中央戈壁石下生物土壤结皮中细菌群落结构和多样性

【背景】戈壁石下生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)中的微生物在干旱、半干旱地区生态系统物质循环中起重要作用,其细菌群落结构和多样性因气候和地理环境的不同而存在较大差异。中央戈壁面积大,其石下BSCs中细菌群落结构和多样性却知之甚少。【目的】比较中央戈壁石下BSCs和周围裸土中细菌群落结构和多样性的异同,揭示环境因子对它们的影响以及细菌之间的相互作用关系。【方法】利用Illumina MiSeq对16S rRNA基因进行高通量测序,使用生物信息学分析方法分析细菌群落结构和多样性及其影响因素;基于CoNet软件绘制物种共现性网络图,利用Cytoscape 3.5.1软件将网络图可视化。【结果】石下BSCs的速效磷(Available phosphorus,AP)、速效氮(Available nitrogen,AN)和叶绿素a (Chlorophyll a,Chl a)的含量均明显高于周围裸土(最高高出471%),而pH则略低于周围裸土;石下BSCs中细菌的最优势菌门为Cyanobacteria(45.85%-53.77%),优势属(9.25%-18.42%)有Trichocoleus、Chroococcidiopsis和属于Cyanobacteria纲的1个未知属;临近裸土中细菌的最优势菌门为Actinobacteria (38.82%-44.69%),优势属(5%)有Arthrobacter、Rubrobacter和其它3个属于放线菌门或酸杆菌门的未知属;在土壤理化因子中,AP对石下细菌群落组成的影响最大;除Actinophytocola属和Cyanobacteria纲中的未知属外,其他微生物之间均存在较强的互作关系,其中以共存的互作关系为主(约占60%),点度中心性、接近中心性和中介中心性均较高的节点都属于Cyanobacteria门和α-Proteobacteria纲。【结论】中央戈壁石下BSCs中的细菌群落结构和多样性明显不同于临近裸土,Cyanobacteria门和α-Proteobacteria纲的细菌是该地区石下早期BSCs形成和发育最初及最重要的驱动力。     

浑善达克沙地生物土壤结皮及其下层土壤中固氮细菌群落结构和多样性

【背景】荒漠化是一个重大环境问题,生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)可遏制荒漠化,其中的固氮微生物对BSCs的形成和发育有重要作用,但目前BSCs中固氮细菌群落结构和多样性尚不十分清楚。【目的】阐明浑善达克沙地中不同类型生物土壤结皮及其下层土壤固氮细菌的群落结构、多样性及其影响因素。【方法】利用稀释热法和碱解扩散法检测土壤的有机质(Organic matter,OM)和速效氮(Available nitrogen,AN)含量;利用高通量测序对nifH基因进行测序,基于nifH序列比较分析固氮细菌群落结构和多样性;利用典范对应分析(Canonical correlation analysis,CCA)分析群落、样品和土壤理化参数的相关性。【结果】固氮细菌优势菌门除在苔藓结皮(HSM)中为Cyanobacteria和Proteobacteria外,在其他类型BSCs中均只为Cyanobacteria;苔藓结皮下层土壤(HSMs)(下层土壤中只有HSMs检测到了nifH)优势菌门为Proteobacteria,优势菌纲为Alphaproteobacteria和Betaproteobacteria;优势菌属差异较大,藻结皮(HSA)中Unclassified_f_Nostocaceae占90.99%;地衣结皮(HSL)中Scytonema和Unclassified_f_Nostocaceae分别占45.85%和44.14%;HSM中Unclassified_f_Nostocaceae、Scytonema、Nostoc、Skermanella、Unclassified_o_Nostocales分别占29.21%、22.57%、15.34%、14.74%和10.60%;HSMs中Skermanella、Azohydromonas、Unclassified_p_Proteobacteria、Unclassified_c_Alphaproteobacteria分别占33.80%、25.66%、18.20%和10.62%;固氮细菌多样性随结皮的发育逐渐提高;OM和AN对结皮的发育起促进作用。【结论】藻结皮、地衣结皮和苔藓结皮及其紧邻下层土壤中的固氮细菌群落结构和多样性差异明显,且固氮细菌类群和多样性指数随BSCs发育阶段的提高而增加。本研究为认识和利用生物土壤结皮相关固氮细菌提供了基础依据。     

浑善达克沙地生物土壤结皮及其下层土壤中好氧不产氧光营养细菌群落结构及多样性

【目的】揭示浑善达克沙地不同类型生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)及其下层土壤好氧不产氧光营养细菌(Aerobic anoxygenic phototrophic bacteria,AAPB)群落结构及多样性。【方法】利用Illumina Mi Seq二代高通量测序平台对puf M基因进行测序,使用生物信息学分析方法对序列进行比对分析AAPB的群落结构和多样性。【结果】生物土壤结皮及其下层土壤中,Proteobacteria和Alpha-Proteobacteria是优势门和纲,主要有6个属Bradyrhizobium(9.69%–90.02%)、Brevundimonas(0.83%–16.04%)、Methylobacterium(1.74%–12.56%)、Rhodospirillum(0.91%–32.87%)、Roseiflexus(0.02%–1.79%)和Sphingomonas(0.13%–11.23%);结皮层样品间及下层土壤样品间AAPB种类相似,但丰度有差异;随结皮的发育,结皮层及其下层土壤中AAPB群落多样性升高。【结论】浑善达克沙地BSCs中AAPB群落结构相对复杂,与水体和一般土壤环境中的组成区别明显;AAPB多样性高,且多样性随发育阶段升高而升高,预示着AAPB在荒漠生态系统稳定中有重要的作用。     

三峡库区水体中固氮微生物多样性及其影响因素

【目的】研究分析不同时空条件下三峡库区水体固氮微生物多样性,并探讨其与地球化学参数的相关性。【方法】采集三峡库区不同时间(三月份和六月份)和空间(干流与支流)的水体样品,对其进行地球化学参数分析,并通过构建克隆文库分析样品中固氮功能基因(nifH)的多样性进而探讨其与水体地化参数的相关关系。【结果】统计分析显示三峡库区水体固氮微生物α-多样性和群落组成具有时空差异。支流水体样品的固氮微生物α-多样性高于干流水体样品;六月水体样品的固氮微生物α-多样性高于三月水体样品。三峡库区三月水体样品中的固氮微生物群落以Proteobacteria (50.3%)和Firmicutes (40.0%)为主;六月水体样品的固氮微生物群落以Proteobacteria(48.4%)、Firmicutes(25.4%)和Cyanobacteria(19.0%)为主。Mantel检验结果显示:固氮微生物群落结构的差异与温度、pH和DIC等地球化学参数具有显著(P0.05)相关性,其中温度和pH的相关性系数最大。【结论】三峡库区固氮微生物的种群结构和多样性具有时空差异,影响三峡水库水体中固氮微生物群落结构与多样性的主要环境因素为温度和pH,同时浊度、DIC、氨氮也对库区水体固氮微生物群落结构和多样性有一定的影响。     

渤海三湾表层水域细菌群落结构多样性及其环境因子分析

【背景】近海生态系统的可持续发展是目前人们关注的重大问题之一,河口输出以及人类活动干扰对渤海近岸环境有着重要的影响。【目的】选取2015年夏季渤海湾、辽东湾、莱州湾3个断面12个站位表层水样品,探究渤海三湾细菌群落结构多样性。【方法】提取3个断面水环境样品DNA,利用Illumina Hi Seq高通量测序技术对样品进行测序分析,比较3个断面的细菌群落结构多样性差异。【结果】根据多样性指数和稀释曲线结果发现,3个断面的微生物多样性有着明显的差别,多样性依次为莱州湾渤海湾辽东湾。分析3个断面中占优势地位的主要类群,渤海湾断面中变形杆菌门(Proteobacteria)所占比例为39.8%,拟杆菌门(Bacteroidetes)占25.7%,蓝细菌门(Cyanobacteria)占22.4%,放线菌门(Actinobacteria)占5.85%,浮霉菌门(Planctomycetes)占4.38%;辽东湾断面各类群所占比例依次为变形杆菌门(Proteobacteria)37.8%,拟杆菌门(Bacteroidetes) 25.7%,蓝细菌门(Cyanobacteria) 17.8%,放线菌门(Actinobacteria) 10.4%,浮霉菌门(Planctomycetes)5.64%;莱州湾断面主要类群所占比例为(Proteobacteria)59.0%,拟杆菌门(Bacteroidetes)17.5%,蓝细菌门(Cyanobacteria)8.2%,放线菌门(Actinobacteria)7.88%。通过主成分分析和热图相关性分析发现环境因子对微生物群落组成和多样性分布有显著的影响,通过Manteltest统计分析,其中硝酸盐的作用尤为显著。【结论】渤海三湾微生物多样性非常丰富且存在较大的差异,莱州湾种群结构最复杂且物种最丰富,渤海湾和辽东湾次之,多样性分布与环境因子和空间分布有一定的相关性,该研究将为进一步保护海洋微生物多样性和生态开发提供一定的理论基础。     

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。     

腾格里沙漠不同生物土壤结皮微生物多样性分析

主要采用MiSeq技术对腾格里沙漠不同生物土壤结皮中微生物16S rRNA基因V4-V5区进行测序, 分析其细菌群落结构的组成、丰度以及多样性, 通过非度量多维尺度法和Venn图解释微生物群落结构对生物土壤结皮演化过程的响应。结果表明不同生物土壤结皮在门水平上主要以Proteobacteria、Actinobacteria和Cyanobacteria为优势类群; 结皮下流沙层在门水平上主要以Actinobacteria、Proteobacteria、Chloroflexi和Acidobacteria为优势类群。在OTUs组成上, 样品之间存在共同的微生物类群, 也存在差异的微生物类群。结皮下流沙层的微生物群落结构组成相似, 与结皮中微生物群落结构的组成差异较大, 且藻结皮和藓结皮中微生物类群差异明显, 说明微生物类群对生物土壤结皮的演化过程做出了环境响应。在从流沙向藻结皮到藓结皮的演化过程中, 放线菌(Actinobacteria)、蓝细菌(Cyanobacteria)和变形菌(Proteobacteria)对结皮形成、演化的生物地球化学循环过程发挥着重要的影响。结皮中不同微生物类群丰度的差异表明其对沙漠土壤环境变化的响应以及生态功能的不同。     

秦皇岛新开河河口邻近海域细菌多样性及其影响因子

【目的】分析秦皇岛新开河河口及其邻近海域3个站位的细菌多样性,了解入海口污染对微生物多样性的影响,为该海域微生物的生态功能研究提供理论基础。【方法】于2014年8月选取秦皇岛新开河入海河口(XKH)及其邻近海域(W1,W2)共3个站位采集水样,采用荧光显微镜计数以及构建16S rRNA基因克隆文库的方法,分析细菌群落结构多样性与海水环境条件的关系。【结果】邻近海域W1站位的细菌总数(2.62×10~6 cells/m L)和多样性均高于新开河河口XKH站位(细菌总数:6.62×10~5 cells/m L)和W2站位(细菌总数:2.02×10~6 cells/m L);从XKH、W1、W2 3个站位的16S r RNA基因克隆文库中分别获得57、89、87条有效序列,按97%的序列相似性分别划分为46、51、56个OTU,分别属于Proteobacteria、Cyanobacteria、Bacteroidetes、Firmicute、Actinobacteria、Planctomycetes和Verrucomicrobia七个门。其中在XKH和W2站位中,Proteobacteria门的克隆子分别占总克隆数的50.9%和75.9%,是最优势的类群,分属于Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Deltaproteobacteria和Epsilonproteobacteria纲;在W1站位中,Cyanobacteria门的克隆子占总克隆数的38.2%,是该站位的最优势类群,这些优势类群可通过利用水体中的氮等营养来调节水体生态环境。影响细菌群落分布的环境因子主要为溶解氧、p H和氮营养盐。【结论】秦皇岛新开河河口及其邻近海域的细菌具有丰富的多样性,处于河口海域过渡带的水样具有更高的多样性,细菌群落多样性的分布受氮营养盐的影响更为显著。     

外源纤维素诱导明显影响微生物土壤结皮细菌群落结构

【目的】微生物土壤结皮(Microbial soil crusts, MSCs)对于遏制土壤荒漠化、恢复荒漠地区生态环境起着重要作用。MSCs中的微生物, 特别是纤维素降解菌, 起着稳固、修复生态环境的功能。外源纤维素诱导是全面认识MSCs中纤维素降解细菌的多样性及其在MSCs形成和发展中的作用的重要途径。【方法】通过对微生物土壤结皮分别添加小麦秸杆(麦秸)、锯末木屑两类纤维素材料进行诱导, 以PCR-DGGE方法分析细菌群落变化。【结果】外源纤维素, 特别是麦秸的添加会迅速提高MSCs中细菌丰富度及多样性, 将细菌丰富度提高约66.7%, Shannon-Weiner指数提高约15.8%; 相同处理的样品聚类位置较近, 说明纤维素对于MSCs细菌菌群变化起主导作用; 细菌群落结构组成在添加纤维素诱导后发生了变化, 麦秸诱导样品与同时期对照样品差异最大, 但各样品中Firmieutes和Alphaproteobacteria始终为优势类群; 所得DGGE条带序列中有13条与纤维素降解菌序列同源性相近, 他们所代表的细菌很可能具有纤维素降解能力, 其中厌氧性的梭菌属(Clostridium)所占比例最大, 约为46.1%, 其次为芽孢杆菌属(Bacillus), 约占30%; 纤维素降解过程中, 诱导增加了MSCs发育有重要作用的一些类群如Microcoleus vaginatus和一些Alphaproteobacteria类群细菌等的丰度和多样性, 它们中有的可通过分泌多糖物质等增强土壤颗粒黏结、有的可以其固碳或固氮等能力提高土壤营养水平。【结论】为认识外源纤维素诱导MSCs细菌群落结构的变化规律, MSCs中纤维素降解细菌的多样性及纤维素降解细菌对MSCs形成和发展的作用提供了基础, 同时也为恢复荒漠生态系统实践方法提供了理论依据。     

浑善达克沙地夏冬季浅色型生物土壤结皮中古菌的系统发育多样性

【目的】生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)对于遏制土壤荒漠化、恢复荒漠地区生态环境起着重要作用。BSCs形成和发展的关键角色是微生物。但关于BSCs中微生物组成的认识还不够全面和系统,特别是对其中的古菌鲜有研究报道。【方法】通过构建和分析古菌16S rRNA基因克隆文库,揭示浑善达克沙地BSCs中古菌多样性和系统发育类型组成,并比较它们夏季和冬季的变化。【结果】BSCs样品颜色为褐色,厚度较薄,所含氮和磷营养养分不高;8月份和11月份的BSCs古菌16S rRNA基因文库覆盖度均达95%以上,代表性强;两个文库共得到可用的142条古菌16S rRNA基因序列,以0.03为Cutoff值、这些序列分入10个OTUs中,两个季节的最优势种群相同;8月份和11月份的古菌均属于奇古菌门,但群落结构存在很大的不同,即各自所独有的种群分别有1个和4个;BSCs中古菌多样性均不高,但11月份的明显高于8月份的。【结论】温带沙地浅色型BSCs中古菌的主要为奇古菌、多样性低,其群落结构随季节变换而有较大变化。本研究为系统认识BSCs古菌的多样性及其生态作用提供了基础。     

Diversity of free-living nitrogen-fixing microorganisms in the rhizosphere and non-rhizosphere of pioneer plants growing on wastelands of copper mine tailings

The composition of free-living nitrogen-fixing microbial communities in rhizosphere and non-rhizosphere of pioneer plants growing on wastelands of copper mine tailings was studied by the presence of nifH genes using Polymerase Chain Reaction-Denatured Gradient Gel Electrophoresis (PCR-DGGE) approach. Eleven rhizosphere tailing samples and nine non-rhizosphere tailing samples from six plant communities were collected from two wastelands with different discarded periods. The nested PCR method was used to amplify the nifH genes from environmental DNA extracted from tailing samples. Twenty-two of 37 nifH gene sequences retrieved from DGGE gels clustered in Proteobacteria (α-Proteobacteria and β-Proteobacteria) and 15 nifH gene sequences in Cyanobacteria. Most nifH gene fragments sequenced were closely related to uncultured bacteria and cyanobacteria and exhibited less than 90% nucleotide acid identity with bacteria in the database, suggesting that the nifH gene fragments detected in copper mine tailings may represent novel sequences of nitrogen-fixers. Our results indicated that the non-rhizosphere tailings generally presented higher diversity of nitrogen-fixers than rhizosphere tailings and the diversity of free-living nitrogen-fixers in tailing samples was mainly affected by the physico-chemical properties of the wastelands and plant species, especially the changes of nutrient and heavy metal contents caused by the colonization of plant community.     

艾比湖湿地盐节木土壤固氮微生物群落结构和丰度的环境异质性特点

【背景】新疆艾比湖湿地国家自然保护区作为国内最典型的温带干旱区湿地荒漠生态系统,对于富集生物多样性、平衡生态环境等方面存在着非凡的意义。目前关于艾比湖湿地根际与非根际土壤固氮微生物群落结构和丰度的相关研究还未见报道。【目的】通过分析新疆艾比湖湿地盐节木根际和非根际土壤固氮菌nifH基因的群落结构和丰度的环境异质性特点,及探讨微生物群落对国内极端干旱区脆弱敏感的艾比湖湿地生态系统循环过程中的作用,为改善荒漠化的艾比湖湿地环境提供理论依据。【方法】采用构建克隆文库和q-PCR的方法,并利用冗余分析法(Redundant analysis,RDA)探究土壤理化性质与固氮微生物群落结构及丰度的相关性。【结果】艾比湖湿地盐节木非根际土壤中nifH的多样性高于根际土壤,盐节木根际土壤的nifH序列优势种属主要为固氮根瘤菌属(Azorhizobium)和脱硫弧菌属(Desulfovibrio);非根际土壤的nifH序列优势种属主要是固氮弧菌属(Azoarcus)、太阳杆菌属(Heliobacteriummodesticaldum)和脱硫弧菌属(Desulfovibrio)。盐节木根际土壤nifH数量为4.08×104copies/g,盐节木非根际土壤中nifH的数量为5.52×103copies/g,根际土壤nifH的丰度高于非根际土壤。相关性分析显示,根际土壤的优势类群和丰度与硝态氮(NO3--N)、速效氮、总钾、含水量等因子显著相关,非根际土壤的优势类群和丰度与硝态氮(NO3--N)、速效氮、总磷、总钾、总氮呈显著相关。【结论】在盐节木根际土壤中nifH的丰度高于非根际土壤,而多样性则低于非根际土壤,而且硝态氮(NO3--N)、速效氮、总磷可能会影响固氮微生物的群落结构和丰度,这些特点为湖泊湿地的退化恢复提供理论和数据基础。     

Molecular diversity of nitrogen-fixing bacteria from the Tibetan Plateau, China

To understand the composition and structure of nitrogen-fixing bacterial communities from the Sanjiangyuan Nature Reserve on the Tibetan Plateau, the molecular diversity of nifH genes from soil obtained at six sites was examined using a PCR-based cloning approach. Six samples were collected from different regions at an altitude of 3907-4824 m above sea level, and a principal component analysis (PCA) showed that they had different biogeochemical properties. A total of 446 clones and 162 unique RFLP patterns were found. PCA of the RFLP patterns and their biogeochemical parameters showed that the content of soil organic carbon (C), total nitrogen (N) and altitude were the most important factors affecting the nitrogen-fixing bacteria community. Fifty-nine nifH clones were sequenced and their nucleotide identity varied from 64% to 98%, subdivisible into four groups in our phylogenetic tree. Some of the clone sequences were related to nifH genes belonging to four phylogenetic subdivisions (alpha, beta, gamma and delta subclasses of the Proteobacteria), while most of the clones were closely related to the genes of the uncultured bacteria. The tree also showed that the sequence distributions were not clearly related to the sample sites.     

Phylogenetic diversity of nitrogen-fixing bacteria and the nifH gene from mangrove rhizosphere soil

Nine types of nitrogen-fixing bacterial strains were isolated from 3 rhizosphere soil samples taken from mangrove plants in the Dongzhaigang National Mangrove Nature Reserve of China. Most isolates belonged to Gammaproteobacteria Pseudomonas, showing that these environments constituted favorable niches for such abundant nitrogen-fixing bacteria. New members of the diazotrophs were also found. Using a soil DNA extraction and PCR-cloning-sequencing approach, 135 clones were analyzed by restriction fragment length polymorphism (RFLP) analysis, and 27 unique nifH sequence phylotypes were identified, most of which were closely related to sequences from uncultured bacteria. The diversity of nitrogen-fixing bacteria was assessed by constructing nifH phylogenetic trees from sequences of all isolates and clones in this work, together with related nifH sequences from other mangrove ecosystems in GenBank. The nifH diversity varied among soil samples, with distinct biogeochemical properties within a mangrove ecosystem. When comparing different mangrove ecosystems, the nifH gene sequences from a specific site tended to cluster as individual groups. The results provided interesting data and novel information on our understanding of diazotroph community diversity in the mangrove ecosystems.     

火电厂周边不同生物结皮细菌群落特征差异及其影响因素

为探究大气降尘重金属污染对矿区周边不同类型生物结皮细菌群落结构的影响,利用高通量测序技术分析位于宁东能源化工基地典型火电厂周边的3类生物结皮(藻结皮ZB、混生结皮HB、苔藓结皮TB)和对照(CK,裸土)的细菌丰度和群落结构,并探讨了影响细菌群落结构的环境因子。结果表明: 不同类型生物结皮的理化性质和重金属含量存在差异,且由于生物结皮对大气降尘重金属的富集作用造成各类结皮均达重度污染级别。在相对丰度排名前10的优势细菌门中,芽单胞菌门、蓝细菌门在不同类型生物结皮之间差异显著。细菌群落α多样性由高到低排序依次为CK>TB>HB>ZB。非度量多维排序(NMDS)结果显示,裸土细菌群落与其他3种生物结皮存在明显差异。相关性分析表明,生物结皮演替对细菌群落组成具有显著影响,细菌多样性和组成与pH、养分、重金属含量等密切相关。放线菌门、绿弯菌门相对丰度与pH值呈显著正相关关系,而与全氮(TN)、全磷(TP)、Pb、Zn、Cd均呈显著负相关关系;冗余分析结果表明,TN、pH、TP、有机碳(SOC)是影响3种生物结皮细菌群落α多样性以及一些优势菌群相对丰度的主要土壤环境因子,而重金属Pb、Zn、Cd是影响细菌群落结构的主要重金属元素,对细菌群落数量和多样性有抑制或刺激作用。说明pH、重金属和养分是影响结皮细菌群落组成的关键因子。总体而言,长期的重金属富集作用会对生物结皮的细菌多样性和群落组成产生影响。     

Genetic diversity of nodulating and non-nodulating rhizobia associated with wild soybean (Glycine soja Sieb. & Zucc.) in different ecoregions of China

Microorganisms are important in soil development, inputs and biogeochemical cycling of nutrients and organic matter during early stages of ecosystem development, but little is known about their diversity, distribution, and function in relation to the chemical and physical changes associated with the progress of succession. In this study, we characterized the community structure and activity of nitrogen-fixing microbes during primary succession on a copper tailings. Terminal fragment length polymorphism (T-RFLP) and clone sequencing of nifH genes indicated that different N(2) -fixing communities developed under primary succession. Phylogenetic analysis revealed a diversity of nifH sequences that were mostly novel, and many of these could be assigned to the taxonomic divisions Proteobacteria, Cyanobacteria, and Firmicutes. Members of the Cyanobacteria, mostly affiliated with Nostocales or not closely related to any known organisms, were detected exclusively in the biological soil crusts and represented a substantial fraction of the respective diazotrophic communities. Quantitative PCR (and statistical analyses) revealed that, overall, copy number of nifH sequences increased with progressing succession and correlated with changes in physiochemical properties (including elementary elements such as carbon and nitrogen) and the recorded nitrogenase activities of the tailings. Our study provides an initial insight into the biodiversity and community structure evolution of N(2) -fixing microorganisms in ecological succession of mine tailings.     

丛枝菌根真菌和根瘤菌互作对苜蓿根际土壤细菌群落结构的影响及PICRUSt功能预测分析

【背景】紫花苜蓿是优良的豆科牧草,可以与丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizae,AM)真菌和根瘤菌形成共生关系,接种AM真菌和根瘤菌可以促进土壤氮、磷循环以及提高苜蓿产量。【目的】探究接种AM真菌和根瘤菌对苜蓿根际细菌群落结构和功能的影响。【方法】采集6个不同处理组苜蓿根际、非根际土壤样品,基于细菌16S rRNA基因V3?V4区进行高通量测序,分析比较不同处理组苜蓿根际、非根际土壤中细菌群落分布的规律,并采用PICRUSt软件对不同处理组间菌群功能进行预测。【结果】36个土壤样品中共检测到3 849个OTU,分属于50门59纲132目249科595属398种。其中主要的优势菌门为Proteobacteria (52.81%?81.46%)、Bacteroidetes (7.83%?19.68%)及Actinobacteria (2.21%?16.4%)。与不接种相比,接种根内球囊霉和摩西球囊霉分别提高了Gammaproteobacteria和Bacteroidia有益菌的丰度,接种根瘤菌提高了固氮菌(Alphaproteobacteria)的丰度。PICRUSt功能预测表明,细菌菌群共有35个子功能,菌群功能丰富,代谢为最主要的功能,并且接种根瘤菌可增加氨基酸代谢,从而有利于植株N素循环,而接种AM真菌可能对于N循环有一定的抑制作用,相比于单接种AM真菌,双接种AM真菌和根瘤菌处理组碳水化合物代谢更强,从而更有益于植株的氮、磷循环。【结论】接种AM真菌和根瘤菌可分别提高苜蓿根系与氮、磷循环有关的不同有益菌的丰度,从而更有益于植株的氮、磷循环,该结果为提高植株养分吸收、提高苜蓿产量以及菌肥开发利用提供了科学依据。     

新疆艾比湖湿地博乐河入口处土壤细菌多样性分析

【目的】了解新疆艾比湖湿地国家级自然保护区非培养土壤细菌群落组成及多样性。【方法】采用非培养法直接从湿地土壤提取总DNA进行16S r RNA基因扩增,构建细菌16S r RNA基因克隆文库。使用MspⅠ和AfaⅠ限制性内切酶对阳性克隆进行16S r RNA基因扩增片段的限制性酶切分析(Amplified r DNA restriction analysis,ARDRA),挑取具有不同双酶切图谱的克隆进行测序,序列比对并构建16S r RNA基因系统发育树。【结果】从土壤细菌的16S r RNA基因文库中随机挑取75个不同谱型的克隆子,共得到58个OTUs,系统发育归类为8个细菌类群:绿弯菌门(Chloroflexi)、蓝藻门(Cyanobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、疣微菌门(Verrucomicrob)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)。其中,变形菌门为第一优势菌群,拟杆菌门为第二优势菌群,两者约占总克隆的65%。【结论】艾比湖湿地博乐河入口处土壤细菌多样性丰富,且存在一定数量的潜在微生物新种。