高通量测序分析大兴安岭典型森林土壤细菌和真菌群落特征

[背景]大兴安岭地区是我国对气候变化响应最敏感的区域,而土壤微生物在维持寒区森林生态系统结构和功能中发挥重要作用.[目的]探究大兴安岭不同森林类型土壤微生物群落结构及与环境因子的关系.[方法]采用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析3种典型森林(白桦林、落叶松林和樟子松林)土壤细菌和真菌群落组成和多样性.[...     

紫茎泽兰入侵对土壤细菌的群落组成和多样性的影响

外来生物入侵可能对生物群落结构和生态系统功能产生多种影响, 但入侵植物与土壤微生物群落组成和多样性的关系尚不清楚。为了揭示外来植物紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)入侵对土壤化学性质和细菌群落组成及多样性的影响, 本研究利用第二代高通量测序技术, 比较了紫茎泽兰不同入侵程度的生境(本地植物群落、紫茎泽兰与本地植物混生群落、紫茎泽兰单优群落)土壤中细菌群落的差异。土壤化学性质分析表明, 土壤pH值、有机质、全N和全K随着紫茎泽兰的入侵而逐渐降低, 而土壤全P则在入侵程度最高的生境土壤中最高。通过测序共获得7,755个细菌OUT (operational taxonomic unit)。结果表明, 紫茎泽兰入侵对土壤的细菌多样性影响较小, ACE和Chao指数在3种不同生境间的差异不显著。细菌在紫茎泽兰与本地植物混生群落中的Shannon指数最低, 即细菌的多样性在中等入侵程度的生境最低。此外, 紫茎泽兰入侵改变了土壤细菌组成和结构, 酸杆菌门(Acidobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia)的相对丰度, 从本地植物群落、混合群落到紫茎泽兰单优群落, 呈现出先增加后减少的趋势。可见, 紫茎泽兰入侵一定程度上改变了土壤微生物的多样性和群落结构, 并改变了土壤的化学性质。     

祁连山中部4种典型植被类型土壤细菌群落结构差异

土壤微生物参与土壤生态过程,在土壤生态系统的结构和功能中发挥着重要作用。2013年7月采集了祁连山中段4种典型植被群落(垫状植被、高寒草甸、沼泽草甸和高寒灌丛)的表层土壤,分析了表层土壤微生物生物量碳氮和采用Illumina高通量测序技术研究了土壤细菌群落结构及多样性,并结合土壤因子对土壤细菌群落结构和多样性进行了相关性分析。结果表明:(1)土壤微生物生物量碳氮的大小排序为:沼泽草甸高寒草甸高寒灌丛垫状植被;(2)土壤细菌群落相对丰度在5%以上的优势类群是放线菌门、酸杆菌门、α-变形菌、厚壁菌门和芽单胞菌门5大门类;(3)沼泽草甸土壤细菌α多样性(物种丰富度和系统发育多样性)显著高于其它3种植被类型(P0.05),而垫状植被土壤细菌α多样性最低;(4)冗余分析和Pearson相关性分析表明,土壤pH、土壤含水量、土壤有机碳和总氮是土壤细菌群落结构和α多样性的主要影响因子。研究结果可为祁连山高寒生态系统稳定和保护提供理论依据。     

贵州省典型植烟生态区域根际土壤微生物群落多样性

土壤微生物是土壤的重要组成部分,它对土壤肥力的形成和植物营养的转化起着积极的作用。采用16S V4区高通量测序等方法对贵州省不同生态区域典型植烟土壤根际微生物群落进行分析研究,从根际土壤微生物群落特征上诠释不同生态区域典型土壤根际微生物群落的信息差异。结果表明:贵州省不同生态区域弱酸和酸性土壤占70.06%,有机碳平均2.24%,有机碳含量总体偏高,全氮与有机碳含量具有一定相关性;根际土壤微生物的OTUs数量差异明显,呈现总体是西部高于东部,南部高于北部;微生物属水平物种丰度差异显示,土壤类型对微生物群落丰度影响显著,而在土壤功能微生物上黔北区域的变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)两个门的微生物相对丰度最高,而在黔中中部区域变形菌门的丰度显著高于放线菌门的丰度。黔西南和黔中中部区域土壤微生物属水平优势种群显著高于其他地区,种群平衡度不高,具有土传病害发生的潜在危险。通过贵州省不同生态区域土壤微生物根际微生物信息分析与研究,为后续土壤生物修复奠定了良好的研究基础。     

黄河三角洲刺槐臭椿混交林与纯林土壤细菌群落结构和多样性特征分析

为研究黄河三角洲地区混交人工林土壤细菌群落特征,应用高通量测序技术,比较分析了刺槐臭椿混交林以及臭椿和刺槐纯林土壤细菌结构及多样性,并结合土壤理化性质进行分析。试验结果表明：在细菌门分类水平上,臭椿纯林、刺槐纯林、刺槐臭椿混交林土壤中分别检测出27、25、31门细菌,3种不同林分土壤中酸杆菌门、变形菌门、放线菌门、硝化螺旋菌门、绿弯菌门、浮霉菌门、芽单胞菌门、疣微菌门8种细菌是土壤中的主要细菌群落,其中酸杆菌门、变形菌门和放线菌门为优势细菌群落。不同类型人工林土壤中各门细菌相对丰度差异显著。混交林土壤细菌物种数和Shannon指数值分别为1910和9.1高于两种纯林。通过对土壤主要细菌群落与土壤理化性质进行主成分分析发现,3种不同林分之间在土壤细菌群落结构上有较高程度的分离,差异显著（P < 0.05）,有效磷含量与混交林土壤细菌群落有较强的正相关关系。因此可以得出结论,不同林分类型、土壤理化性质和细菌群落结构三者相互影响,刺槐臭椿混交增加了土壤细菌群落多样性,土壤理化性质在一定程度上影响土壤细菌结构和多样性。     

辽东山区典型人工针叶林土壤细菌群落多样性特征

为揭示不同人工林树种对土壤养分和土壤微生物群落的影响,采用Illumina MiSeq高通量测序和OTU分析法比较辽东山区白石砬子自然保护区落叶松人工林(LGe)和红松人工林(PKe),以及辽宁省森林经营研究所实验林场落叶松人工林(LGd)和红松人工林(PKd)土壤细菌群落结构的差异,同时测定土壤理化性质,探讨土壤细菌群落结构、树种和土壤环境因子的相关性。研究结果表明:(1) LGe和PKe土壤全碳、全氮和碱解氮的含量无显著差异,LGd显著高于PKd。(2)从群落组成来看,该地区落叶松和红松人工林中土壤主要由34个门类群的菌群组成,优势菌群包括变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、疣微菌门和芽单胞菌门。(3)从群落结构来看,LGe和PKe土壤细菌的多样性和丰富度指数无显著差异,PKd的多样性指数显著极高于LGd,丰富度指数无显著差异,且Metastats分析结果表明,较LGd和PKd相比,LGe和PKe在门水平和属水平上显著差异的个数较少,表现为趋同性。(4)优势细菌类群相对丰度和土壤理化性质的RDA和相关性分析表明,土壤p H、全氮、碱解氮的含量以及C/N是本区针叶林细菌群落结构的主要影响因子。综合分析表明,在保护区选择单一树种落叶松或红松造林对改善土壤养分及优化微土壤细菌群落结构无显著差异,而在实验林场选择落叶松更有利于提高土壤肥力。     

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。     

盐城滨海滩涂湿地典型植物群落土壤微生物组成与结构特征

土壤微生物是生态系统维持正常结构与功能的重要组成部分,为探究盐城滩涂典型湿地土壤微生物群落结构特征,以江苏盐城滩涂互花米草、藨草、盐地碱蓬、芦苇及淤泥质光滩5种典型群落为对象,采用16S rRNA高通量测序技术分析0—10 cm(表层)、10—30 cm(中层)、30—60 cm(深层)土壤微生物多样性及群落结构。结果表明：(1)几种植物群落间,土壤微生物群落结构差异较大,主要体现在细菌群落结构的差异性,古菌群落结构差异相对较小。光滩与植物群落间,在土壤细菌种类及相对丰度上差异相对较大,互花米草群落与本土植物群落间,在微生物群落的细菌种类组成上存在较大差异;藨草群落土壤表层微生物群落结构与互花米草群落相似,深层与盐地碱蓬、芦苇群落相似。(2)同一群落不同层次土壤微生物群落结构相似,差异小于不同群落间土壤微生物群落的结构差异性;不同群落对应层次间,表深层土壤中五种群落土壤微生物多样性存在显著差异,中层土壤中五种群落微生物多样性差异不显著。总体上,植物群落类型对土壤微生物群落结构的影响大于土壤深度;与本土植物群落相比,互花米草群落土壤主要优势门微生物种类差异较小,但部分优势门微生物相对丰度...     

蒙古沙冬青根际土壤细菌群落组成及多样性与生态因子相关性研究

蒙古沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）是中国西北荒漠唯一的常绿阔叶灌木,耐干旱、抗逆性强,在水土和荒漠化防治方面发挥着重要作用。为了探究蒙古沙冬青根际微生物多样性与生态因子互作机制,采用高通量测序技术测定了26个自然种群根际土壤细菌多样性;利用冗余分析（Redundancy analysis,RDA）探讨了根际细菌群落组成和多样性与生态因子之间的关系。结果表明：蒙古沙冬青根际土壤细菌隶属于15门、43纲、68目、123科、185属;主要优势细菌群为蓝菌门（Cyanobacteria）65.74%、变形菌门（Proteobacteria）21.72%、放线菌门（Actinobacteria）6.28%（相对丰度>2%）;优势菌纲为α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）17.48%、放线菌纲（Actinobacteria）4.76%、γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）3.28%。RDA分析显示：生态因子能够解释蒙古沙冬青根际土壤细菌群落多样性52.69%的方差,其中年均降雨量（F=12.8,P=0.002）、纬度（F=5.1,P=0.016）、太阳辐射（F=5,P=0.02）是影响土壤细菌多样性的主要因素。研究结果可为深入认识荒漠生态系统中根际土壤细菌的群落结构和影响因素提供理论依据。     

水仙根围细菌群落组成

【目的】探究水仙(Narcissus tazetta var.chinensis roem)土壤根围微生物组成及其与水仙生长特性的相关性。【方法】分别采集崇明水仙及漳州水仙健康植株根围土壤,抽提根围土壤中细菌总DNA并纯化,扩增16S r RNA基因并进行高通量测序分析比较不同产地植株根围细菌的组成与多样性。【结果】崇明水仙和漳州水仙根围微生物组成的主要细菌门类相同,均为12种,其中,优势菌为Proteobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes和Acidobacteria。根围微生物OTUs(Operational taxonomic units)分布及主成分分析(PCA)表明崇明水仙和漳州水仙根围微生物组成有较大差异,且Planctomycetales和Xanthomonadales在崇明水仙根围分布显著多于漳州水仙,而Chloroflexales和Chlorobiales在漳州水仙根围的丰度较高。【结论】根围微生物的组成,如厌氧氨氧化细菌、机会致病菌和光合细菌的多样性与丰度可能与水仙生长特性有密切的关系。     

Vertical distribution of bacterial community diversity in the Greater Khingan Mountain permafrost region

Soil microorganisms are crucial contributors to the function of permafrost ecosystems, as well as the regulation of biogeochemical cycles. However, little is known about the distribution patterns and drivers of high‐latitude permafrost microbial communities subject to climate change and human activities. In this study, the vertical distribution patterns of soil bacterial communities in the Greater Khingan Mountain permafrost region were systematically analyzed via Illumina Miseq high‐throughput sequencing. Bacterial diversity in the active layer was significantly higher than in the permafrost layer. Principal coordinate analysis (PCoA) indicated that the bacterial community structure in the active layer and the permafrost layer was completely separated. Permutational multivariate analysis of variance (PERMANOVA) detected statistically significant differentiation across the different depths. The relative abundance of the dominant phyla Chloroflexi (17.92%–52.79%) and Actinobacteria (6.34%–34.52%) was significantly higher in the permafrost layer than in the active layer, whereas that of Acidobacteria (4.98%–38.82%) exhibited the opposite trend, and the abundance of Proteobacteria (2.49%–22.51%) generally decreased with depth. More importantly, the abundance of bacteria linked to human infectious diseases was significantly higher in the permafrost layer according to Tax4Fun prediction analysis. Redundancy analysis (RDA) showed that ammonium nitrogen (NH₄ ⁺‐N), total organic carbon (TOC), and total phosphorus (TP) were major factors affecting the bacterial community composition. Collectively, our findings provide insights into the soil bacterial vertical distribution patterns and major environmental drivers in high‐latitude permafrost regions, which is key to grasping the response of cold region ecosystem processes to global climate changes.     

大兴安岭落叶松林不同演替阶段土壤细菌群落结构与功能潜势

采用土壤细菌16S rDNA高通量测序方法研究了大兴安岭汗马自然保护区落叶松林不同演替阶段的土壤细菌群落结构和功能.结果表明: 不同演替阶段落叶松林土壤细菌优势门为变形菌门、酸杆菌门、疣微菌门、拟杆菌门、放线菌门、浮霉菌门和绿弯菌门,随着演替的进行,酸杆菌门相对丰度逐渐增加,绿弯菌门相对丰度逐渐减少,优势门相对丰度在不同演替阶段不同.细菌群落α多样性在不同演替阶段间无显著差异,但其群落结构分别在落叶松幼龄林与中龄林、幼龄林与过熟林、近熟林与成熟林之间存在显著差异.土壤氧化还原电位、土壤pH和有效磷是影响细菌群落结构的主要环境因素,其中土壤氧化还原电位对微生物群落结构影响最大.随着演替的进行,细菌参与的固氮作用、反硝化作用、氨氧化作用、木质素降解作用呈逐渐减弱的趋势,硫酸盐异化还原作用呈先降后升的趋势,碳固定作用呈先升后降的趋势,碱性磷酸酶没有明显的变化规律,影响土壤功能的主要因素有土壤有效磷和氧化还原电位等.     

大兴安岭森林火烧后不同演替阶段土壤细菌多样性动态

【目的】研究我国最大的林区之一——大兴安岭森林火烧后不同演替阶段土壤细菌多样性动态,为天然林保护工程对于生物多样性的影响增添新的认识。【方法】以空间替代时间的方法分析大兴安岭森林演替对于土壤细菌多样性动态的影响。大兴安岭森林火烧后典型的自然演替序列为火烧迹地(LG-BA)、灌丛(SHR)、白桦林(BP)、白桦落叶松混交林(BP-LG)、落叶松林(LG-OM)。在演替序列的每个典型样地上采集0-10 cm土样,采用Illumina Mi Seq高通量测序技术测定土壤细菌群落组成及其多样性。【结果】细菌操作分类单位(OTU)数量从少到多的顺序为火烧迹地落叶松白桦混交林灌丛落叶松林白桦林。随着森林演替,多样性指数Simpson先增高后降低;Shannon指数先增加后减少再增加;OTU的丰度变化比较平缓,表明物种变化较小。在各演替阶段中,土壤细菌种类主要有变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes),4个门的种类含量随演替顺序都呈现先增加后减少的趋势。主成分分析表明不同演替阶段土壤细菌群落存在一定的差异性。冗余分析表明有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)和p H对于土壤细菌群落变化有影响。【结论】随着森林演替,大兴安岭地区土壤细菌种类和生物多样性会发生变化,其变化与土壤化学成分和p H有关。     

基于高通量测序技术的不同年代公园绿地土壤细菌多样性

【背景】细菌多样性对绿地土壤生态功能有重要作用,但不同年代公园绿地土壤的细菌多样性尚未见相关报道。【目的】研究北京市不同年代公园绿地土壤细菌多样性和群落结构特征。【方法】利用IlluminaMiSeq测序技术,分别对北京市代表性古典公园和现代公园绿地土壤细菌群落多样性进行分析。【结果】北京市公园绿地土壤细菌群落共划分为45个已知的菌门,其中变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和放线菌门为优势细菌群。土壤细菌群落α多样性分析结果表明,古典公园和现代公园的土壤细菌多样性存在差异,表现为古典公园的丰富度和多样性都高于现代公园。此外,土壤细菌群落相似性分析和主坐标分析都表明古典公园和现代公园的土壤细菌群落结构存在显著差异。冗余分析表明,对土壤微生物群落结构产生显著影响的环境因子分别为土壤含水量、有机质和全氮,其它土壤环境因子无统计学意义。首次引入公园年代作为影响因子进行冗余分析的研究结果表明,公园年代为影响公园细菌群落多样性的重要因子。【结论】不同年代公园绿地土壤细菌群落结构和物种多样性具有显著差异,随着公园年代的增加,土壤肥力和微生物多样性增加,绿地生态系统更稳定,可通过制定不同的绿地管理措施改变公园绿地土壤环境,进而优化土壤细菌群落结构,促进土壤碳氮养分循环,提高土壤肥力。     

基于高通量测序的辐射污染区细菌群落特征分析

【目的】为了更加全面地揭示辐射污染区细菌种群多样性,了解辐射污染对辐射区土壤中细菌群落结构的影响。【方法】运用高通量测序方法,分别进行了土样细菌16S r RNA基因的V3可变区测序,进而对无辐射污染对照和不同辐射污染程度的土样中细菌群落组成和多样性进行分析。【结果】研究共获得110 348条有效序列,17 604个OTUs,共涉及细菌域的19个门和6个潜在菌门和其它未分类菌群的726个属。多样性分析表明,辐射污染会引起土壤样品中微生物群落的分布显著差异化,显著提高细菌群落种群多样性和微生物丰度。微生物群落组成分析发现,在辐射污染胁迫下,辐射污染区样品中变形杆菌门分布比例显著下降;随着辐射污染程度的提高,放线菌门所占比例逐步提高,未分类菌门、厚壁菌门和酸杆菌门也有明显的提高。同时,研究发现辐射污染区中存在着大量未分类菌属。【结论】研究揭示了辐射污染区极为丰富的细菌多样性,大量微生物新物种资源有待发掘。     

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。     

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。     

炭基肥对植烟黄壤细菌、真菌群落结构和多样性的影响

【目的】探究施用炭基肥对植烟黄壤质量影响的微生物学机制,为应用炭基肥培育植烟黄壤肥力提供科学依据。【方法】2016年,以烤烟品种云烟87和贵州黄壤为供试材料,通过大田试验,设置不施肥(NF)、常规肥(CF,条施有机肥和烤烟专用基肥,穴施烤烟专用追肥)和炭基肥(BF,条施炭基有机肥和炭基复混肥,穴施烤烟专用追肥) 3个处理,2年后采集样品,采用Illumina Miseq高通量测序技术,剖析土壤细菌、真菌群落结构和多样性的响应差异,揭示影响微生物的主要土壤因子。【结果】与NF处理和CF处理比较,BF处理烤烟产量提高,土壤碱解氮和有效磷含量显著提高。BF处理土壤细菌OTUs数量最大(1592),显著大于其余两处理;土壤细菌丰富度和多样性指数最高。BF处理土壤真菌OTUs数量最小(280);土壤真菌丰富度和多样性指数最低。BF处理土壤细菌群落物种最多样,属于25个门,CF处理属于23个门,NF处理仅属于22个门。细菌门水平,BF处理拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度(1.50%)提高,Latescibacteria相对丰度(0.11%)降低;与NF处理比较,拟杆菌门、Latesc...