青海湖3种类型高寒湿地甲烷氧化菌群落特征

【背景】甲烷氧化菌在维持湿地生态系统碳平衡方面发挥着重要作用,青海湖高寒湿地具有十分重要的生态地位,但目前有关该地区甲烷氧化菌的研究相对较少。【目的】探究不同类型高寒湿地土壤甲烷氧化菌的群落特征与驱动因素。【方法】以青海湖流域内的小泊湖沼泽湿地、鸟岛湖滨湿地、瓦颜山河源湿地为研究对象,通过高通量测序技术对土壤甲烷氧化菌进行检测。【结果】3种不同类型高寒湿地土壤甲烷氧化菌的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)。鸟岛湖滨湿地与瓦颜山河源湿地的甲烷氧化菌α多样性存在显著差异(P<0.05),而小泊湖沼泽湿地与二者的甲烷氧化菌α多样性的差异不显著(P>0.05)。LEfSe分析表明,不同类型高寒湿地共存在40个差异菌群,尤以瓦颜山河源湿地差异菌群数量最多,从门到属水平均存在显著差异。冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,甲烷氧化菌菌群变化的主要驱动因子为土壤温度、土壤水分、电导率。【结论】整体而言,青海湖3种类型高寒湿地土壤理化性质及甲烷氧化菌群落多样性均存在差异,且部分菌群的相对丰度具有显著性差异(P<0.05)。     

模拟增温对青海湖高寒湿地产甲烷菌群落特征的影响

高寒湿地生态系统作为重要的甲烷排放源, 对全球气候变暖有着较大的贡献率。湿地的产甲烷菌群落在温室气体排放中扮演着重要角色, 探究高寒湿地产甲烷菌群落结构及多样性对温度升高的响应十分重要。以青海湖高寒湿地为研究对象, 采用高通量测序方法开展研究。基于97%的序列相似度聚类, 10个土壤样品的总OTU数量为602个, 对照与增温处理样品的特有OTU数分别为30和43。与对照相比, 增温处理并未显著改变高寒湿地产甲烷菌群落的多样性指数及目水平优势菌群(P>0.05)。高寒湿地产甲烷菌均为广古菌门, 目水平以甲烷微菌目(Methanomicrobiales, 67.35%)、八叠球菌目(Methanosarcinales, 14.14%)、甲烷杆菌目(Methanobacteriales, 10.21%)为优势菌群。Lefse分析表明, 增温后Methanomassiliicoccus相对丰度显著降低、Candidatus Methanogranum相对丰度显著升高。整体而言, 青海湖高寒湿地产甲烷菌群落组成及多样性较为稳定, 温度升高对产甲烷菌群落影响较小, Methanomassiliicoccus和Candidatus Methanogranum对温度变化较为敏感。     

模拟增温对青海湖湖滨湿地甲烷氧化菌群落的影响

为探究全球气候变暖对青海湖湖滨湿地中甲烷氧化菌群落特征的影响,以青海湖湖滨湿地的鸟岛湿地观测站为研究对象,通过模拟增温实验设置开顶箱(open top chamber, OTC),利用高通量测序探究增温对湖滨湿地甲烷氧化菌群落结构及多样性的影响。湖滨湿地甲烷氧化菌群落的优势菌门是变形菌门(Proteobacteria)(84.50%);增温对湖滨湿地甲烷氧化菌群落的多样性指数没有显著差异影响(P>0.05),但对湖滨湿地甲烷氧化菌的属水平群落结构有显著影响(P<0.05)。LEfSe分析表明,增温与自然处理之间共存在33个差异菌群;增温使优势菌群甲基球菌科(Methylococcaceae)的相对丰度增高;增温使属水平的优势菌群甲基球菌属(Methylococcus)、甲基杆菌属(Methylobacter)、甲基单胞菌属(Methylomonas)的相对丰度升高,其中甲基单胞菌属的相对丰度显著升高,但硝化螺旋菌属(Nitrospira)和亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira)相对丰度降低。湖滨湿地甲烷氧化菌群落功能基因组20个,其中大部分参与碳氮循环过程。整体而言,青...     

稻田土壤亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化菌群落结构的时空特征

稻田是温室气体甲烷的重要排放源之一,对全球气候变化具有重要影响.由隶属于NC10门的Candidatus Methylomirabilis oxyfera(M.oxyfera)-like细菌介导的亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化是控制稻田甲烷排放的新途径.目前,有关此类微生物群落在稻田土壤中的时空分布特征及其环境影响因素尚不明确...     

模拟增温对青海湖河源湿地土壤微生物群落特征的影响

湿地生态系统在生物多样性保护等方面有着重要的功能及地位,不同的湿地生态系统在功能上存在差异,土壤微生物在湿地生态系统中发挥着重要作用,但目前对河源湿地的土壤微生物群落开展的研究较少。全球变暖大背景下,为探究温度升高对河源湿地土壤微生物的影响,利用高通量测序方法来深入了解模拟增温后土壤细菌及真菌的群落结构及多样性的变化。青海湖河源湿地细菌的优势菌群为变形菌门、酸杆菌门、放线菌门及厚壁菌门,真菌的优势菌群为子囊菌门、担子菌门。细菌群落对比真菌群落而言对土壤增温的响应更为明显,细菌菌群的相对丰度呈增加趋势,真菌群落仅Hypocreales目相对丰度显著增加;土壤细菌及真菌群落的丰富度均降低,而群落多样性增加。增温影响了土壤细菌及真菌的群落结构及多样性,且细菌群落对土壤增温更为敏感。     

基于代谢组的厌氧氨氧化菌群对温度的响应机制

【背景】在环境工程领域中,大多数耐冷菌从活性污泥中分离得到。了解活性污泥菌群对低温的响应有助于耐冷菌的驯化培养。【目的】以厌氧氨氧化污泥菌群作为研究对象,研究温度对厌氧氨氧化菌群代谢通路与代谢产物的影响,以期初步阐释厌氧氨氧化菌群低温响应机理。【方法】在25°C与35°C条件下驯化培养厌氧氨氧化污泥,研究温度对反应器脱氮效能、菌群活性与生长以及群落结构的影响,通过代谢组学比较两个温度下厌氧氨氧化菌群代谢物丰度以及代谢通路活性。【结果】虽然低温导致厌氧氨氧化菌群CO_2固定、TCA循环与丙酮酸代谢的下调,进而导致氮去除活性以及增长速率显著下降,但菌群RNA合成水平、腐胺与信号分子合成上调,从而通过转录调控、调控膜脂组成与改变膜结构的方式,调控菌群代谢以适应低温环境。【结论】从分子机理的角度探究了厌氧氨氧化污泥菌群适应低温环境的生理机制,首次阐释了腐胺与信号分子在污泥菌群适应低温过程中的重要作用。     

模拟增温对青海湖鸟岛土壤产甲烷菌群落特征的影响

甲烷生成与产甲烷菌群落关系密切,探究温度升高对产甲烷菌群落的影响可以预测产甲烷菌群落特征对气候变暖的响应.以青海湖鸟岛为研究对象,通过高通量测序方法开展研究.结果表明,基于97％的序列相似度聚类,共得到697个操作分类单元.鸟岛土壤产甲烷菌群落以甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷八叠球菌目(Met...     

温度对甲烷产生和氧化的影响

综述了温度对土壤产甲烷和氧化甲烷的影响及其机制．温度主要通过土壤中产甲烷菌的优势菌发生更替来改变土壤的产甲烷能力．较高温条件下产甲烷菌以乙酸和H2／CO2都能利用的甲烷八叠球菌(Methanosarcinaceae)为主,使得土壤处于较高的产甲烷状态．较低温条件下产甲烷菌以只能利用乙酸的甲烷毛菌(Methanosaetaceae)为主,土壤形成甲烷的能力相对较弱．温度提高可以显著地增加甲烷的产生,Q10为1．5-28,平均4．1,但是温度效应明显受控于底物浓度,提高底物浓度降低了产甲烷菌对底物的亲和力,相应地增加了度效应,因此在较低温条件下提高底物浓度可以促进甲烷的产生．温度对大气甲烷氧化的影响弱于产甲烷,甲烷氧化菌较少受温度变化的影响,即便在较低温条件下,土壤也具有一定的氧化大气甲烷能力,原因尚不清楚,可能与甲烷氧化菌对大气甲烷具有较高的亲和力有关,有待进一步研究．     

氮源类型对甲烷氧化过程主要菌群的影响

为分析氮源类型对甲烷氧化体系微生物群落的影响,本研究设计了以硝酸盐、铵盐、或氮气为唯一氮源的3个实验组对甲烷富集样品进行培养,监测培养基中离子浓度的变化,利用Illumina Miseq测序和克隆文库测序分析样品的微生物群落结构和组成,并通过定量PCR检测甲烷氧化菌和非甲烷甲基氧化菌嗜甲基菌的含量。研究显示,所有实验组中甲烷氧化菌的丰度均较低,非甲烷甲基氧化菌在群落中占主导地位,硝酸盐组和铵盐组中,嗜甲基菌科细菌的丰度最高,无氮源组中丛毛单胞菌科和柄杆菌科细菌占主导。这表明甲烷氧化是由甲烷氧化细菌和非甲烷甲基氧化菌协同完成,非甲烷甲基氧化菌通过利用甲烷氧化菌的代谢中间产物参与甲烷氧化。硝酸盐和铵盐在甲烷氧化过程中对嗜甲基菌的生长起促进作用。硝酸盐组和铵盐组中细菌群落的结构、组成及变化趋势相近,因此,硝酸盐可能和铵盐一样,作为营养物质参与到甲烷氧化过程中,而非作为电子受体进行反硝化反应。     

青海湖与中国内陆盐湖古菌群落组成的比较

【目的】本研究旨在全面揭示中国最大的内陆咸水湖——青海湖的古菌群落结构,并对青海湖与盐湖的古菌多样性及群落结构进行比较。【方法】随机选取了青海省的茶卡盐湖、陕西省的花马池盐湖和苟池盐湖以及山西省的运城盐湖作为盐湖组。青海湖与盐湖组每个湖泊各采取5个样品,采用针对16S rRNA基因的高通量测序技术分析5个湖泊中的古菌群落组成。【结果】研究发现,青海湖的优势菌群为DHVEG-6_norank、Methanomicrobia_unclassified、Methanobacterium(甲烷细菌属)、Methanolobus(甲烷叶菌属)、Candidatus_Methanomethylophilus、Miscellaneous_Euryarchaeotic_Group(MEG)_norank、AMOS1A-4113-D04_norank、Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)、Miscellaneous_Crenarchaeotic_Group_norank。其中,DHVEG-6_norank(70.46%)占绝对优势,但该类群在盐湖中含量极少。4个盐湖的共有优势属为Halonotius、Halorubrum(盐红菌属)、Natronomonas(嗜盐碱单孢菌属)、Halobellus和Haloarcula(盐盒菌属)。对于青海湖与盐湖之间的古菌群落多样性,影响最大的因素为湖水的矿化度,矿化度与5个湖泊的古菌多样性呈负相关,矿化度较低的青海湖群落组成与其他4个盐湖差异显著,无共同优势菌;其次为pH,pH与湖泊中古菌群落多样性呈微弱正相关,小幅度影响到某些菌属的丰度;而本文研究范围内的海拔与其群落结构及多样性没有明显相关性。【结论】青海湖与其他4个盐湖之间的群落结构及多样性有显著差异,矿化度对古菌群落多样性具有显著影响。另,本次测序发现5个湖泊中均有大量未分类的古菌,应为潜在的新种。     

贡嘎山海拔梯度上不同植被类型土壤甲烷氧化菌群落结构及多样性

甲烷是仅次于CO₂的第二大温室气体.森林表层土壤中甲烷好氧氧化作用是大气甲烷重要的汇,在碳循环和减缓全球变暖方面起着重要作用.研究不同植被类型土壤中甲烷氧化菌的群落结构及多样性,有助于更好地理解植被演替、人为干扰和不同土地利用背景下甲烷氧化菌群落组成和多样性变化与地上植被之间的相互关系.本研究在贡嘎山东坡海拔梯度上的4种不同植被类型中采集了92个土壤样品,利用Miseq测序技术和生物信息学方法评估了甲烷氧化菌群落组成及多样性在4种不同植被类型间的变化,并探讨了其变异的潜在原因.结果表明: 常绿阔叶林和针阔叶混交林土壤中甲烷氧化菌的群落结构较为相似,暗针叶林和灌丛草甸土壤甲烷氧化菌的群落结构较为相似.4种不同植被生态系统中,针阔叶混交林土壤中的甲烷氧化菌α多样性显著高于其他3种植被生态系统(P＜0.001),且暗针叶林和灌丛草甸土壤中甲烷氧化菌β多样性显著高于常绿阔叶林和针阔叶混交林(P＜0.001).Spearman相关分析表明,不同类型甲烷氧化菌的相对丰度对环境变化的响应模式不同.造成α多样性差异的主要因子可能是土壤总氮、电导率和土壤温度.偏Mantel检验分析和冗余分析(RDA)表明,常绿阔叶林和针阔叶混交林土壤甲烷氧化菌多样性受环境因子的影响较大,而暗针叶林和灌丛草甸土壤中甲烷氧化细菌多样性变化可能存在其他潜在的影响因素或者机制.降水可能是造成低海拔常绿阔叶林和针阔叶混交林与高海拔暗针叶林和灌丛草甸土壤甲烷氧化细菌群落结构差异的主要原因.贡嘎山海拔梯度上不同植被类型土壤中甲烷氧化菌的群落结构和多样性变化可能主要是由于土壤理化性质和气候变化综合作用的结果.     

能将甲烷转化为乙醇的甲烷氧化菌群的筛选及其菌群组成分析

本研究中,我们从污水、土壤等不同来源的样品中筛选出4种能将甲烷转化为乙醇的甲烷氧化菌群。用液相色谱法和核磁质谱法对乙醇进行了测定和鉴定,结果发现L菌群发酵液中乙醇最高含量约为0.09 g/L。用高通量测序对L菌群在一个生长周期内的变化进行了测定,结果发现该菌群中甲烷氧化菌含量由37.4%增至42.9%。高通量测序的结果表明,尽管细菌种类数增多,但也有菌种在此过程中消失。研究结果还显示,甲基单胞菌属与鞘氨醇单胞菌属和棒状菌属有相关关系。因此,我们推测这与产乙醇的代谢路径十分相关,并且有待进一步验证。     

硝酸盐和硫酸盐厌氧氧化甲烷途径及氧化菌群

甲烷属于温室气体,厌氧氧化甲烷有效地减少了大气环境中甲烷的含量。依据吉布斯自由能变,以SO42、Mn4+、Fe3+、NO3等作为电子受体,厌氧条件下甲烷可以转化为CO2。重点阐述以SO42和NO3为电子受体时甲烷厌氧氧化的机理、反应发生的环境条件以及甲烷厌氧氧化菌的特点。针对目前研究存在的主要问题,提出了今后的发展方向。SO42为电子受体时,甲烷厌氧氧化的可能途径包括:逆甲烷生成途径、乙酰生成途径以及甲基生成途径。甲烷的好氧或厌氧氧化协同反硝化是以NO3为电子受体的甲烷氧化的可能途径。环境中的甲烷、硫酸盐或硝酸盐的浓度,有机质的数量,以及环境条件对甲烷的厌氧氧化有显著影响。     

保护剂对混合甲烷氧化菌剂中菌群结构的影响

[目的]明晰混合甲烷氧化菌剂制备工艺及保护剂对菌群结构的影响。[方法]通过正交实验优化保护剂配方,并结合高通量测序分析菌剂制备前后菌群结构及甲烷降解能力变化。[结果]当保护剂配比为葡萄糖浓度(单位为g/mL菌液) 2. 5%、甘油15%、脱脂乳粉10%时,菌群存活率高达112. 7%;菌群结构由冻干前的优势菌Methylocystaceae(甲基孢囊菌属)、Acidovorax(食酸菌属)等演替为Ralstonia(罗尔斯顿菌属)、Stenotrophomonas(寡养单胞菌)等,其中对甲烷降解作用的Methylocystaceae(甲基孢囊菌属)冻前丰度71. 70%降为冻后的4. 26%;甲烷降解率由冻前的76. 21%降为冻后的74. 23%。[结论]混合菌剂制备过程中保护剂作为新碳源及能源影响了菌群结构,甲烷降解率下降2. 6%。菌群对外界因素的响应灵敏,但群体行为之间的关系和机理还有待探析。     

丁酸氧化菌群对抗生素及活性炭协同作用响应

本研究构建了以丁酸为唯一碳源的厌氧消化反应器,利用16S rRNA基因测序技术分析氯四环素(Chlortetracycline,CTC)单独抑制及CTC与颗粒活性炭(Granular active carbon,GAC)协同作用下,互营丁酸氧化微生物群落结构的动态变化,探究环境胁迫下微生物之间的相互作用及其对CTC及CTC和GAC协同作用的响应。结果表明,原始反应器群落中,已知的互营丁酸氧化菌Syntrophomonas(11.6%)和乙酸营养型产甲烷古菌Methanosaeta(48.5%)分别在细菌和古菌群落中占主导优势。添加40mg/L和50 mg/L CTC条件下,甲烷产量分别降低40.4%和49.3%。Syntrophomonas对CTC表现出耐受性,但与其呈正相关联系的细菌(如unclassified Firmicutes和unclassified Comamonadaceae)以及乙酸氧化菌Tepidanaerobacter活性被CTC明显抑制,从而影响丁酸降解率,同时造成代谢产物积累,导致产甲烷量降低。单独添加GAC以及在40 mg/L和50 mg/L CTC抑制下添加GAC,甲烷产量分别降低2.9%、48.5%和64.7%。共现网络分析结果显示,添加GAC明显增强了Geobacter以及与其呈正相关联系的细菌(Azonexus等)的活性。而产甲烷古菌Methanosaeta和Methanoculleus与Azonexus等大部分细菌呈负相关,因此,添加GAC可能间接影响了产甲烷古菌的活性。     

湿地枯落物分解及其对全球变化的响应

综述了当前湿地枯落物分解及其对全球变化响应的研究动态。湿地枯落物分解研究已随研究方法的改进而不断深化;当前湿地枯落物分解过程研究主要集中在有机质组分和元素含量变化特征的探讨上;湿地枯落物分解同时受生物因素（即枯落物性质以及参与分解的异养微生物和土壤动物的种类、数量和活性等）和非生物因素（即枯落物分解过程的外部环境条件,包括气候条件、水分条件、酸碱度与盐分条件以及湿地沉积的行为与特征等）的制约;模型已成为湿地枯落物分解研究的重要手段,对其研究也在不断深化。还讨论了湿地枯落物分解对于全球变化的响应,指出全球变暖、大气CO2浓度上升、干湿沉降及其化学组成改变可能对枯落物分解产生的直接、间接和综合影响。最后,指出了当前该领域研究尚存在的问题以及今后亟需加强的几个研究方面。     

含有甲烷氧化菌的混合菌群特性研究

为获得高效甲烷氧化微生物体系,从农业土壤中采样,以甲烷作为唯一碳源进行好氧选择性传代培养,得到生长性能稳定、生长优于Methylosinus trichosporium OB3b纯培养的具有甲烷单加氧酶(Methane Monooxygenase,MMO)活性甲烷氧化混合菌。利用MMO的共代谢特性,分别以苯酚和环氧丙烷作为目标对象,考察该混合菌对有机污染物的降解及用于生产有用化学物质的催化特性。结果表明,所得混合菌具有高效降解苯酚能力,对初始浓度为600mg/L的苯酚,经过11h培养,苯酚降解率可达99%。另外,以该混合菌为催化剂可以实现丙烯氧化生产环氧丙烷。通过降低磷酸盐浓度可以有效提高环氧丙烷的积累浓度,最大可至5mmol/L。此外,采用纯种分离方法结合PCR扩增、16SrRNA和MMO功能基因分析技术对混合菌群结构进行解析。结果表明,该混合菌群由Ⅱ型甲烷氧化菌及其它至少4种非甲烷氧化菌组成,它们分别属于Methylosinus trichosporium和Acinetobacter junii、Cupriavidusme tallidurans、Comamonas testosteroni和Stenotrophomonas maltophilia。采用PCR方法从混合菌及纯化菌株M.trichosporiums Y9总DNA中都能扩增得到mmoB、mmoX和pmoA基因片段,表明该甲烷氧化菌同时具有sMMO和pMMO两种形式的MMO。通过对从甲烷氧化混合菌中分离纯化得到的甲烷氧化菌进行PCR产物测序,结果发现其与Methylosinus trichosporium的同源性为99.9%。     

褐煤腐植酸对土壤氨氧化古菌群落结构的影响

【目的】研究腐植酸(HA)对土壤氨氧化古菌(AOA)的影响,进而探讨HA对土壤氮循环的作用。【方法】采用末端标记限制性多态性分析(T-RFLP)和实时定量PCR技术,研究了两种腐植酸(原生腐植酸-cHA和降解后的腐植酸-bHA)与尿素一同施加于土壤中的氨氧化古菌(AOA)和古菌的群落结构及数量的变化。【结果】只加尿素的处理AOA数量明显增加,其群落结构也发生明显变化,而加入尿素和两种腐植酸(HA)的处理土壤中,AOA数量增加得到明显的抑制,且典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)表明尿素是影响AOA群落结构的最大因素,而HA可以缓冲尿素对AOA群落结构的影响,从而可以稳定AOA的群落结构。只加入尿素的处理还导致了古菌数量降低,而两种HA均抑制古菌数量的降低,表明HA可以缓冲尿素对古菌的影响。CCA分析表明时间是影响古菌群落结构的最重要因素,将时间作为共变量的部分典范对应分析(partial canonical correspondence analysis,pCCA)表明除时间外古菌的群落结构对cHA也比较敏感。【结论】这些结果表明HA通过抑制AOA数量而调控其与植物竞争氨来减少氨的损失,从而提高尿素利用率。     

灌木林土壤古菌群落结构对地表野火的快速响应

为了评价地表野火对土壤古菌群落结构的即时影响,在灌木林火发生18h后,于火烧迹地和未烧地采集土壤样品,通过构建两个土壤古菌16S rDNA基因文库,研究火烧后小时尺度下土壤古菌群落结构的变化。从火烧和对照未烧土壤古菌文库中共得到19个古菌的操作分类单元 (Operation taxonomic units,OTUs),其中对照未烧林地土壤文库中存在9个OTUs是火烧土壤中缺失的类群,占克隆总数的5.91%。未烧林地中3个优势古菌克隆YMar-F25（GQ304791）、YMar-F32（GQ304792）及YMar-F21（GQ304789）系统发育归类为泉古菌门亚群GroupⅠ,分别占克隆总数的15.50%,18.18%,41.36%;而在火烧迹地中这3个古菌分类群仍为优势群,分别占克隆总数的15.59%,22.58%,46.24%。多样性指数分析显示对照土壤古菌文库Shannon-Wiener指数为1.87,而火烧土壤古菌文库为1.40。结果表明,在小时尺度上,高强度灌木林火使土壤古菌多样性立即降低,低丰度土壤古菌种群对火干扰敏感,高丰度古菌的种群结构火烧后无明显变化。     

亚热带不同林分土壤氨氧化菌群落特征

为揭示亚热带不同森林类型对土壤氨氧化菌群落特征的影响,采用荧光定量PCR以及PCR-DGGE技术研究了阔叶林、杉木林、马尾松林和毛竹林土壤氨氧化古菌和细菌丰度及古菌群落结构特征.结果表明:不同林分土壤中氨氧化古菌数量(1.62×106~1.88×107个·g-1干土)高于相应土壤中的氨氧化细菌(2.41×105~4.36×105个·g-1干土);毛竹林土壤氨氧化古菌数量显著高于杉木林,而后者又显著高于阔叶林和马尾松林,但氨氧化细菌数量在不同林分之间没有显著差异.DGGE图谱分析表明,不同林分土壤中氨氧化古菌的物种有所差异,且毛竹林和杉木林土壤古菌群落结构迥异.氨氧化古菌在亚热带主要林分土壤中表现出明显优势,且除植被类型外,土壤速效钾、pH和有机质是引起土壤氨氧化古菌群落结构及多样性变异的主要因素.