梁素海水体内未知细菌类群很多;且不同于一般淡水生态系统,乌梁素海中存在9.6%的轻度嗜盐碱性细菌。【结论】乌梁素海水体中浮游细菌多样性较高,细菌群落结构复杂、其类群组成与富营养化因子紧密相关。