青石斑鱼海水循环水养殖水体的细菌群落特征

【目的】为揭示工厂化循环水青石斑鱼养殖水体的细菌群落特征,比较患病养殖池与健康养殖池的细菌群落结构差异,探讨细菌群落结构与青石斑鱼病害相关的相关性。【方法】采用Illumina Miseq高通量测序方法,分析比较了患病和健康养殖水体细菌群落结构、α-多样性指数(包括多度、均一度和系统发育多样性);并结合传统方法从患病青石斑鱼病灶部位分离疑似病原菌。【结果】患病和健康养殖水体中细菌群落的α-多样性并无太大差异,但主坐标分析与热图样本聚类分析表明细菌群落结构明显不同。二者的优势细菌门均为Proteobacteria、Verrucomicrobia和Bacteroidetes,但它们的相对丰度差异显著。患病养殖水体中α-Proteobacteria(25.07%)和γ-Protebacteria(22.74%)丰度相当,而健康养殖水体中γ-Protebacteria(40.49%)显著高于α-Proteobacteria(10.87%)。患病水体的Verrucomicrobia丰度(26.4%)远高于健康水体(10.9%);而Bacteroidetes的相对丰度则相反(12.3%vs 20.9%)。主要的差异类群包括α-Proteobacteria的Rhodobacteraceae和Rhodospirillaceae,γ-Proteobacteria的Alteromonadaceae、HTCC2188和Oceanospirillaceae,Verrucomicrobia的Verrucomicrobiaceae和Bacteroidetes的Cryomorphaceae。更表现在核心微生物类群的差异,健康养殖池水体以Glaciecola、HTCC、Sediminicola、Prevotella等对于养殖动物有益或无害的属为核心微生物;而患病养殖池水体则以Vibrio、Rubritalea、Oleibacter等病原菌或对养殖动物不利的属为核心微生物。从患病青石斑鱼的皮肤、肝脏和脾脏共分离得到弧菌20株,Acinetobacter haemolyticus 1株。【结论】患病的青石斑鱼循环水养殖水体中的细菌群落明显不同于健康养殖水体,特别是核心微生物的差异,其以Vibrio等病原菌或对养殖动物不利的属为主。该结果为青石斑鱼循环水养殖系统的管理、病害的诊断和监测提供理论与实验基础。     

自然微生物挂膜处理水产养殖废水的效果及微生物群落分析

以弹性填料和流化床填料为硝化反应的生物挂膜材料, 聚羟基丁酸/戊酸共聚酯(PHBV)为反硝化反应的碳源和生物膜载体, 通过微生物自然挂膜处理低C/N比水产养殖废水, 去除水体中的氨氮、亚硝酸盐氮及总氮。应用Miseq高通量测序技术对生物膜的微生物群落组成和结构进行分析。结果表明: 温度25—30℃, 该处理系统首次挂膜成功需要4周, 启动后运行稳定, 对2种不同来源和氮污染程度的养殖废水均有较好的脱氮效果, 氨氮、亚硝酸盐氮及总氮的去除率均在90%以上。硝化生物膜(a)的优势菌分别归属变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)。反硝化生物膜(b)微生物群落的多样性指数和丰度指数均远大于前者, 主要为变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、螺旋体门(Spirochaetae)及绿菌门(Chlorobi)。其中, 归属于变形菌门β-变形菌纲(Betaproteobacteria)的丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)和红环菌科(Rhodocyclaceae)在2种生物膜中占比均较高。由于所处环境(载体, 碳源、溶氧等)不同, 在属分类水平上, 2种生物膜的细菌群落结构表现出明显差异。生物膜a中属的种类仅为b的三分之二, 相对丰度>0.5%的优势菌属, a为8个, b为18个。其中, 隶属丛毛单胞菌科和红环菌科未知属的优势种群分别占到a、b总序列数的56.67%和45.51%。磁螺菌属(Magnetospirillum)和硝化螺菌属(Nitrospira)是a中特有的优势功能菌群, 梭菌属(Clostridium)、动胶菌属(Zoogloea)、管道杆菌属(Cloacibacterium)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)等具有反硝化功能的菌群为b的优势菌属。     

固相反硝化系统中微生物群落结构的研究进展

固相反硝化是一种新型的异养反硝化工艺,采用固体有机物同时作为反硝化微生物的碳源和生物膜载体,可用于地下水和低C/N比污水的脱氮处理。固相反硝化系统生物膜的微生物群落结构决定固体碳源的降解效率,进而决定反硝化脱氮的速率和系统的稳定运行。因此,微生物群落结构的研究对于固相反硝化工艺的优化以及反应机理的解析具有重要意义。对不同固相反硝化系统微生物群落结构的研究现状和进展进行了综述,并探讨了当前研究中存在的问题和发展趋势。     

PCR-DGGE法用于活性污泥系统中微生物群落结构变化的解析

应用PCR- DGGE方法,对在相同的操作条件下分别用低温菌和常温菌接种的两套活性污泥系统中的微生物群落结构的动态变化进行了追踪。研究结果表明:由于工艺和操作条件相同,两系统的微生物群落结构的相似性随着运行时间的增加而增加。PCR- DGGE方法可以在一定程度上反应出系统以及操作条件对微生物群落结构变化的影响     

虾-贝-红树林耦合循环水养殖系统中微生物群落分析

海水循环水养殖系统是重要的生态养殖模式发展趋势之一, 为了深入了解循环水养殖生态系统, 通过对系统各功能区水体中细菌16S rRNA基因V4V5区进行高通量测序和生物信息学分析, 从微生物生态学角度分析了循环水养殖系统不同功能区的细菌群落结构动态。测序分析结果显示, 海水循环水养殖系统中优势细菌种群分别属于变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes)。红树林湿地水体中变形菌门和厚壁菌门丰度较高, 而对虾养殖池的拟杆菌门和浮霉菌门丰度较高。在不同优势类群中, 变形菌门多样性指数平均值最高, 其次是拟杆菌门, 厚壁菌门最低。在各功能区中, 红树林细菌多样性最高, 虾池最低。MDS分析结果显示虾池、贝池和红树林湿地水体中细菌群落结构有明显差异, 虾池与其他功能区差异最大。研究表明, 高密度对虾养殖对虾池水体中细菌群落有显著影响, 但其影响在循环水养殖系统后续功能区中逐渐减弱。     

海水养殖尾水处理系统中微生物群落对水处理阶段的响应

为了阐明南美白对虾高位池养殖尾水处理系统中不同水处理阶段微生物群落演替机制, 利用16S rRNA基因高通量测序技术分析了水体和生物膜的微生物群落结构。结果显示, 在水处理系统中主要是变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)及酸杆菌门(Acidobacteria), 平均占细菌总OTU的88.61%。生物膜中生物多样性指数普遍高于水样, 与水体的共有菌为320种, 载体不同是造成群落结构差异的主要原因, 黏土陶粒和北美海蓬子(Salicornia bigelovii)根系是硝化作用的主要反应场所。在属水平上筛选出160种微生物, 主要属于变形菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、蓝细菌门、厚壁菌门(Firmicutes)及放线菌门, 它们能够较好地区分菌群的来源及水处理的反应阶段。研究揭示了不同水处理阶段以及不同生物填料中微生物动态变化情况, 为今后的海水养殖尾水处理提供理论依据和技术参考。     

光照周期和光照强度对循环水系统中墨瑞鳕的生长、肌肉营养成分及养殖收益的影响

分别探究了4种光照周期(12L﹕12D、15L﹕9D、18L﹕6D和21L﹕3D)和4种光照强度(1200 lx、1500 lx、1800 lx和自然光)对循环水养殖系统中墨瑞鳕的生长、肌肉营养成分及养殖收益的影响。结果表明:(1)15L﹕9D组墨瑞鳕的终重、日增重及特定生长率均显著高于其他三组(P<0.05),饵料系数显著低于12L﹕12D和21L﹕3D组(P<0.05); 1500 lx组墨瑞鳕的终重、日增重及特定生长率均显著高于其他三组(P<0.05),饵料系数显著低于其他三组(P<0.05)。(2)15L﹕9D组墨瑞鳕肌肉中粗脂肪含量、氨基酸总量及必须氨基酸总量均达到最大值; 1500 lx组墨瑞鳕肌肉中粗脂肪和灰分含量最高,而水分和粗蛋白含量最低;相反,自然光照组中水分和粗蛋白含量最高,而粗脂肪和灰分含量最低(P<0.05)。(3)尽管15L﹕9D组和1500 lx组都投入了较高的成本,但由于这两组中墨瑞鳕的生长快,产量高,其总收益、总净收益和效益成本比均显著高于其他实验组(P<0.05)。综合各项实验数据, 15L﹕9D和1500 lx分...     

干湿交替对生物滞留系统中氮素功能微生物群落的影响

【目的】为探究生物滞留系统干湿交替下环境因子对氮素功能微生物群落的影响。【方法】应用高通量测序技术(Illumina MiSeq PE300),并以amoA和nirS功能基因为分子标记,对无植物型和植物型生物滞留系统在干湿交替下不同土壤空间位置(种植层、淹没层)的硝化和反硝化细菌的多样性和群落结构进行研究,并对微生物群落与环境因子的相互关系进行相关性分析。【结果】微生物种群的功能基因存在显著的空间差异,相比淹没层,种植层的功能细菌更丰富。种植层的OTUs高于淹没层,而进水再湿润促使两种功能基因在种植层和淹没层的OTUs占比差异性增大。群落组成分析表明,amoA型硝化细菌和nirS型反硝化细菌的优势细菌门均为变形菌门(Proteobacteria)。虽然植物根系对氮素功能微生物的多样性指数影响不显著,但在属水平上,植物系统种植层的反硝化菌群种类高于淹没层,而无植物系统则刚好相反。CCA/RDA分析表明,土壤空间位置是影响硝化和反硝化菌群结构的最重要环境因子。【结论】本研究证实干湿交替运行下生物滞留系统中的氮素功能微生物群落受土壤空间位置、水分含量和植物根系的共同调控,其机制有待进一步研究。     

Seasonal dynamic changes in bacterial compositions in the Inner Mongolia desert steppe

Polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) technique was employed to examine the seasonal dynamic changes in bacterial community composition in the Inner Mongolia desert steppe using specific primers F954 and R1369. Bright and reproducible bands were sequenced, and the phylogenic tree was constructed. The results show that the bacterial community composition changed between different seasons. The specific bands were different between the sampling sites with light and heavy levels of degraded grassland. Three main types of bacteria constituting the microbial community in the Inner Mongolia desert steppe belonged to the α, γ andgd-sub phyla of Proteobacteria, Bacteroidetes and Acidobacteria. The unculturable bacteria accounted for 69% of the whole bacterial community of the Inner Mongolia desert steppe.     

基于PCR-DGGE技术的红树林区微生物群落结构

【目的】为了解红树林沉积物中细菌的群落结构特征。【方法】应用PCR-DGGE技术对福建浮宫红树林的16个采样站位样品细菌的群落结构进行了研究。根据DGGE指纹图谱,对它们的遗传多样性进行了分析。【结果】各站位样品细菌多样性指数(H)、丰度(S)和均匀度(EH)均有所不同,这些差异与它们所处站位的不同有关,红树林区细菌多样性高于非红树林区细菌多样性。对不同站位细菌群落相似性分析,它们的相似性系数也存在一定的规律,同一断面的细菌群落结构相近性较高。对DGGE的优势条带序列分析,同源性最高的微生物分别属于变形菌门(Proteobacteria)、酸菌门(Acidobacteria)和绿菌门(Chlorobi),它们均为未培养微生物,分别来自于河口海岸沉积物。【结论】应用PCR-DGGE技术更能客观地反映红树林沉积物中真实的细菌群落结构信息。另外,研究也表明红树林区微生物多样性丰富,在红树林区研究开发未知微生物资源具有巨大的潜力。     

生物炭对农田土壤细菌群落多样性影响的PCR-DGGE分析

为评价生物炭对农田土壤细菌群落多样性的影响,对不同施肥方式农田土壤细菌总DNA进行提取和16S rDNA特异性扩增,运用变性梯度凝胶电泳DGGE的分子生物学技术,对施肥土壤细菌群落的多样性进行表征。DGGE电泳结果表明,不同处理均可得到20条以上的电泳条带,说明水稻土土壤细菌群落较丰富。从泳道条带数量及光密度值方面对细菌群落多样性指标比较发现,施加生物炭的土壤(T2、T3、T4)细菌丰富度最高,细菌种群较多,其次为秸秆还田处理土壤(T1),而空白对照处理土壤(CK1)细菌群落丰富度最低,各处理之间的细菌种群均匀度指数差异不显著;对细菌群落的条带信息与土壤理化性质进行相关性分析得到,细菌群落的结构变化与各土壤理化性质的相关性大小依次为速效钾总有机碳有效磷全氮pH。     

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。     

Structural changes of gut microbiota in a rat non-alcoholic fatty liver disease model treated with a Chinese herbal formula

Accumulating evidence indicates that disruption of the gut microbiota by a high-fat diet (HFD) may play a pivotal role in the progression of metabolic disorders such as non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). In this study, the structural changes of gut microbiota were analyzed in an HFD-induced NAFLD rat model during treatment with an ancient Chinese herbal formula (CHF) used in clinical practice – Qushi Huayu Fang. CHF treatment significantly reduced body weight, alleviated hepatic steatosis, and decreased the content of triglycerides and free fatty acids in the livers of the rats. Gut microbiota of treated and control rats were profiled with polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis and bar-coded pyrosequencing of the V3 region of 16S rRNA genes. Both analyses indicated that the CHF-treated group harbored significantly different gut microbiota from that of model rats. Partial least squares discriminant analysis and taxonomy-based analysis were further employed to identify key phylotypes responding to HFD and CHF treatment. Most notably, the genera Escherichia/Shigella, containing opportunistic pathogens, were significantly enriched in HFD-fed rats compared to controls fed normal chow (P < 0.05) but they decreased to control levels after CHF treatment. Collinsella, a genus with short chain fatty acid producers, was significantly elevated in CHF-treated rats compared to HFD-fed rats (P < 0.05). The results revealed that the bacterial profiles of HFD-induced rats could be modulated by the CHF. Elucidation of these differences in microbiota composition provided a basis for further understanding the pharmacological mechanism of the CHF.     

草鱼与团头鲂肠道菌群结构比较分析

选取湖泊养殖的草鱼（Ctenopharyngodon idellus）和团头鲂（Megalobrama amblycephala）为研究对象, 通过对其消化道细菌群落16S rDNA进行细菌群落聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）分析, 比较了其消化道微生物群落结构。在两种草食性鱼类消化道中分别检测到不同的谱带, 其中草鱼的平均谱带数为（33.32.8）条, 团头鲂的平均谱带数为（38.02.5）条。基于所得PCR-DGGE指纹图谱谱带丰度值数据的UPGMA聚类分析和PCA排序均显示草鱼消化道微生物群落并没有与团头鲂消化道微生物群落分开; 相比于草鱼和团头鲂消化道微生物群落之间的差异, 草鱼和团头鲂个体间差异更加明显, 而且草鱼消化道微生物群落的个体分化更为明显。对特定条带的切胶回收测序结果显示, 草鱼和团头鲂消化道内检测到的菌群都主要来自-变形菌门、梭杆菌门和厚壁菌门, 另外草鱼消化道中还检出少量拟杆菌门细菌。以上结果表明同一生境中食性相同的野生草鱼与团头鲂消化道微生物群落组成不存在显著差异, 条带回收测序检测到相似的微生物种类。研究结果补充了人们在食性对消化道微生物群落结构影响方面的认识, 同时也暗示草鱼和团头鲂消化道内微生物群落对营养物质的代谢方式类似, 这为深入研究草食性鱼类消化道微生物菌群参与营养物质代谢积累了资料。     

肇庆星湖湿地放线菌多样性

摘要:【目的】了解肇庆星湖湿地放线菌多样性及其与底泥理化性质的关系。【方法】应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(polymerase chain reaction-density gradient gel electrophoresis,PCR-DGGE)技术对星湖湿地10个样点放线菌群落进行研究,根据DGGE图谱及克隆测序结果对其物种多样性进行分析,并结合样点理化性质对其空间分布特征进行分析。【结果】通过PCR-DGGE指纹图谱发现各样品放线菌物种丰富度(S)、多样性指数(H')和均匀度指数(J')均有所不同。对不同样点放线菌群落相似性进行比较,发现它们的相似性系数存在着一定的关系,相邻样点间相似性较高。对DGGE优势条带进行回收、克隆、测序,显示优势类群主要分布于类诺卡氏菌科( Nocardioidaceae)、链霉菌科(Streptomycetaceae)、小单孢菌科(Micromonosporaceae)、微球菌科(Micrococaceae)、纤维素单胞菌科(Cellulomonadaceae)和原小单胞菌科(Promicromonosporaceae)。典型对应分析结果表明,星湖湿地放线菌群落结构变化的主要影响因子为底泥水溶性碳(WSOC)和速效磷(A-P)。【结论】肇庆星湖湿地蕴含着大量的放线菌资源,具有较高的物种多样性,需要进一步挖掘这些新资源。     

不同施氮方式和施氮量对马尾松和木荷幼苗根系土壤细菌群落的影响

作为影响全球变化的主要因子之一,氮沉降对生态系统生物地球化学循环有重要的影响。细菌作为土壤生态系统物质循环的关键参与者,是土壤生态系统变化的敏感指标,在氮沉降对生态系统影响过程中发挥不可忽视的作用。模拟2种施氮方式(SAN:土表施氮,LAN:叶面施氮)和3种施氮量(5.6、15.6、20.6 g N m^-2a^-1),运用PCR-DGGE技术,分析不同施氮方式和施氮量对两种盆栽植物马尾松(Pinus massoniana Lamb.)和木荷(Schima superba Gardn.et Champ.)幼苗土壤细菌多样性和群落组成的影响。结果表明:不同氮添加方式下,土壤细菌多样性和群落组成对氮添加的响应不同,并受到季节的影响。在雨季,LAN处理木荷土壤细菌多样性高于SAN处理;而旱季,LAN处理两种幼苗根系土壤细菌多样性均高于SAN处理。LAN处理条件下,马尾松土壤AcidobacteriaGp1相对丰度在旱季和雨季均显著高于SAN处理(P<0.05)。在雨季,马尾松LAN处理土壤Alphaproteobacteria相对丰度显著低于SAN处理(P<0.05),旱季没有显著差异(P>0.05)。氮添加能够提高木荷土壤细菌多样性,提高马尾松土壤变形菌门的相对丰度。旱季施氮还能够提高马尾松土壤Actinobacteria相对丰度,降低木荷土壤酸杆菌门的相对丰度。土壤细菌群落变化与土壤pH显著相关(P<0.05),木荷土壤细菌群落还受到土壤NH+4-N含量的显著影响(P<0.05)。     

Change in the community structure of ammonia-oxidizing bacteria in activated sludge during selective incubation for MPN determination

We investigated the changes in the community structure of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) in activated sludge during incubation of the sludge in a medium selective for AOB. The number of AOB present in the activated sludge sample was enumerated by the most-probable-number (MPN) method. Both the activated sludge sample and the incubated samples for MPN determination were analyzed by polymerase chain reaction and denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE). Universal PCR-DGGE indicated that even after 40-d incubation in a medium selected for AOB, the MPN samples were predominantly composed of heterotrophic bacteria and not AOB. Denitrification by heterotrophic bacteria might lead to the underestimation of the MPN count of AOB. Not dominated in whole bacteria, one species of AOB was detected in both original activated sludge and samples after MPN incubation by PCR-DGGE targeting AOB. Furthermore, two new species of AOB were detected only after incubation. Therefore, the community structure of AOB in the MPN samples partially resembled that in the original activated sludge.