高通量测序和DGGE分析土壤微生物群落的技术评价

【目的】比较新一代高通量测序与传统的变性梯度凝胶电泳(Denaturing Gradient Gel Electrophoresis,DGGE)指纹图谱技术,评价两种技术研究土壤微生物群落结构的优缺点。【方法】针对新西兰典型草地和森林土壤,以16S rRNA基因为标靶,通过高通量测序和DGGE技术分析土壤微生物群落的组成、丰度和多样性,比较两种方法在土壤微生物研究中的适用性。【结果】在不同的微生物分类水平,高通量测序草地土壤检测到22门,54纲,60目,131科,350属;而DGGE仅检测到6门,9纲,8目,10科,10属,表明DGGE显著低估了土壤微生物的群落组成。森林土壤也得到了类似规律,高通量测序的检测灵敏度是DGGE的3.8、6.7、6.4、19.2及39.4倍。进一步分析土壤中主要微生物类群的相对丰度,发现分类水平越低,高通量测序与DGGE的结果差异越大,尤其在科和属的水平上差异最大。以高通量测序结果为标准,DGGE明显高估了土壤中大多数微生物类群的相对丰度,最高可达2000倍。两种方法都表明草地土壤的多样性指数高于森林土壤,但DGGE多样性指数的绝对值远低于高通量测序结果。【结论】高通量测序能够较为全面和准确的反映土壤微生物群落结构,而DGGE仅能够反映有限的优势微生物类群,在很大程度上极可能低估土壤微生物的物种组成并高估其丰度。     

外来树种日本落叶松对森林土壤质量及细菌多样性的影响

以甘肃小陇山林区8～30年林龄日本落叶松林（外来树种）、油松林（乡土树种）及次生林为研究对象,研究了不同树种森林的土壤质量和细菌多样性变化.结果表明: 不同树种森林土壤pH无明显变化;林龄越长,土壤含水量越高.土壤总氮与有机质含量以次生林最高,其次为日本落叶松,油松最低.不同林龄森林土壤总氮与有机质含量无明显变化,表明树种是影响土壤质量的主要因素.与乡土树种油松相比,外来树种日本落叶松显著提高了土壤全氮及土壤有机质含量.变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱显示,次生林土壤细菌多样性最高,而外来树种日本落叶松土壤细菌多样性最低.对DGGE图谱的聚类分析发现,小陇山不同森林土壤细菌类群分属变形杆菌、噬纤维黄杆菌和高G+C含量革兰氏阳性细菌类,其中分属变形杆菌为主要类群.进一步分析发现,日本落叶松的细菌群落组成具有更高的相似度,说明日本落叶松正在使该地区土壤细菌多样性发生变化.     

外来树种日本落叶松对森林土壤质量及细菌多样性的影响

以甘肃小陇山林区8～30年林龄日本落叶松林(外来树种)、油松林(乡土树种)及次生林为研究对象,研究了不同树种森林的土壤质量和细菌多样性变化.结果表明: 不同树种森林土壤pH无明显变化;林龄越长,土壤含水量越高.土壤总氮与有机质含量以次生林最高,其次为日本落叶松,油松最低.不同林龄森林土壤总氮与有机质含量无明显变化,表明树种是影响土壤质量的主要因素.与 乡土树种油松相比,外来树种日本落叶松显著提高了土壤全氮及土壤有机质含量.变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱显示,次生林土壤细菌多样性最高,而外来树种日本落叶松土壤细菌多样性最低.对DGGE图谱的聚类分析发现,小陇山不同森林土壤细菌类群分属变形杆菌、噬纤维黄杆菌和高G C含量革兰氏阳性细菌类,其中分属变形杆菌为主要类群.进一步分析发现,日本落叶松的细菌群落组成具有更高的相似度,说明日本落叶松正在使该地区土壤细菌多样性发生变化.     

PCR-DGGE技术在土壤微生物多样性研究中的应用

DGGE是一种有效的微生物多样性研究技术。本文简要介绍了DGGE(denaturing gradient gel electrophoresis)的基本原理,及其在研究土壤微生物类群多样性中的应用,并对该技术自身存在的缺陷进行了评价。     

PCR-DGGE技术及其在植物微生态研究中的应用

植物中微生物种类较为丰富,在植物微生态系统中发挥重要作用.变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)技术作为研究微生物物种多样性和种群动态变化的分子检测工具之一,广泛应用于植物微生物群落多样性和群落动态变化研究中.概述了DGGE技术的原理,及其在植物微生物生态学中的应用以及在该领域研究中导致DGGE偏差的因素和相应解决方法,对DGGE检测结果的分析提供参考,为进一步研究植物微生物相互作用提供帮助.     

城市森林土壤微生物群落结构的季节变化

土壤微生物在森林生态系统中扮演重要的角色,是森林生态系统中物质循环的驱动因素,但目前对于城市森林土壤微生物群落的季节变化及其影响因素研究较少。因此,本研究以东莞城市森林为对象,采用高通量测序方法研究城市森林土壤微生物的季节变化规律及其影响因素。结果表明:土壤微生物群落结构和多样性有显著的季节变化,湿季土壤微生物总数量显著低于干季,但湿季土壤微生物Chao1指数和Shannon指数显著高于干季,湿季细菌和真菌的多样性和菌群结构更为丰富,其中细菌主要通过数量改变适应季节的变化,真菌主要通过数量以及物种组成的改变适应季节变化。土壤有效硼是细菌群落结构的主要影响因子,pH是真菌群落结构的主要影响因子,土壤中交换性钙和交换性镁亦是影响细菌和真菌群落的重要因子。     

树种多样性对土壤微生物群落结构和元素生物地球化学循环的影响研究进展

森林是陆地生态系统的重要组成部分,其巨大的生产力和生态服务功能对人类的生存和发展至关重要。森林树种多样性增加能够显著提高森林生产力,关于树种多样性如何影响地下生物多样性及生态功能逐渐受到国内外学者的广泛关注。从土壤微生物及其介导的元素生物地球化学循环这一视角出发,综述了树种多样性对土壤细菌和真菌多样性、群落结构及功能的影响,提出需要进一步深入研究的方向。总体来说,树种多样性有利于增加土壤细菌生物量和多样性,是预测病原性真菌和菌根真菌多样性及群落结构的重要生物因子。树种多样性能增加土壤有机碳储量,增强森林土壤的甲烷氧化能力,并提高土壤磷周转速率及有效磷含量。关于树种多样性对森林土壤氮循环的影响需考虑多样性假说和质量比假说的相对贡献。今后应加强树种多样性对多个营养级之间相互作用的研究;关注树种多样性对生态系统多功能的影响;加强学科交叉,引入微生物种群动态模型和气候模型等模型预测方法,研究树种多样性对全球气候变化的应对机制,以期促进地上植物多样性与地下生态系统功能关系的研究,增强森林生态系统应对未来全球环境变化的能力。     

DGGE/TGGE技术在土壤微生物分子生态学研究中的应用

传统的微生物生态学研究方法只限于环境样品中极少部分(0.1%￣1%)可培养的微生物类群,极大程度地限制了对土壤微生物群落结构的研究。综述了以16S rDNA为主要研究对象的DGGE/TGGE(Denaturing gradientgel electrophoresis,DGGE/Temperature gradient gel electrophoresis,TGGE)技术原理,以其为主要手段结合PCR扩增、克隆建库、序列测定以及种系分析对土壤微生物的群落结构和多样性研究的最新动态。DGGE/TGGE技术极大地推动了土壤微生物分子生态学的发展,同时也为实际问题的诊断、作物生长跟踪监测等提供了技术支撑,在土壤微生物分子生态学研究和生产实践中起着越来越重要的作用。     

宝天曼落叶阔叶林土壤细菌多样性

土壤微生物在森林生态系统中起着重要作用。高通量测序方法的出现为进一步认识土壤微生物提供了契机。本文利用Illumina Miseq高通量测序技术对宝天曼森林土壤的细菌多样性进行了初步研究。结果显示: 在31个采样点内, 随着采样点增加, 检测出不同分类水平的土壤细菌类群也在增多, 当采样点达到31个时, 检测出的土壤细菌类群达到45门163纲319目495科785属和42,632个OTU; 31个土壤样品中所检测出的细菌类群平均有34.2门114.7纲215.2目323.7科446.6属5,924.7个OTU, 其中门、纲、目分类水平上的优势类群(所占比例)分别为变形菌门(Proteobacteria)(38.30%)、α-变形菌纲(α-Proteobacteria)(18.08%)、根瘤菌目(Rhizobiales)(10.62%)。这些初步研究结果表明在一定程度上宝天曼森林土壤有较高的细菌多样性水平, 为进一步认识森林土壤细菌多样性与植物多样性关系等奠定了基础。     

岩溶区植被和季节对土壤微生物遗传多样性的影响

基于土壤微生物遗传多样性随植被和季节的变化而变化的假设,运用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)检测岩溶区草丛(T)、灌丛(S)、次生林(SF)和原生林(PF)群落演替过程中土壤细菌和真菌群落的遗传多样性及其季节变化.随着地上植被的演替土壤细菌群落具有连续性但优势种群不明显,真菌群落没有连续性但优势种群明显.植被和季节对于细菌和真菌群落的Shannon多样性具有不同程度的显著影响,同时存在显著的植被和季节交互作用.草丛土壤中细菌和真菌群落的Shannon多样性有显著的季节变化(p<0.01);灌丛土壤中仅细菌群落多样性有显著季节变化(p<0.05);而森林土壤中细菌和真菌群落多样性没有显著的季节变化.土壤真菌和细菌多样性具有显著正相关关系.随着地上植被的正向演替,土壤微生物遗传结构逐渐稳定;植被恢复早期阶段,土壤中存在着丰富的微生物遗传多样性,但并不稳定.