施肥对设施菜地nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的影响

采用末端限制性片段多态性分析(T-RFLP)和实时荧光定量PCR(real-time PCR)方法,研究了甘肃武威设施菜地不同施肥条件下0~20 cm、20~40 cm土层中土壤nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的变化.结果表明:施肥对土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构具有明显影响,且对70、156、190 bp片段所代表设施菜地土壤优势种群影响最显著.施肥对0~20cm土层nirK型反硝化细菌丰度有明显影响,其最大值出现在全有机肥(M)处理、为每克干土2.16×107个拷贝数,分别是对照(CK)和全化肥(NPK)处理的2.04和2.02倍.设施菜地土壤0~20 cm与20~40 cm土层nirK型反硝化细菌的优势种群及其基因丰度均存在显著差异,且设施菜地土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度与大田差异明显.土壤pH值、有机质及硝酸盐含量均影响nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度.系统发育分析结果表明,土壤中除存在与厌氧反硝化细菌亲缘相近的nirK型反硝化微生物外,还存在与好氧反硝化菌亲缘关系相近的nirK型反硝化微生物,如根瘤菌属、苍白杆菌属、土壤杆菌属等.     

施肥对设施菜地nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的影响

采用末端限制性片段多态性分析(T-RFLP)和实时荧光定量PCR(real-time PCR)方法,研究了甘肃武威设施菜地不同施肥条件下0～20 cm、20～40 cm土层中土壤nirK型反硝化细菌群落结构和丰度的变化.结果表明： 施肥对土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构具有明显影响,且对70、156、190 bp片段所代表设施菜地土壤优势种群影响最显著.施肥对0～20 cm土层nirK型反硝化细菌丰度有明显影响,其最大值出现在全有机肥(M)处理、为每克干土2.16×10⁷个拷贝数,分别是对照(CK)和全化肥(NPK)处理的2.04和2.02倍.设施菜地土壤0～20 cm与20～40 cm土层nirK型反硝化细菌的优势种群及其基因丰度均存在显著差异,且设施菜地土壤中nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度与大田差异明显.土壤pH值、有机质及硝酸盐含量均影响nirK型反硝化细菌的群落结构和丰度.系统发育分析结果表明,土壤中除存在与厌氧反硝化细菌亲缘相近的nirK型反硝化微生物外,还存在与好氧反硝化菌亲缘关系相近的nirK型反硝化微生物,如根瘤菌属、苍白杆菌属、土壤杆菌属等.
     

静态好氧高温牛粪堆肥中nirK型反硝化细菌群落动态变化

【背景】堆肥过程中,不同反硝化微生物相互作用产生大量气态氮,不仅导致氮素流失使得堆肥肥效降低,而且造成环境污染。但是目前关于堆肥中反硝化细菌群落结构变化,尤其是群落结构与堆肥理化因子间相关性方面的报道较为欠缺。【目的】对堆肥中反硝化细菌进行研究,旨在揭示反硝化细菌群落动态变化,为深入理解堆肥氮循环机理提供科学数据。【方法】设计一种静态好氧高温堆肥技术处理牛粪和水稻秸秆,利用高通量测序技术研究堆肥中nirK型反硝化细菌群落组成的动态变化,并分析优势反硝化细菌菌属与理化指标之间的相关性。【结果】堆肥全程共17d,各项堆肥理化指标以及生物学指标表明堆肥已经基本腐熟。高通量测序结果表明,在堆肥的不同阶段nirK型反硝化细菌群落结构差异显著。门水平上,堆肥中反硝化细菌属于变形菌门(Proteobacteria)和一未分类门;目水平上,优势类群主要属于根瘤菌目(Rhizobiales)、红杆菌目(Rhodobacterales)和伯克氏菌目(Burkholderiales),其中根瘤菌目(Rhizobiales)的种类最多,而伯克氏菌目(Burkholderiales)的相对丰度最高。Spearman相关性分析表明未分类门的反硝化细菌和未分类科根瘤菌目的反硝化细菌与全碳、碳氮比、含水率以及pH呈显著负相关(P0.05),与凯氏氮和硝态氮呈显著正相关(P0.05);其他优势菌属与全碳、碳氮比、含水率以及pH呈显著正相关(P0.05),与凯氏氮和硝态氮呈显著负相关(P0.05);未分类科伯克氏菌目的反硝化细菌、未分类纲变形菌门的反硝化细菌、产碱杆菌科的Pusillimonas属和副球菌属(Paracoccus)与铵态氮显著相关(P0.05)。【结论】静态好氧高温堆肥技术可以缩短堆肥周期。在堆肥的不同阶段nirK型反硝化细菌群落结构差异显著,并且该菌群落结构的变化受到堆肥理化因子的显著影响。本研究有助于揭示堆肥中氮素转化规律,并为改进堆肥工艺提供理论依据。     

长江口外低氧区及其邻近海域表层沉积物反硝化微生物多样性和分布特征

[目的]微生物参与的反硝化是河口区氮损失的主要途径.[方法]本研究采用Illumina MiSeq测序方法,研究了长江口外低氧区及其邻近海域表层沉积物中nirS型和nirK型反硝化微生物群落的多样性和分布特征.[结果]样品共检测到346个nirS Operational Taxonomic Units和267个nirK...     

象山港海域不同生境细菌群落结构与多样性

海洋环境中微生物群落结构和多样性是海洋生态系统结构和功能评估的重要指标.为了解象山港海域浮游细菌的群落特征,比较不同生境类型中菌落组成和结构差异,进而分析不同生境水体中菌落差异的形成原因,本研究利用16S rRNA高通量测序技术评估了象山港海域的网箱养殖区、牡蛎养殖区、人工鱼礁区和天然对照区等4种生境类型中海水细菌的群...     

典型生境巨菌草根内生固氮菌的群落多样性

【目的】探究不同生境巨菌草内生固氮菌群落组成多样性及其分异规律。【方法】采用高通量测序固氮酶nif H标靶基因方法,研究了我国6个典型地区的巨菌草内生固氮菌群,包括福建闽侯县、新疆墨玉县、内蒙古阿拉善左旗、青海贵德县、甘肃安定区、海南那大镇,结合地理气候因子统计,分析了固氮菌多样性的环境驱动机制。【结果】共获得64122条nif H基因的有效序列,640个OTUs,归属于6个门、10个纲、17个目、24个科、33个属和39个种。不同地区巨菌草中优势内生固氮菌群的种类和丰度存在较大的差异。在门水平上,福州闽侯县、甘肃安定区、新疆墨玉县、内蒙古阿拉善左旗和青海贵德县5个地区的优势菌门均为变形菌门,海南那大镇的优势菌门为变形菌门和蓝藻菌门;属水平上,不同地区巨菌草最优势内生固氮菌类群分别为:福州闽侯县(变形菌门中未定属,80.56%);新疆墨玉县(变形菌门中未定属,33.14%);内蒙古阿拉善左旗(变形菌门中未定属,76.23%);甘肃安定区(α-变形菌纲中的未定属,53.78%);海南那大镇(变形菌门中未定属,38.37%);青海贵德县(变形菌门中未定属,46.12%)。Alpha多样性和Beta多样性分析表明,不同地区巨菌草内生固氮菌群落的多样性存在较大的差异,海南那大镇样本中巨菌草各类内生固氮菌群的多样性及丰富度最高,福建闽侯县样本中巨菌草各类内生固氮菌群的多样性及丰富度最低。典范对应分析(CCA)结果表明,年均降雨量和年均气温是影响巨菌草内生固氮菌群变化的主要因素,其次是土壤有机质、土壤全氮和土壤p H。【结论】不同地区巨菌草内生固氮菌群落的组成及丰度存在着较大的差异,海南那大镇巨菌草内生固氮菌群的种类及相对丰度较高,本研究可为巨菌草内生固氮菌群的资源开发及其固氮微生物肥料的菌种选育和生产应用提供理论支持。     

闽江河口互花米草不同入侵阶段湿地土壤nirK型反硝化微生物群落结构及多样性

为了明确闽江河口互花米草海向不同入侵阶段湿地土壤nirK型反硝化微生物的群落结构及多样性,在鳝鱼滩东部的互花米草分布区,由陆向海方向选择互花米草海向入侵前的光滩(MF)、入侵1～2年(SAN)和入侵6～7年的互花米草(SA)湿地为研究对象,基于高通量测序技术,测定并分析了不同互花米草入侵阶段湿地土壤nirK型反硝化微生物群落结构及多样性的差异。结果表明:互花米草海向入侵降低了土壤中nirK型反硝化微生物群落的多样性及丰富度。不同入侵阶段湿地土壤的nirK型反硝化微生物主要包括变形菌门和放线菌门,其中变形菌门占绝对优势地位。互花米草海向入侵整体改变了湿地土壤中nirK型反硝化菌属的组成特征,MF、SAN、SA湿地土壤中相对丰度最高的nirK基因菌属分别为慢生根瘤菌属、中慢生根瘤菌属和产碱杆菌属。互花米草海向入侵增加了土壤中nirK型反硝化微生物群落组成的空间异质性,尤其是在SAN样地,这主要与样地本身的环境扰动性较大及互花米草海向入侵加大了样地环境因子的空间异质性有关。互花米草海向入侵主要是通过显著改变土壤理化因子(粒度组成、pH值和含水量)和氮养分条件(全氮、NH₄⁺-N、NO₃^--N)来影响nirK型反硝化微生物的群落结构及多样性。本研究结果有助于揭示互花米草海向入侵对湿地土壤反硝化过程影响的微生物机制。     

九龙江河口区nirS型反硝化细菌多样性及系统发育学分析

【目的】结合16S rRNA基因克隆文库和nirS基因克隆文库的分析,揭示九龙江河口区nirS型反硝化细菌多样性。【方法】选取九龙江河口区一富营养化采样点,分别采集水样及沉积物样品,进行理化因子的测定并提取细菌总DNA。以水样DNA构建16S rRNA基因克隆文库,以沉积物DNA构建nirS基因克隆文库,分析微生物群落结构的多样性并构建系统发育树。【结果】从16S rRNA基因克隆文库中获得86条有效序列,按97%的序列相似性划分为53个OTU,分别属于Proteobacteria门、Planctomycetes门、Bacteroidetes门、Actinobacteria门、Firmicutes门和Chloroflexi门。其中属于Proteobacteria门OTU的克隆子占克隆数的62.9%,是最优势的类群,分属于Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria和Deltaproteobacteria纲等。从nirS基因克隆文库中获得190条有效序列,翻译为氨基酸序列后,按82%的序列相似性划分为60个OTU,并定位到属的水平。其中Proteobacteria门是最优势的类群,占文库克隆子总数的71.6%,包括Alphaproteobacteria纲(5.8%)、Betaproteobacteria纲(49.0%)和Gammaproteobacteria纲(16.9%)。nirS基因克隆文库中丰度最高的OTU与GenBank中的一株可培养反硝化菌Thauera sp. R-26906具有100%的序列相似性。【结论】九龙江河口区的微生物以及亚硝酸盐还原酶基因(nirS)具有丰富的多样性。大部分NirS序列在GenBank中的最相似序列来源于河口、海湾等相似的环境。     

翅果油树群落结构多样性

群落结构多样性的研究可以为实施更加有效的生物多样性监测、保护与持续利用提供科学依据。采用扩展形式的Shannon指数和基于方差的结构多样性指数(STVI)对山西省翅果油树群落进行了结构多样性研究。结果表明:两个结构多样性指数表现出较为一致的变化趋势,均可反映山西翅果油树群落的结构多样性差异;群落类型、物种组成、空间结构,以及生境条件、环境因子和人为干扰强度等是影响翅果油树群落结构多样性的主要因素;STVI结构多样性指数克服了在计算多样性时将直径和高度划分等级时的主观性,并且能更好地描述一个较大的结构序列,因此运用价值更大。     

豆科作物间作燕麦对土壤固氮微生物丰度和群落结构的影响

利用荧光定量PCR和高通量测序的研究方法,比较了3种种植模式(燕麦单作,O;大豆/燕麦,OSO;绿豆/燕麦,OMO)对燕麦土壤固氮微生物数量和群落组成的影响.结果表明: 与大豆和绿豆间作显著改变了燕麦土壤的理化性质.燕麦土壤固氮微生物nifH基因拷贝数为每克干土1.75×10¹⁰～7.37×10¹⁰,拔节期和成熟期OSO和OMO中nifH基因拷贝数分别是O中的2.18、2.64和1.92、2.57倍,且各处理成熟期nifH基因拷贝数显著低于拔节期.样品稀释性曲线和覆盖度结果表明,各样品nifH基因测序结果可靠.与绿豆间作显著提高了燕麦土壤nifH基因的多样性.各样品固氮微生物属水平上优势类群均为Azohydromonas、固氮菌属、慢生根瘤菌属、Skermanella和在属水平上无法归类的固氮微生物,但各优势类群相对丰度存在差异.样品OTU的venn分布和主成分分析显示,拔节期和成熟期nifH基因群落结构存在差异,两个生育时期OSO和OMO具有更相似的nifH基因群落结构.表明与大豆和绿豆间作可显著提高燕麦土壤固氮微生物的数量,并影响固氮微生物的群落组成.     

象山港硅藻赤潮过程中真菌群落演替及互作特征

[背景] 近岸海域赤潮的发生能显著改变包括真菌在内的微生物群落组成,进而影响海洋中碳氮元素循环。真菌是海洋中重要的分解者,但赤潮过程对真菌群落的影响少有报道。[目的] 探明赤潮过程对真菌群落的影响,对进一步阐释赤潮对生态系统中物质循环的影响具有重要意义。[方法] 针对2017年春季象山港硅藻赤潮,对真菌内源转录间隔区1（Internally Transcribed Spacer 1,ITS1）序列进行高通量测序,研究赤潮过程中真菌群落响应及共现性特征。[结果] 真菌群落的α多样性指数在赤潮暴发的各阶段差异显著,而且均与磷酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐有显著相关性（P<0.05）。子囊菌门（Ascomycota,90.2%）和担子菌门（Basidiomycota,8.27%）是本次硅藻赤潮的优势菌门,其中子囊菌门遍布赤潮暴发的4个阶段;锤舌菌纲（Leotiomycetes,16.1%）和散囊菌纲（Eurotiomycetes,9.3%）是纲水平上的主要优势类群。赤潮暴发过程中硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐和温度等环境因素的改变,驱动真菌群落组成及结构发生显著变化。Helotiales、Eurotiales、Xylariales、Sacc haromycetales和Agaricostilbales构成了真菌群落共现网络的主体。[结论] 真菌群落在赤潮的各阶段具有显著的演替特征,赤潮藻生消是引起真菌群落演替的主要因素,但是环境因子也扮演着重要角色。赤潮过程中,真菌群落同类群内的互作要强于不同类群间的互作,这对维持群落的稳定性具有重要意义。     

不同生境马铃薯根际土壤细菌多样性分析

近年来,随着国家对马铃薯产业重视程度的增加,生产的专业化和规模化程度越来越高,化肥农药用量不断加大,加之连作等种植模式,致使以疮痂病为代表的土传病害普遍发生且逐年加重,个别地块发病率达90%以上,给种植业者带来巨大的经济损失。[目的] 为了探索马铃薯疮痂病发生与土壤环境的关系,分析区域性种植方式和施肥量对土壤细菌种群变化的影响,为实现土传病害有效防治提供借鉴。[方法] 本文分别从1年连作土传病害轻的宁夏西吉（西北）、3年连作土传病害严重的河北沽源（华北）、5年轮作未发现土传病害的内蒙古海拉尔（东北）大田马铃薯根际采集土壤,利用高通量测序技术,比较了样品间细菌群落结构差异。[结果] 3组样品共获得有效条带617558条,可分类操作单元（OTUs）3077个。各样品中变形菌门（Proteobacteria）数量最多,含量均在33%以上。与未发病土壤样品相比,土传病害发生严重的样品中细菌数量、物种数、细菌多样性、种类丰富度均有所降低,有害菌数量增加,益生菌数量减少。其中,放线菌（Actinobacteria）数量明显增多,变形菌（Proteobacteria）、绿弯菌（Chloroflexi）和酸杆菌（Acidobacteria）数量明显减少,组分及数量差异明显的细菌（尤其是放线菌门）大多与土壤全磷含量呈显著相关。[结论] 过量施用化肥和常年连作改变了土壤细菌群落结构,生态环境恶化,导致土传性病害发生。其中,磷可能是影响土壤微生物群落结构变化最主要的肥料元素。     

洋山港海域细菌群落多样性的季节变化

洋山深水港是中国大陆首个在远离陆地达30多km的海岛上建立的大型国际港口,水环境复杂;港口环境受港口建设和航运等人类活动的影响巨大。曾有学者针对洋山深水港海域表层海水中古菌多样性进行过调查和分析,但涉及包括细菌在内的微生物多样性尚未深入研究。利用高通量测序技术对洋山港海域细菌丰度、种类组成特征的季节变化进行了研究。结果表明该海域可培养细菌总数1.2—9.1×104CFU/m L,相比其他近岸海域和港口处于较低水平;该海域可培养细菌总数整体情况呈现夏季﹥秋季﹥冬季﹥春季,夏季的可培养细菌总数与其他季节区别明显。该海域优势类群为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和蓝藻门(Cyanobacteria),秋季、冬季和春季样品优势类群为γ-变形菌(γ-proteobacteria)和α-变形菌(α-proteobacteria),夏季样品优势类群为黄杆菌(Flavobacteriales)。秋季和冬季的优势类群为盐单胞菌属(Halomonas)和假单胞菌属(Pseudomonas),夏季则被聚球蓝细菌(Synechococcus)和黄杆菌属(Flavobacteriaceae)等代替。盐单胞菌属在洋山港海域内的秋冬春3季所占比例均接近或超过50%,是最具生长优势的细菌类群,是洋山港海域细菌群落中的优势类群,其生长情况同样存在季节性差异。群落多样性指数显示,该海域微生物多样性整体情况呈现夏季﹥春季﹥冬季﹥秋季,夏季相较其他季节而言,细菌种群较多,物种较为丰富,多样性程度高;秋冬两季微生物物种组成相对单一,多样性程度低。结合同时期环境因子,对洋山港海域细菌群落与环境因子数据进行了典范对应分析,结果显示影响洋山港细菌群落季节性差异的主要环境因子依次为总有机碳、盐度、叶绿素a和温度。海水温度和盐度等重要环境因子的季节变化,导致细菌优势类群存在明显的季节差异。     

中亚热带地区氮沉降对杉木幼林土壤细菌群落多样性及组成的影响

大气氮沉降量持续增加已经成为当前关注的热点.土壤细菌群落作为土壤环境中大量存在的微生物,在养分循环过程中发挥着不可忽视的作用.在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点,我们在野外模拟大气氮沉降试验,通过16S rDNA扩增子测序,研究中亚热带地区杉木幼林土壤细菌群落多样性和组成对氮沉降的响应.结果表明:短期施氮对研究区的土壤细菌群落多样性和组成并未产生显著影响,但高氮处理显著改变敏感菌群相对丰度,如富营养型类群丰度增加、贫营养型类群丰度降低.土壤细菌群落的营养策略发生变化,这可能是受到了养分有效性的驱动.因此,了解土壤细菌群落和养分分配格局对氮沉降的响应,有助于提高我们对未来环境的预测能力.     

植物群落和土壤理化性质对碧塔海湿地土壤细菌群落的影响

土壤微生物是湿地生态系统中土壤-植物系统生源要素迁移转化的引擎.探究湿地生态系统地上植物群落、土壤理化性质和空间结构与土壤细菌间的相互关系是维护湿地生态系统健康和稳定的关键.本研究运用双向指示种分析法(TWINSPAN)对碧塔海湿地采集的35个样方中的植物群落进行分类,并采用高通量测序技术对样方的表层土壤细菌进行测序,...     

青枯病与黑胫病混发烟株发病茎秆组织微生物群落结构与多样性

为了解青枯病与黑胫病混发烟株茎秆组织的微生物菌群组成,该文采用Illumina Miseq高通量测序技术研究了青枯病与黑胫病混发烟株发病茎秆和健康烟株未发病茎秆组织的真菌、细菌群落结构与多样性.结果表明:(1)发病茎秆组织中真菌群落丰富度与多样性较健康茎秆组织低,细菌群落丰富度与多样性较健康茎秆组织高.(2)健康茎秆组...     

Reproducibility of read numbers in high-throughput sequencing analysis of nematode community composition and structure

Although nematodes are the most abundant metazoan animals on Earth, their diversity is largely unknown. To overcome limitations of traditional approaches (labour, time, and cost) for assessing biodiversity of nematode species in environmental samples, we have previously examined the suitability of high-throughput sequencing for assessing species level diversity with a set of control experiments employing a mixture of nematodes of known number and with known sequences for target diagnostic loci. Those initial experiments clearly demonstrated the suitability of the approach for identification of nematode taxa but lacked the replicate experiments necessary to evaluate reproducibility of the approach. Here, we analyze reads generated from three different PCR amplifications and three different sequencing reactions to examine the differential PCR amplification, the possibility of emulsion PCR artefacts, and differences between sequencing reactions. Our results suggest that both qualitative and quantitative data are consistent and highly reproducible. Variation associated with in-house PCR amplification or emPCR and sequencing are present but the representation of each nematode is very consistent from experiment to experiment and supports the use of read counts to estimate relative abundance of taxa in a metagenetic sample.     

天山林区土壤真菌多样性及其群落结构

土壤真菌群落结构对森林生态系统功能的维持具有重要作用,目前对天山林区土壤微生物的种类和群落结构了解甚少。为了解天山不同植被类型下土壤真菌的群落动态及优势菌属,使用Illumina MiSeq高通量测序技术,研究天山林区根际土与非根际土中真菌群落组成及多样性。结果表明:(1)对有效序列进行OTU聚类(operational taxonomic unit)后共得到14121个OTUs,经注释划分为7个门、33个纲、109个目、255个科、444个属、677个种;(2)子囊菌门(Ascomycota)和担子囊菌门(Basidiomycota)是天山植物的优势菌门,灌丛中相对丰度较高的有帚枝霉属(Sarocladium)、鬼笔属(Lysurus)、Microidium;云杉林中相对丰度较高的属有镰刀属(Fusarium)、赤霉属(Gibberella)、丝盖伞属(Inocybe);(3)灌丛与云杉林土壤真菌的群落结构和丰富度有显著差异,灌丛土壤真菌的多样性和丰富度更高,云杉林中阴坡的土壤真菌丰富度较高而阳坡和林窗较低;(4)丝盖伞属(Inocybe)、被孢霉属(Mortierella)、赤霉属(Gibberella)、镰刀属(Fusarium)与云杉的生长可能具有密切的关系。本文推测,根际土壤真菌的多样性和丰富度较低可能是导致云杉幼苗成活率低等更新障碍的问题。