基于MiSeq测序分析新疆泥火山土壤细菌群落多样性

【目的】以新疆乌苏泥火山土壤为研究对象,了解泥火山细菌群落结构及其时空动态变化。【方法】选择泥火山4种不同生境土壤在4、7、11月份采样,应用Illumina Mi Seq测序技术测定泥火山土壤细菌的16S r RNA基因V3–V4变异区序列,分析乌苏泥火山不同生境土壤细菌群落组成。【结果】泥火山土壤细菌在97%的相似水平下共得到OTU个数为29 005,在细菌门水平上共有38种细菌类群,Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes为优势菌群,在属水平上共有72种细菌类群,其中含量最高的是未分类细菌;多样性分析表明生境D的丰度指数和多样性指数最高,将泥火山细菌群落多样性与理化因子结合分析,发现其多样性随着土壤养分的增加而基本降低,说明物种多样性指数与理化因子之间呈负相关关系;OTU水平的分析表明生境A的群落组成在时空动态上没有显著差异,其样品群落组成较为相似,而生境C的物种组成差异较大。【结论】相比较于传统方法,Mi Seq测序能够更全面解析环境样品中微生物多样性,揭示了乌苏泥火山群蕴含着丰富的微生物资源,这将为深入研究泥火山生态系统奠定基础,为合理利用和开发泥火山微生物资源提供指导。     

基于高通量测序的裕民红花根际土壤细菌群落特征分析

【背景】新疆裕民县是我国最大的红花种植基地,其独特的地理环境和气候条件适合红花生长且有利于红花良好品质的形成。【目的】探究新疆裕民县山地栽培红花不同生育期的根际土壤细菌群落及其与环境因子之间的关系,为揭示道地药材"道地性"的本质与规律提供科学依据。【方法】在3块裕民栽培红花样地中分别采取营养生长期与生殖生长期的根际、非根际土壤,测定其土壤性质,并提取基因组DNA对16S rRNA基因的V4高变区进行PCR扩增构建文库,经过Illumina HiSeq高通量测序平台测序后使用生物信息学技术分析土壤细菌的丰富度、多样性指数和群落结构,然后分析多样性指数与环境因子之间的相关性。【结果】从36个红花土壤样品中共得到10303个细菌操作分类单元(Operationaltaxonomicunit,OTU),分属于47门102纲201目381科738属405种,其中放线菌门(Actinobacteria,32.9%)和变形菌门(Proteobacteria,28.7%)是优势菌群。方差分析显示丰富度指数Chao1与多样性指数Shannon在4个样品分组的细菌群落中无显著差异,而主坐标分析(Principal coordinates analysis,PCoA)和属水平的物种丰度分布情况表明各样地之间的细菌群落构成差异明显。【结论】经分析,红花根际土壤中存在大量适应环境变化的细菌,这些细菌的存在可能对红花道地性的形成有积极作用。此外,土壤性质、植物的生长阶段和根系分泌物可能通过影响红花根际细菌群落来致力于红花道地性的形成。     

流溪河生态公益林下土壤细菌多样性

【背景】森林土壤细菌多样性在一定程度上是衡量森林质量的重要指标之一,土壤细菌群落结构组成及变化能够反映森林生态系统的结构和功能,在森林生态系统物质养分循环中发挥着重要的作用。【目的】以广州市流溪河国家森林公园3种不同密度林分生态公益林的土壤为研究对象,分析不同密度林分类型对土壤细菌群落结构的影响,探讨不同林分密度土壤养分和土壤细菌的分布规律,为退化生态系统的恢复、合理利用公益林土壤资源、维护地力及提高公益林生态系统生产力和服务功能提供参考。【方法】选择高密度林分(HD)、中密度林分(MD)、低密度林分(LD)3种林分类型,采用"S"形取样法采集土壤样品,提取土壤微生物总DNA,采用Illumina MiSeq高通量测序技术对16S rRNA基因进行序列测定,利用R语言和SPSS21.0等软件分析林分密度对细菌多样性及群落结构的影响。【结果】高林分密度土壤肥力状况较中低林分密度高;不同林分密度下土壤细菌多样性指数、丰富度指数略有差异,中密度林分指数最高;流溪河区域土壤细菌多样性较高,变形菌门和酸杆菌门是主要类群。【结论】流溪河生态公益林土壤细菌具有丰富的多样性,以变形菌门和酸杆菌门为主;林分密度对土壤细菌的多样性、丰富度及其群落结构产生明显影响;流溪河区域中密度林分(1 800-2 200株/hm2)更适合土壤细菌的繁衍生息;土壤的肥力状况受林分密度、灌木杂草的影响;16SrRNA基因的基因组异质性会导致对细菌多样性的过高估计。     

不同采样策略影响土壤捕食线虫真菌物种多样性检测结果

【背景】土壤微生物多样性是土壤学领域的研究前沿和热点,而科学的土壤样品采集策略是保证研究结果真实性的重要保障。【目的】探究不同采样策略对土壤捕食线虫真菌(nematode-trapping fungi,NTF)纯培养检测结果的影响。【方法】对3个不同生境样方的土壤进行不同样点数(3点、5点、9点和13点)、不同样点空间排布(一字型、V型、W型、三角型和梅花型)的土壤混合及不混合采样,以单孢子分离法纯化NTF,结合形态和分子技术鉴定物种,分析比较不同样点数、不同样点空间排布的土壤混合及不混合采样策略下NTF的α多样性及检出菌株数的差异。【结果】在单点采样、分别纯化、合并分析各点检测数据策略下,NTF的α多样性和检出菌株数随着合并样点数的增加而增高,5个点或9个点的不同整合数据间差异较小,检测结果相对较稳定。在土壤混合采样策略下,超过5个点土样混合不利于NTF的检测。【结论】土壤样品采集策略影响NTF纯培养结果。在单点采样、数据合并分析策略下,5点或9点采样法相对更好;土壤混合采样策略下,5点采样混合法相对更科学和可行。     

贝壳砂改良土壤中反硝化细菌的分析

【目的】通过对一处经过长期使用贝壳砂进行改良的土壤中的反硝化细菌的多样性和细菌分离分析,研究该土壤中反硝化细菌的组成特征。【方法】采用454焦磷酸测序的方法分析了土壤样品中微生物群落的组成,选用Giltay培养基培养、鉴定从土壤中挑选的分离物的反硝化能力,并对具有反硝化能力的微生物进行了16S rRNA基因鉴定。【结果】该土壤样品中占据优势地位的为Proteobacteria、Acidobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi等门的微生物,属的水平上则有近70%尚未确立分类地位。所分离的细菌中,共得到12株厌氧条件下具有较高硝酸盐去除效率的微生物,分属Pseudomonas、Aeromonas、Serratia和Acinetobacter,均为γ变形菌纲的微生物。【结论】该土壤中具有较高的微生物多样性,包括很多未知类型的微生物和众多类型的反硝化细菌;分离到了11株具有反硝化能力的菌株,可用于该土壤的反硝化过程的进一步研究。     

16S rRNA基因高变区V4和V3−V4及测序深度对油藏细菌菌群分析的影响

【背景】16S rRNA基因测序是当前研究微生物群落组成及其分布的重要手段。【目的】揭示16S rRNA基因高变区V4 (515-806)和V3-V4 (338-806)及测序深度(1-2万条和10万条)对油藏微生物细菌群落组成和多样性分析的影响。【方法】所用油水样细菌16SrRNA基因拷贝数为(6.51±0.56)×108/L,16SrRNA基因V4区测序使用IlluminaMiSeqPE250测序平台,V3-V4区测序使用MiSeqPE300测序平台。【结果】测序深度达到1-2万条时,V4和V3-V4区测序文库覆盖率均达到99.6%以上,且具有较好的可重复性;V4区测序深度为1-2万和10万时,菌群α多样性指数受测序深度影响不显著;与V4区测序相比,同样测序深度(1-2万)下,V3-V4区测序获得的菌群α多样性指数有所降低。V4测序1-2万与10万获得的菌群中几乎未出现显著性差异微生物类群;同样测序深度(1-2万)下,V4与V3-V4测序相比,优势微生物类群Epsilonproteobacteria(51.37%:64.23%)和Deltaproteobacteria (17.96%:11.40%)相对丰度表现出显著差异。【结论】测序深度达到一定水平,增加测序深度会一定程度上影响菌群α多样性指数,对菌群β多样性分析的影响十分有限;同一测序深度下,V4区与V3-V4区测序获得的细菌菌群α多样性指数明显不同,部分优势微生物类群的相对丰度值之间具有显著性差异。鉴于测序读长的提升和测序成本降低,与V4区测序相比,V3-V4区测序在更低的测序深度下文库覆盖率更高,可提供更多用于反映物种亲缘关系的16S rRNA碱基信息,本文认为V3-V4区测序可作为当下菌群分析的首选区域。     

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。     

引物应用策略：基于2对古菌16S rRNA基因通用引物对环境样品古菌多样性分析

【目的】找到适宜的16S rRNA基因通用引物应用策略,应对复杂环境微生物多样性调查,尤其目前高速发展的高通量测序技术带来的巨大挑战。【方法】用Oligocheck软件分别将两对应试的古菌16S rRNA基因通用引物与RDP(Ribosomal database project)数据库中古菌16S rRNA基因序列进行匹配比对。用两对应试引物分别构建海洋沉积物样品的古菌16S rRNA基因文库。【结果】软件匹配结果显示引物f109/r958与目的基因的匹配程度高于引物f21/r958。该结果与古菌16S rRNA基因文库RFLP分析、古菌多样性指数分析结果相吻合。数据还表明,2对引物的综合文库能更好满足该沉积物样品的古菌多样性分析。【结论】选用与数据库中目的基因匹配性高的通用引物和多个引物的联合使用,可以有效提高环境样品微生物多样性调查的分辨率。     

新疆红井子盐碱土壤非培养放线菌多样性

【目的】研究新疆红井子盐碱土壤中的放线菌物种多样性。【方法】应用基于16S rRNA基因序列系统发育分析的免培养方法进行放线菌物种多样性分析。利用放线菌特异性引物,以土壤样品总DNA为模板,扩增16S rRNA基因,构建16S rRNA基因克隆文库,并对文库中的插入序列进行RFLP分析。【结果】随机挑选的246个阳性克隆通过酶切筛选出61个不同图谱的重组克隆并测序。分析结果显示这61个克隆序列分属于42个OTUs,分布于放线菌纲(Actinobacteria)的放线菌亚纲(Actinobacteridae)、酸微菌亚纲(Acidimicrobidae)和红色杆菌亚纲(Rubrobacteridae);该环境中有71.4%的序列与已有效发表菌株的序列相似性小于97%,代表着放线菌新类群,其中部分序列形成了几个独立的进化分支,可能代表更高级的新分类单元。【结论】红井子土壤中的放线菌组成具有丰富的多样性,并有新放线菌分类单位的潜在资源,值得进一步进行开发研究。     

辣椒连作对土壤细菌群落的影响

【目的】土壤微生物对农业生态系统的长期可持续性至关重要。为探讨不同连作年限对辣椒土壤细菌群落结构和潜在功能的影响。【方法】采用16S rRNA基因高通量测序PICRUSt功能预测相结合的研究方法,对不同连作年限下(1Y、3Y、5Y和10Y)的辣椒土壤细菌微生物群落结构和功能进行分析。【结果】微生物多样性指数和共生网络复杂度随连作年限的延长而降低,同时,连作年限变化对细菌群落组成有显著影响。不同的土壤细菌种群对连作措施的响应程度不一,长期连作增加了变形菌门和拟杆菌门的相对丰度,但降低了绿弯菌门、酸杆菌门、厚壁菌门和髌骨细菌门的相对丰度。PICRUSt功能预测结果表明,延长连作年限改变了土壤细菌整体的氮、磷代谢能力,导致细菌群预测功能基因发生了变化,能量代谢、氨基酸代谢和碳水化合物代谢等重要代谢功能基因减少,而折叠、分类和降解、复制和修复、膜转运、细胞生长与死亡等功能基因丰度明显增加。冗余分析表明,土壤有机质和有效磷是影响细菌群落迁移和功能变化的关键土壤理化因子。【结论】延长辣椒连作年限后,细菌群落结构改变和多样性下降导致土壤微生物群落功能失调可能是造成辣椒连作障碍的原因之一。     

枯草芽胞杆菌菌肥对有机冬瓜根区土壤微生态的影响

【背景】微生物肥料已广泛应用于我国有机作物的种植,其对有机种植土壤微生态的影响尚需科学评测。【目的】高通量测序技术可用于精确分析土壤微生物群落,从细菌、真菌群落结构和多样性的角度阐释枯草芽胞杆菌菌肥对有机农田根区土壤微生物群落的影响。【方法】在有机农田轮作种植条件下,施用枯草芽胞杆菌菌肥后提取冬瓜根区土壤基因组DNA,通过PCR扩增建立文库,利用IlluminaMiSeq高通量测序技术,并结合相关生物信息学方法分析土壤细菌16SrRNA基因V3-V4区和真菌ITS1区的多样性指数及群落结构;测定根区土壤化学性质及酶活性,分析有机冬瓜果实品质,并作相关分析。【结果】从6个有机冬瓜根区土壤样本中获得14199个细菌操作分类单元(OTU)和3378个真菌OTU,细菌和真菌文库测序覆盖率分别在98%、99%以上。枯草芽胞杆菌菌肥会在一定程度上提高土壤细菌种群多样性而降低真菌种群多样性,丰富了细菌群落结构,但显著降低了真菌群落丰富度(P0.05);并减少了根区土壤特有细菌和真菌物种。变形菌门、厚壁菌门和放线菌门是优势细菌,子囊菌门是优势真菌;枯草芽胞杆菌菌肥会提高绿弯菌门和子囊菌门的相对丰度,比例分别为46.23%、10.01%;降低变形菌门和担子菌门的相对丰度,比例分别为11.14%、74.72%。枯草芽胞杆菌菌肥显著降低了土壤pH,显著提高了有机冬瓜果实总氨基酸、可溶性固形物等营养成分含量(P0.05)。【结论】施用枯草芽胞杆菌菌肥改变有机冬瓜根区土壤细菌和真菌的丰富度和多样性,降低了土壤pH,提高了有机冬瓜果实品质。     

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。     

PCR-DGGE技术在农田土壤微生物多样性研究中的应用

变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)在微生物生态学领域有着广泛的应用。研究采用化学裂解法直接提取出不同农田土壤微生物基因组DNA,并以此基因组DNA为模板,选择特异性引物F357GC和R515对16S rRNA基因的V3区进行扩增,长约230bp的PCR产物经变性梯度凝胶电泳(DGGE)进行分离后,得到不同数目且分离效果较好的电泳条带。结果说明,DGGE能够对土壤样品中的不同微生物的16S rRNA基因的V3区的DNA扩增片断进行分离,为这些DNA片断的定性和鉴定提供了条件。与传统的平板培养方法相比,变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术能够更精确的反映出土壤微生物多样性,它是一种有效的微生物多样性研究技术。     

内参基因加标法定量土壤微生物目标基因绝对拷贝数

【目的】通过荧光定量PCR技术对土壤微生物目标基因进行绝对定量,其定量结果的准确性容易受到DNA提取得率以及腐殖酸抑制性的影响。【方法】采用内参基因加标法,利用构建的突变质粒DNA,对供试水稻土壤样品中的微生物16S r RNA目标基因的绝对拷贝数进行荧光定量PCR检测,用来表征该样品中细菌群落总体丰度。在定量前通过双向引物扩增方法验证突变质粒中的内参基因对供试土壤的特异性。【结果】不同水稻土壤样品的DNA提取量在样品间差异较大。通过内参基因加标法对DNA提取量进行校正,显著提高了16S r RNA基因绝对定量的精确度。不同水稻土壤样品间的变异系数为17.8,与未加标处理相比降低了66.7%。在此基础上,进一步通过内参基因加标法对土壤有机质和含水率均呈现典型空间特征差异的6处亚热带湿地土壤样品中的16S r RNA基因进行绝对定量。16S r RNA基因绝对拷贝数与土壤微生物生物量碳具有显著的线性相关性(R2=0.694,P0.001),表明内参校正后的16S r RNA基因绝对拷贝数可以准确反映单位质量土壤中微生物的丰度。【结论】内参基因加标法可以对DNA提取得率以及腐殖酸对PCR扩增的抑制性进行校正,从而提高绝对定量的准确性。基于内参基因加标法的目标基因绝对定量PCR检测,可作为土壤微生物生物量测量,以及微生物功能基因绝对丰度定量的一种核酸检测方法。     

海南东寨港红树林不同植被土壤微生物群落结构比较

【目的】比较不同植被下红树林土壤细菌和古菌的多样性及群落结构,认识红树林土壤微生物资源多样性。【方法】直接提取红树林土壤总DNA,采用细菌通用引物27F/1492R和古菌通用引物Arch21F/Arch958R进行PCR扩增,构建细菌和古菌16S rRNA基因文库,对海南东寨港自然保护区秋茄林、无瓣海桑林和无红树林裸滩土壤的细菌和古菌多样性和群落结构进行分析和比较。【结果】3种土壤样品的细菌类群包括变形细菌门(Proteobacteria)等16个类群,其中变形细菌门(Proteobacteria)与绿屈挠菌门(Chloroflexi)是优势类群;古菌包括6个嗜泉古菌界(Crenarchaeota)类群和7个广域古菌界(Euryarchaeota)类群,分别以Marine Benthic Group C、Marine Benthic Group D为优势类群。多样性指数(H’)和物种丰富度指数(Schao1)表明,本地种秋茄林下土壤细菌和古菌的多样性指数最高,外来种无瓣海桑显著低于秋茄林,甚至明显低于相邻无红树林裸滩沉积物;不同植被下土壤细菌和古菌群落结构存在显著差异,秋茄林土壤微生物群落结构和无红树林裸滩沉积物更相似。【结论】红树林土壤微生物类群丰富,不同植被下土壤细菌和古菌多样性和群落结构存在显著差异。     

3 次连续重复提取DNA 能较好反映土壤微生物丰度

【目的】研究同一个土壤需要反复提取几次才能在最大程度上反映土壤微生物的丰度,探讨风干土壤代替新鲜土壤用于微生物丰度研究的可行性。【方法】针对两种理化性质具有较大差异的旱地和稻田新鲜土壤及其风干土壤,分别对土壤微生物进行5次连续裂解提取DNA。通过实时荧光定量PCR技术分析连续反复提取对土壤古菌和细菌16S rRNA gene数量、氨氧化古菌和细菌功能基因amoA数量的影响。【结果】3次连续提取DNA占5次提取DNA总量的76%以上,氨氧化古菌、氨氧化细菌、古菌和细菌4类微生物的3次连续提取最低回收率为77.5%;与新鲜土壤相比,风干处理导致氨氧化古菌、氨氧化细菌、古菌、细菌的数量分别降低84.3%、81.2%、12.5%和90.3%,然而,2种土壤风干过程中主要微生物类群的数量变化规律基本一致,表明土壤微生物对风干处理的响应可能受土壤类型的影响较小。【结论】土壤微生物连续3次裂解能较好反映微生物丰度。与新鲜土壤相比,风干过程显著降低了土壤微生物丰度,然而,通过风干土壤中微生物丰度的变化趋势反映新鲜土壤中微生物数量变化规律具有一定的可行性。     

微生物菌剂施用对设施茄子根际土壤养分和细菌群落多样性的影响

[背景]设施茄子连作种植和化学肥料过量施用造成土壤养分失衡、微生物多样性降低、土传病害严重等土壤质量问题,微生物制剂是改善土壤环境质量的一项重要措施。[目的]确定微生物菌剂施用对设施茄子根际土壤养分及细菌群落多样性的影响。[方法]在河北省农林科学院鹿泉大河实验园区,以含有哈茨木霉和巨大芽孢杆菌的微生物菌剂为供试菌剂,采用传统的化学分析方法测定微生物菌剂处理和对照茄子开花期、拉秧期土壤的养分含量;采用稀释涂平板方法测定土壤可培养微生物的数量;采用高通量测序技术测定土壤细菌16S rRNA基因V3-V4区,分析处理和对照土壤的微生物多样性和群落分布规律。[结果]与对照相比,微生物菌剂处理提高了茄子开花期和拉秧期的根际土壤养分含量,拉秧期微生物菌剂处理根际土壤中全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别较对照增加13.85%、21.07%、31.51%和55.94%;施用微生物菌剂能够改变土壤可培养微生物的数量和构成,微生物菌剂处理土壤中细菌、真菌、放线菌的数量均显著增加,其中细菌、放线菌在微生物总量中所占比例增加,而真菌的占比则有所降低。微生物菌剂处理能够提高土壤微生物的Shannon指数、降低Simpson指数,ACE指数和Chao1指数差异不显著,表明微生物菌剂能够增加土壤的微生物群落多样性,对微生物群落丰富度影响不明显。从目水平上分析菌剂处理和对照的微生物组成,发现微生物菌剂处理增加了土壤中黄单胞菌目(Xanthomonadales)、红螺菌目(Rhodospirillales)、鞘脂杆菌目(Sphingobacteriales)、芽孢杆菌目(Bacillales)、纤维黏网菌目(Cytophagales)、假单胞菌目(Pseudomonadales)等优势菌目的占比,降低了伯克氏菌目(Burholderiales)、黄杆菌目(Flavobacteriales)等病原菌的占比。微生物菌剂的施入能够促进茄子营养生长,增加茄子的产量,增幅为18.52%。[结论]微生物菌剂作为一种新型环保肥料,具有改善土壤营养状况、增加土壤可培养微生物数量、提高土壤微生物多样性的作用,该结果为微生物菌剂的合理施用提供了科学依据。     

Toward a census of bacteria in soil

For more than a century, microbiologists have sought to determine the species richness of bacteria in soil, but the extreme complexity and unknown structure of soil microbial communities have obscured the answer. We developed a statistical model that makes the problem of estimating richness statistically accessible by evaluating the characteristics of samples drawn from simulated communities with parametric community distributions. We identified simulated communities with rank-abundance distributions that followed a truncated lognormal distribution whose samples resembled the structure of 16S rRNA gene sequence collections made using Alaskan and Minnesotan soils. The simulated communities constructed based on the distribution of 16S rRNA gene sequences sampled from the Alaskan and Minnesotan soils had a richness of 5,000 and 2,000 operational taxonomic units (OTUs), respectively, where an OTU represents a collection of sequences not more than 3% distant from each other. To sample each of these OTUs in the Alaskan 16S rRNA gene library at least twice, 480,000 sequences would be required; however, to estimate the richness of the simulated communities using nonparametric richness estimators would require only 18,000 sequences. Quantifying the richness of complex environments such as soil is an important step in building an ecological framework. We have shown that generating sufficient sequence data to do so requires less sequencing effort than completely sequencing a bacterial genome.     

应用Illumina MiSeq高通量测序技术分析河西走廊地区盐碱土壤微生物多样性

【目的】以甘肃省河西走廊地区的9个盐碱土壤样品(原生盐碱土、次生盐碱土、农田土)为材料,研究该地区盐碱土壤中微生物群落的多样性。【方法】提取土壤微生物总DNA,应用Illumina Mi Seq高通量测序技术进行分析。【结果】从分布在河西走廊3个流域的9个盐碱土样品中共获得325 089条微生物的16S r RNA基因序列。冗余分析和热图分析表明,原生盐碱土与次生盐碱土、原生盐碱土与农田土微生物群落构成差异较大,次生盐碱土与农田土微生物群落差异较小。土壤p H对微生物群落组成的影响最显著。多样性指数和稀释性曲线分析得出,在9个土壤样品中,S6号Shannon指数最大,S1号Shannon指数最小,S1号Simpson指数最大,S6号Simpson指数最小,说明原生盐碱土的微生物群落多样性最低,次生盐碱土的微生物群落多样性最高。盐碱土壤中主要的微生物群落包括9个门,其中变形菌门占主导地位,其余依次是放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、浮霉菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门、厚壁菌门和疣微菌门。原生盐碱土和农田土中占优势的微生物群落是变形菌门,次生盐碱土中占优势的微生物群落是放线菌门。【结论】河西走廊地区盐碱土壤中微生物多样性非常丰富,存在大量的微生物类群,尤其是在次生盐碱土壤中。