浑善达克沙地生物土壤结皮及其下层土壤中固氮细菌群落结构和多样性

【背景】荒漠化是一个重大环境问题,生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)可遏制荒漠化,其中的固氮微生物对BSCs的形成和发育有重要作用,但目前BSCs中固氮细菌群落结构和多样性尚不十分清楚。【目的】阐明浑善达克沙地中不同类型生物土壤结皮及其下层土壤固氮细菌的群落结构、多样性及其影响因素。【方法】利用稀释热法和碱解扩散法检测土壤的有机质(Organic matter,OM)和速效氮(Available nitrogen,AN)含量;利用高通量测序对nifH基因进行测序,基于nifH序列比较分析固氮细菌群落结构和多样性;利用典范对应分析(Canonical correlation analysis,CCA)分析群落、样品和土壤理化参数的相关性。【结果】固氮细菌优势菌门除在苔藓结皮(HSM)中为Cyanobacteria和Proteobacteria外,在其他类型BSCs中均只为Cyanobacteria;苔藓结皮下层土壤(HSMs)(下层土壤中只有HSMs检测到了nifH)优势菌门为Proteobacteria,优势菌纲为Alphaproteobacteria和Betaproteobacteria;优势菌属差异较大,藻结皮(HSA)中Unclassified_f_Nostocaceae占90.99%;地衣结皮(HSL)中Scytonema和Unclassified_f_Nostocaceae分别占45.85%和44.14%;HSM中Unclassified_f_Nostocaceae、Scytonema、Nostoc、Skermanella、Unclassified_o_Nostocales分别占29.21%、22.57%、15.34%、14.74%和10.60%;HSMs中Skermanella、Azohydromonas、Unclassified_p_Proteobacteria、Unclassified_c_Alphaproteobacteria分别占33.80%、25.66%、18.20%和10.62%;固氮细菌多样性随结皮的发育逐渐提高;OM和AN对结皮的发育起促进作用。【结论】藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮及其紧邻下层土壤中的固氮细菌群落结构和多样性差异明显,且固氮细菌类群和多样性指数随BSCs发育阶段的提高而增加。本研究为认识和利用生物土壤结皮相关固氮细菌提供了基础依据。     

中央戈壁石下生物土壤结皮中细菌群落结构和多样性

【背景】戈壁石下生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)中的微生物在干旱、半干旱地区生态系统物质循环中起重要作用,其细菌群落结构和多样性因气候和地理环境的不同而存在较大差异。中央戈壁面积大,其石下BSCs中细菌群落结构和多样性却知之甚少。【目的】比较中央戈壁石下BSCs和周围裸土中细菌群落结构和多样性的异同,揭示环境因子对它们的影响以及细菌之间的相互作用关系。【方法】利用Illumina MiSeq对16S rRNA基因进行高通量测序,使用生物信息学分析方法分析细菌群落结构和多样性及其影响因素;基于CoNet软件绘制物种共现性网络图,利用Cytoscape 3.5.1软件将网络图可视化。【结果】石下BSCs的速效磷(Available phosphorus,AP)、速效氮(Available nitrogen,AN)和叶绿素a (Chlorophyll a,Chl a)的含量均明显高于周围裸土(最高高出471%),而pH则略低于周围裸土;石下BSCs中细菌的最优势菌门为Cyanobacteria(45.85%-53.77%),优势属(9.25%-18.42%)有Trichocoleus、Chroococcidiopsis和属于Cyanobacteria纲的1个未知属;临近裸土中细菌的最优势菌门为Actinobacteria (38.82%-44.69%),优势属(5%)有Arthrobacter、Rubrobacter和其它3个属于放线菌门或酸杆菌门的未知属;在土壤理化因子中,AP对石下细菌群落组成的影响最大;除Actinophytocola属和Cyanobacteria纲中的未知属外,其他微生物之间均存在较强的互作关系,其中以共存的互作关系为主(约占60%),点度中心性、接近中心性和中介中心性均较高的节点都属于Cyanobacteria门和α-Proteobacteria纲。【结论】中央戈壁石下BSCs中的细菌群落结构和多样性明显不同于临近裸土,Cyanobacteria门和α-Proteobacteria纲的细菌是该地区石下早期BSCs形成和发育最初及最重要的驱动力。     

海州湾细菌群落结构多样性及环境因子分析

为探究海州湾浅海域的细菌群落结构多样性及其影响因素,选取海州湾6个点位的表层水和底层水样品,基于高通量测序技术,对海州湾浅海域细菌群落结构多样性及其分布特征与环境因子的关系进行了分析。实验结果表明,底层水样的细菌群落丰度和多样性优于表层水样,二者细菌群落间的进化方向具有一定的差异,但二者的细菌群落间差异不显著;海州湾水域共发现2 491个操作分类单元(operational taxonomic unit,OTU),分别属于32个门、74个纲、116个目、200个科和364个属;在门水平上,海州湾水域的主要优势菌群为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和蓝细菌门(Cyanobacteria)等;铵盐(ammonium, NH4-N)和叶绿素(chlorophyll, Chl)是影响海州湾细菌群落结构的主要环境因子。本研究证实海州湾浅海域细菌群落结构多样性分布与环境因子有一定的关联性,为海州湾浅海域生态系统的可持续发展提供了理论依据。     

腾格里沙漠东南缘不同生物土壤结皮细菌多样性及其季节动态特征

微生物多样性对于生物土壤结皮在沙漠生态系统中改善局部环境以及提升生态功能具有重要作用。本研究对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区藻结皮、藓结皮及其下层的四季样品进行了16S rDNA高通量测序, 以期阐明细菌多样性及其在生物土壤结皮演替过程中的季节变化规律。结果表明4种类型样品的细菌丰富度在夏季显著低于其他3个季节。4种类型样品中主要的细菌类群为变形菌门、放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、蓝细菌门等, 其中变形菌门和放线菌门为优势类群, 夏季时变形菌门的相对多度显著高于春季、秋季、冬季, 且在结皮层中相对多度显著高于结皮下层。放线菌门的相对多度在春季、夏季显著高于秋季、冬季, 且结皮下层相对多度高于结皮层。生物土壤结皮演替过程中细菌多样性及其相对多度季节动态变化表明其对沙漠土壤局部环境的变化作出了响应, 这为深入理解生物土壤结皮在沙漠生态系统中的生态功能提供了微生物多样性数据。     

渤海三湾表层水域细菌群落结构多样性及其环境因子分析

【背景】近海生态系统的可持续发展是目前人们关注的重大问题之一,河口输出以及人类活动干扰对渤海近岸环境有着重要的影响。【目的】选取2015年夏季渤海湾、辽东湾、莱州湾3个断面12个站位表层水样品,探究渤海三湾细菌群落结构多样性。【方法】提取3个断面水环境样品DNA,利用Illumina Hi Seq高通量测序技术对样品进行测序分析,比较3个断面的细菌群落结构多样性差异。【结果】根据多样性指数和稀释曲线结果发现,3个断面的微生物多样性有着明显的差别,多样性依次为莱州湾渤海湾辽东湾。分析3个断面中占优势地位的主要类群,渤海湾断面中变形杆菌门(Proteobacteria)所占比例为39.8%,拟杆菌门(Bacteroidetes)占25.7%,蓝细菌门(Cyanobacteria)占22.4%,放线菌门(Actinobacteria)占5.85%,浮霉菌门(Planctomycetes)占4.38%;辽东湾断面各类群所占比例依次为变形杆菌门(Proteobacteria)37.8%,拟杆菌门(Bacteroidetes) 25.7%,蓝细菌门(Cyanobacteria) 17.8%,放线菌门(Actinobacteria) 10.4%,浮霉菌门(Planctomycetes)5.64%;莱州湾断面主要类群所占比例为(Proteobacteria)59.0%,拟杆菌门(Bacteroidetes)17.5%,蓝细菌门(Cyanobacteria)8.2%,放线菌门(Actinobacteria)7.88%。通过主成分分析和热图相关性分析发现环境因子对微生物群落组成和多样性分布有显著的影响,通过Manteltest统计分析,其中硝酸盐的作用尤为显著。【结论】渤海三湾微生物多样性非常丰富且存在较大的差异,莱州湾种群结构最复杂且物种最丰富,渤海湾和辽东湾次之,多样性分布与环境因子和空间分布有一定的相关性,该研究将为进一步保护海洋微生物多样性和生态开发提供一定的理论基础。     

黄河三角洲刺槐白蜡混交对土壤细菌群落结构及多样性的影响

为探讨黄河三角洲刺槐白蜡混交对土壤细菌群落结构及多样性的影响,通过高通量测序技术分析比较了刺槐白蜡混交林及刺槐纯林、白蜡纯林土壤细菌群落结构及多样性。结果表明:(1)混交林与两种纯林土壤细菌群落共36门。酸杆菌门、变形菌门、放线菌门(相对丰度大于10%)为刺槐白蜡混交林与两种纯林土壤中共有的优势菌群;硝化螺旋菌门为刺槐纯林土壤中的优势菌群。不同人工林土壤中各门细菌相对丰度差异显著。(2)混交改变了土壤细菌群落结构,提高了细菌多样性。刺槐白蜡混交林土壤细菌物种数、Chao1指数、Shannon指数分别为1934.5、2629.1、9.1,显著高于两种纯林。(3)相关性分析表明,土壤含水量与放线菌门细菌呈显著正相关;pH与芽单胞菌门细菌呈极显著正相关,与酸杆菌门细菌呈显著负相关。细菌多样性与土壤含水量呈显著正相关,与速效钾、有机质含量呈显著负相关。研究表明,刺槐白蜡混交林土壤细菌群落结构与两种纯林之间有一定差异,多样性差异显著,刺槐白蜡混交改变细菌群落结构,提高细菌多样性。     

银北盐渍化土壤中6种耐盐植物根际细菌群落结构及其多样性

土壤微生物对土壤肥力的形成和植物营养的转化起着积极的作用。对盐渍化土壤中植物根际微生物群落组成和多样性进行研究,有助于发现新的重要微生物功能类群或者功能潜力,对于盐碱土壤的植被恢复和生态重建都具有十分重要的意义。通过高通量测序和分离培养方法,对宁夏银北地区盐渍化土壤中的6种耐盐植物根际细菌的群落结构和多样性进行了分析。结果表明:所有土壤样品共检测到31门(亚门) 67纲253科400属细菌类群,不同植物根际微生物群落组成相似,但丰度各有差异,厚壁菌门、变形菌门、放线菌门和拟杆菌门为主要优势类群;在纲水平芽孢杆菌纲相对丰度最高,其次为α-变形菌、γ-变形菌和梭菌纲;在属水平上,芽孢杆菌属以极高的丰度(15.57%—53.85%)占据绝对优势,其次是鞘氨醇单胞菌属、不动杆菌属和节杆菌属。6种植物根际细菌的群落结构组成表现为芨芨草和柽柳相似,柳枝稷、苜蓿与枸杞相似,苦豆子则与另外5种差别最大。分离培养出的110株根际细菌多数具有较强的盐碱耐受性和一种以上生物学活性,分别隶属于芽孢杆菌属、假单胞菌属、鞘氨醇杆菌属、节杆菌属和中华根瘤菌属,在属水平上多样性单一,其中芽孢杆菌属是优势属。传统的分离培养和高通量测序结果都反映出银北地区盐渍化土壤中定殖着许多有重要生态功能的微生物类群,可用于进一步筛选和利用根际微生物改良盐碱土壤。     

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。     

景观格局与植物多样性的关系及其空间尺度效应——以浑善达克沙地为例

景观格局是植物多样性的重要影响因素,为了探明沙地景观格局与植物多样性的关系及其空间尺度效应,以浑善达克沙地腹地为研究区,采用样方法进行植物群落学调查,基于GIS和遥感分析技术,分析景观格局指数,计算了10个尺度(100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000m)下33个景观格局指数,利用双变量相关性分析法筛选出不同尺度下与植物多样性显著相关的指数;运用逐步回归的方法识别不同尺度下对植物多样性贡献显著的景观格局指数,并进行拟合检验。研究结果表明:景观格局指数对物种多样性影响具有显著的尺度依赖性。在所有空间尺度,景观格局指数主要对Shannon多样性指数和β指数影响较大;在100m尺度下,Shannon指数逐步回归R~2值达到最大(0.138);β指数在900m尺度下R2值达到最大值(0.2)。拟合检验发现,在500m尺度下,均匀度指数、Shannon多样性指数和β多样性指数实测值和预测值拟合均达到显著水平(P0.05),故认为500m尺度下,景观格局对植物多样性影响较大。因此,在不同尺度下管理和保护沙地植物多样性,应综合考虑景观格局指数的尺度效应,根据需要建立和优化有利于植物多样性的景观格局。     

牛场肥水灌溉对土壤nirK、nirS型反硝化微生物群落结构的影响

以徐水县梁家营长期定位施肥试验田为研究对象,利用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析和克隆文库构建,研究了5种施肥处理(清水灌溉CK、无机肥灌溉CF、牛场肥水不同浓度、不同次数灌溉T4、T5和T11)下土壤中nirK、nirS型反硝化细菌群落多样性及其群落结构的演变。结果表明,不同施肥处理下nirK、nirS型反硝化细菌群落多样性无显著差异,但群落结构却有明显变化:nirK型反硝化细菌群落结构既受施肥种类又受施肥量影响,优势种群尤其对施肥种类和施肥量响应显著;nirS型反硝化细菌则主要受施肥种类影响,施肥量影响微弱。牛场肥水处理和无机肥处理分别促进和抑制不同的nirS型反硝化细菌,群落主成分受无机肥促进、牛场肥水抑制。系统发育分析结果表明,土壤中nirK型反硝化细菌主要与假单胞菌属(Pseudomonas)、产碱杆菌属(Alcaligenes)和根瘤菌属(Rhizobium)的反硝化细菌具有较近的亲缘关系;nirS型反硝化细菌主要与劳尔氏菌(Ralstonia)和红长命菌属(Rubrivivax)有较近的亲缘关系。试验土壤中反硝化微生物多与目前已报道的好氧反硝化细菌亲缘关系较近,这可能与微生物分析取自表层土有关。     

Real-time PCR for quantification of aerobic anoxygenic phototrophic bacteria based on pufM gene in marine environment

The abundance of aerobic anoxygenic phototrophic bacteria (AAPB), a new functional group that plays important roles in marine carbon cycling, is determined frequently by infrared epifluorescence microscopic analysis (IREM) or high-performance liquid chromatography (HPLC) based on detecting BChl a (bacteriochlorophyll a) fluorescence signal at 880 nm. Unfortunately, the fluorescence signal is often influenced by environmental variables and physiological state of cell. Here we developed a real-time quantitative PCR (qPCR) assay based on pufM gene to specifically quantify AAPB in marine environments. High specificity and sensitivity for estimation of AAPB abundance were revealed by analysis of amplification products, melting curves and target sequences. The phylogenetic tree indicated that this primer set is suitable for a wide genetic diversity of AAPB, including α-3, α-4 Proteobacteria and clones of unclear taxonomic position. In contrast, no amplicon was obtained from green non-sulphur bacteria and oxygenic phototrophic bacteria such as Cyanobacterial genomic DNA. The melting behavior could indicate predominant phenotypes in AAPB community in addition to validating the products of qPCR. The AAPB was estimated to range from 1.3 × 10⁴ cell/ml to 3.4 × 10⁵ cell/ml in our 10 tested water samples by this qPCR assay. Further investigations on the abundance distribution of AAPB in marine environments using the qPCR assay may provide new insight into their ecological functions.     

降香黄檀不同混交林土壤细菌多样性差异分析

为探讨降香黄檀不同混交林土壤细菌的多样性及其与土壤性质的关系,应用高通量测序技术,比较降香黄檀(Dalbergia odorifera T.Chen)分别与奥氏黄檀(Dalbergia oliveri)、大果紫檀(Pterocarpus macarocarpus)、檀香(Santalum album L.)和母生(Homalium hainanense Gagnep.)混交的4种模式土壤细菌多样性,并结合土壤的理化、酶活进行了相关性分析。结果表明,14种混交林土壤的理化、酶活均存在差异。其中降香黄檀与檀香混交林土壤的含水量、有机质、全氮、有效钾和脲酶含量最高,分别为:5.24%、27.5 g/kg、0.85 mg/g、37.46 mg/kg和0.32 mg/kg,降香黄檀与大果紫檀混交林土壤的p H、有效磷和多酚氧化酶含量最高,分别为:4.48、6.04 mg/kg、4.19 mg/kg。2通过高通量测序表明四种混交模式土壤细菌的丰富度为:降香黄檀×檀香降香黄檀×大果紫檀降香黄檀×奥氏黄檀降香黄檀×母生,土壤细菌多样性为:降香黄檀×大果紫檀降香黄檀×奥氏黄檀降香黄檀×檀香降香黄檀×母生。其中,变形菌门、酸杆菌门、放线菌门、绿弯菌门和厚壁菌门为4种混交模式中的主要菌群。3经冗余分析和相关性分析表明,影响降香黄檀混交林土壤细菌群落结构和细菌多样性的主要土壤理化因子为:p H值、脲酶、多酚氧化酶和有机质。     

Abundance and diversity of aerobic anoxygenic phototrophic bacteria in saline lakes on the Tibetan plateau

Aerobic anoxygenic phototrophic (AAP) bacteria are heterotrophic prokaryotes that are capable of utilizing light as an energy source but are not capable of producing molecular oxygen. Recently, multiple studies have found that AAP bacteria are widely distributed in oceans and estuaries and may play an important role in carbon cycling. However, AAP bacteria in inland lake ecosystems have not been investigated in depth. In this study, the abundance and diversity of the pufL-M genes, encoding photosynthetic reaction centers of AAP bacteria, were determined in the oxic water column and anoxic sediments of saline lakes (Qinghai, Erhai, and Gahai Lakes) on the Tibetan Plateau, China. Our results indicated that AAP bacteria were abundant in inland lakes, with the proportion of AAP bacteria (in total bacteria) comparable to those in the oceans, but with a lower diversity. Salinity and pH were found to be potential factors controlling the AAP bacterial diversity and community composition. Our data have implications for a better understanding of the potential role of AAP bacteria in carbon cycling in inland lake ecosystems.     

少花蒺藜草入侵对根际土壤磷细菌群落多样性的影响

[目的]入侵植物少花蒺藜草在磷元素受限的贫瘠沙质土壤中能够快速生长和种群扩张,形成单一优势群落。本文解析了少花蒺藜草在磷胁迫条件下对磷素的高效利用机制,以期为揭示其入侵机理提供理论依据。[方法]设置少花蒺藜草、冰草、狗尾草和空白对照4个处理,通过高通量测序技术,从土壤解磷微生物的角度分析各处理间土壤中解磷细菌的组成差异。[结果]少花蒺藜草入侵显著提高了土壤磷酸酶的活性和土壤解磷菌的群落多样性。PCA与UPGMA聚类结果表明,少花蒺藜草与狗尾草根际磷细菌物种组成相似性最大。LEfSe多级物种差异判别分析结果表明,少花蒺藜草根际显著富集且与其他处理有显著性差异的解磷菌类群为α-变形菌、链霉菌,其在少花蒺藜草对磷的吸收中可能起较为重要的作用。变形菌门、浮霉菌门和放线菌门与少花蒺藜草根际土壤中的全磷含量呈显著正相关,放线菌门与少花蒺藜草根际土速效磷含量有紧密联系。[结论]少花蒺藜草通过改变入侵地根际土壤的解磷菌群落结构间接影响根际土壤的磷素环境,从而利于自身生长。     

烟草种子内生细菌群落结构与多样性

【目的】为了解烟草种子内生细菌的群落结构和多样性。【方法】分别对3个品种(K326、云烟85、云烟87)烟草种子内生细菌的16S rRNA基因V3–V4区进行扩增,采用Illumina MiSeq测序技术对扩增片段进行高通量测序,并对3个品种烟草种子内生细菌群落结构和多样性进行分析。【结果】3个品种种子共获得的V3–V4区高质量序列片段128558条,Shannon指数计算为2.03–3.73,K326和云烟85内生菌多样性指数高于云烟87。3品种烟草种子内生细菌的优势门均为变形菌门Proteobacteria、放线菌门Actinobacteria、厚壁菌门Firmicute和拟杆菌门Bacteroidete。3个品种烟草种子内生细菌共有菌属共有27个,K326和云烟85的最优势菌属为假单胞菌属(Pseudomonas),云烟87的最优势菌属为大肠杆菌志贺菌属(Escherichia-shigella)。16S功能预测显示各种子中产生了丰度较高的蛋白质、核苷酸、糖类、辅酶及代谢产物合成的有益功能信息。【结论】烟草种子内生细菌多样性丰富,不同品种种子细菌群落组成基本相似,其丰度存在一定差异性。种子中存在的潜在有益细菌包括假单胞菌、类芽孢杆菌、根瘤菌、马赛菌、藤黄单胞菌、萨勒河菌、Lelliottia菌等,具有大量代谢相关的有益功能。研究结果为今后烟草种子内生菌的功能研究和利用以及种子病害生物防控提供参考信息。     

Spatial and temporal distribution of aerobic anoxygenic phototrophic bacteria: key functional groups in biological soil crusts

Several significant ecosystem services are performed by biological soil crusts (BSCs) in drylands, wherein photoautotrophic microorganisms are commonly critical contributors. However, aerobic anoxygenic phototrophic bacteria (AAnPB) are rarely reported in BSCs, despite being the second major branch of Earth's phototrophic microbes. Here, we collected different types of BSCs and their subsoils from temperate deserts, investigated distributions of AAnPB communities among BSCs using cultivation and high-throughput sequencing approaches, predicted keystone species by co-occurrence network analysis, and verified their effects on BSCs formation through microcosm experiments. The absolute abundances and diversity of AAnPB were higher in BSCs and were closely related with BSCs successional stages, as well as soil organic carbon contents. AAnPB communities in both BSCs and their subsoils were dominated by Proteobacteria and Alphaproteobacteria, specifically Acetobacteraceae, Rhodospirillaceae, Roseiflexaceae, Sphingomonadaceae and Caulobacteraceae families. Mean annual precipitation, pH and available nutrients were the primary factors that shaped AAnPB community structures. The predicted keystone species belonged to the families Acetobacteraceae, Rhodospirillaceae and Sphingomonadanceae. Microcosm experiments demonstrated that inoculation with strains from the three families greatly accelerated the formation and development of BSCs. These observations suggest that AAnPB are likely important functional groups in BSCs that significantly contribute to their formation and important ecosystem services.     

Seeing green bacteria in a new light: genomics-enabled studies of the photosynthetic apparatus in green sulfur bacteria and filamentous anoxygenic phototrophic bacteria

Based upon their photosynthetic nature and the presence of a unique light-harvesting antenna structure, the chlorosome, the photosynthetic green bacteria are defined as a distinctive group in the Bacteria. However, members of the two taxa that comprise this group, the green sulfur bacteria (Chlorobi) and the filamentous anoxygenic phototrophic bacteria (Chloroflexales), are otherwise quite different, both physiologically and phylogenetically. This review summarizes how genome sequence information facilitated studies of the biosynthesis and function of the photosynthetic apparatus and the oxidation of inorganic sulfur compounds in two model organisms that represent these taxa, Chlorobium tepidum and Chloroflexus aurantiacus. The genes involved in bacteriochlorophyll (BChl) c and carotenoid biosynthesis in these two organisms were identified by sequence homology with known BChl a and carotenoid biosynthesis enzymes, gene cluster analysis in Cfx. aurantiacus, and gene inactivation studies in Chl. tepidum. Based on these results, BChl a and BChl c biosynthesis is similar in the two organisms, whereas carotenoid biosynthesis differs significantly. In agreement with its facultative anaerobic nature, Cfx. aurantiacus in some cases apparently produces structurally different enzymes for heme and BChl biosynthesis, in which one enzyme functions under anoxic conditions and the other performs the same reaction under oxic conditions. The Chl. tepidum mutants produced with modified BChl c and carotenoid species also allow the functions of these pigments to be studied in vivo.     

健康与感染青枯病烟株根际土壤与茎秆细菌群落结构与多样性

【目的】了解健康烟株与感染青枯病烟株在根际土壤、茎杆发病部位、茎杆病健交界部位以及未发病茎杆的细菌群落结构与多样性。【方法】分别对土壤与茎杆样品中细菌的16S rRNA基因V3-V4区进行扩增,采用Illumina MiSeq测序技术对扩增片段进行高通量测序,然后对健康烟株与感染青枯病烟株不同部位细菌群落结构与多样性进行分析。【结果】感染青枯病烟株发病茎杆及根际土壤的细菌群落多样性高于健康烟株茎杆及其根际土壤样品,病健交界茎杆样品细菌群落多样性低于健康烟株。变形菌门(Proteobacteria)在所有样品中均为优势菌门;所有烟株根际土壤的优势菌门为拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi);健康烟株茎杆部位的优势菌门为蓝细菌门(Cyanobacteria);感染青枯病烟株发病茎杆和病健交界茎杆部位的优势菌门为蓝细菌门(Cyanobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)。所有根际土壤样品的优势菌属为劳尔氏菌属(Ralstonia)、假单胞菌属(Pseudomonas)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)、黄杆菌属(Flavobacterium)和代尔夫特菌属(Delftia),而感染青枯病烟株根际土壤的劳尔氏菌属(Ralstonia)和假单胞菌属(Pseudomonas)相对丰度显著高于健康烟株根际土壤,鞘脂单胞菌属相对丰度显著低于健康烟株根际土壤。烟株茎杆的优势菌属为劳尔氏菌属和假单胞菌属等。感染青枯病烟株病健交界茎杆中劳尔氏菌属、肠杆菌属(Enterobacter)和泛菌属(Pantoea)相对丰度显著低于健康烟株样品。【结论】健康与感染青枯病烟株茎杆样品细菌群落的丰富度和多样性明显低于相应的根际土壤样品。较健康烟株而言,感染青枯病烟株根际土壤和茎杆样品细菌群落丰富度和多样性均表现出不同程度地增加,且根际土壤细菌群落结构变化较茎杆样品明显,而病健交界茎杆样品细菌群落丰富度和多样性降低。烟草青枯病为典型土传病害,其病原茄科劳尔氏菌尽管能在烟株维管束中蔓延扩增,但主要还是分布于土壤中;它的存在似乎对土壤细菌群落的影响大于茎杆样品的。该研究结果提示对于青枯病的防治不能局限于烟株本身,田间土壤也应加大防治力度。     

玛珥湖好氧不产氧光合细菌pufM基因DNA和mRNA的定量及多样性分析

【目的】湖光岩玛珥湖是一类特殊的火山口湖,它完全封闭,地质年代久远,尚未受人类活动的剧烈影响,孕育着丰富而特殊的微生物种群。好氧不产氧光合细菌(AAPB)是以其在有氧情况下能行使光合功能而定义的一类专性异养细菌,其生理生态特征独特,进化年代久远,在水生生态系统的上层水体中广泛分布。目前,AAPB在玛珥湖水体中是否有分布仍是未知。【方法】构建和比较夏季湖水1 m、5 m、12 m三个水层的总DNA和总RNA的AAPB光合中心合成的关键基因pufM的6个克隆文库,并结合定量PCR技术,分析了不同水层AAPB的分布、系统发育多样性及其在总细菌中的比重。【结果】6个文库覆盖率和稀释曲线显示样本初步揭示了各水层优势AAPB类群的多样性。BLAST核苷酸同源性介于80%93%;多样性指数表明,湖光岩表层和底层多样性相当,中间层最低,总RNA的多样性高于总DNA。系统发育分析结果表明,OTU21 24所含的序列(占总序列的49.43%)与β-变形细菌的进化距离最接近,是湖光岩玛珥湖的优势AAPB菌群。定量PCR结果显示1 m水层中AAPB在总细菌中的比重最高,可达38.06%;而5 m水层中AAPB所占的比重最低,仅为0.85%;12 m为9.54%。【结论】湖光岩玛珥湖孕育着丰富而多样的AAPB类群。