黑曲霉菌剂不同处理对西瓜根际细菌群落及土壤理化性质的影响

【背景】针对我国设施栽培西瓜土传病害发生严重、土壤理化性质劣变等问题,探究微生物菌剂对西瓜根际土壤微生物群落调控及土壤营养改良的作用。【目的】研究黑曲霉菌剂不同处理方式对设施栽培西瓜根际细菌多样性、群落结构及土壤理化性质的影响。【方法】通过高通量测序分析黑曲霉菌剂不同处理对西瓜根际土壤细菌多样性和群落结构的影响;采用分析化学方法测定西瓜根际土壤理化性质并解析驱动西瓜根际细菌群落动态变化的主要理化因素。【结果】黑曲霉菌剂(Y)、氨基寡糖素水剂(A)及黑曲霉菌剂与氨基寡糖素水剂配施(YA)处理,细菌α多样性指数如Chao1、Ace和Shannon等较对照均有所增加;不同处理西瓜根际优势细菌在门水平包括变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteriota)等,其中Proteobacteria相对丰度最高,依次为A (28.26%)>Y (26.74%)>YA (22.61%);黑曲霉菌剂处理西瓜根际土壤芽单胞菌科(Gemmatimonadaceae)和类诺卡氏菌科(Nocardioidaceae)相对丰度较对照明显提高到4.06%和2.43%,氨基寡糖素水剂处理中根际土壤假单胞菌属(Pseudomonas)丰度显著提高(P<0.05),不同处理组微枝形杆菌属(Microvirga)相对丰度较对照均有所提高;黑曲霉菌剂单独或与氨基寡糖素水剂配施处理,西瓜根际土壤全氮、全磷及速效磷含量明显提高;冗余分析(redundancy analysis, RDA)表明,土壤pH、全氮、速效磷、速效钾与西瓜根际细菌群落结构具有显著相关性(P<0.05);Spearman相关性分析表明,根际假单胞菌科相对丰度与土壤全氮、全磷、速效磷、速效钾呈显著或极显著正相关。【结论】黑曲霉菌剂在设施栽培西瓜种植中单独或与氨基寡糖素水剂配施处理,具有提高西瓜根际土壤细菌多样性、增加有益菌群相对丰度、改良土壤理化性质从而提高土壤肥力的作用,该结果为黑曲霉菌剂产品开发及在设施栽培西瓜种植中合理应用提供了科学依据。     

不同季节冬水田紫色土细菌群落的垂直分布规律

【背景】土壤细菌对环境变化非常敏感,是土壤环境质量检测的重要指标。【目的】为研究不同季节冬水田紫色土细菌的垂直分布规律,揭示土壤细菌群落结构和物种多样性与土壤环境因子的相互关系。【方法】以冬水田紫色土为研究对象,分别于2020年8月(夏季)和2021年 1月(冬季)采集不同深度土壤样品,对土壤细菌16S rRNA基因进行Illumina MiSeq高通量测序,分析在不同季节细菌群落组成和多样性的垂直分布规律。【结果】冬水田紫色土细菌ACE指数、Chao1指数和Shannon指数均呈现出夏季高于冬季,并且随土层深度增加呈现降低的趋势。冬水田紫色土优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、放线菌门(Actinobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes),优势菌属为Desulfobacca、Haliangium、Anaeromyxobacter、Candidatus_Omnitrophus和Defluviicoccus。Chloroflexi和Actinobacteria在夏季相对丰度较高,Proteobacteria和Nitrospirae在冬季相对丰度较高;Anaeromyxobacter和Candidatus_Omnitrophus在夏季相对丰度较高,Desulfobacca、Haliangium和Defluviicoccus在冬季相对丰度较高。冗余分析(redundancy analysis,RDA)和环境因子热图分析结果均表明,总氮(total nitrogen,TN)、土壤有机质(soil organic matter,SOM)和土壤氧化还原电位(soil redox potential,Eh)是显著影响紫色水稻土细菌群落的主要因子。【结论】本研究丰富了对冬水田紫色水稻土细菌群落组成和多样性的认识,证实了不同季节冬水田紫色土细菌群落组成和多样性存在差异。     

生物有机肥对菠萝心腐病及根际土壤细菌群落的影响

【目的】探明施用生物有机肥对菠萝心腐病的防控效果及对根际土壤微生物的影响。【方法】本研究采用高通量测序技术,综合分析不同施肥措施根际土壤微生物细菌群落多样性及群落特征。【结果】相比常规施肥处理(CK)和普通有机肥处理(YJ),生物有机肥处理KN (羊粪有机肥+泥炭土+枯草芽孢杆菌)和生物有机肥处理KY (羊粪有机肥+椰糠+枯草芽孢杆菌)均能显著降低菠萝心腐病的发病率,且KN处理的防控效果最佳。生物有机肥(KN、KY)施入后土壤细菌α多样性指数高于CK和YJ处理,并形成了明显不同的细菌群落结构。与CK相比,生物有机肥KN处理显著提高了拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)的丰度,KY处理中的酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)丰度显著增加;属水平上,生物有机肥中的蔗糖伯克霍尔德菌属(Paraburkholderia)和黄杆菌属(Flavobacterium)丰度均显著提升。方差分区分析(variance partitioning analysis, VPA)表明,土壤化学性质(36.29%)对细菌群落影响最大,其中土壤速效钾和有机质是影响土壤细菌群落的关键因子,此外发病率(22.53%)和肥料偏生产力(16.42%)也是影响土壤细菌群落的重要因子。【结论】施用生物有机肥(KN、KY)能改变根际土壤细菌群落结构,降低发病率,对菠萝根际土壤生态系统稳定与健康具有重要意义。     

不同熏蒸剂对草莓连作土壤养分和微生物群落的影响

【背景】草莓连年栽培导致土传病害问题突出,施用熏蒸剂进行土壤消毒因效果显著得以广泛应用。但不同熏蒸剂对土壤病原微生物的影响存在较大差异,同时对非靶标微生物和土壤理化性质也会有不同程度的影响。【目的】明确不同熏蒸剂对草莓连作土壤养分和土壤细菌、真菌群落结构的影响,为合理选择熏蒸剂提供科学依据。【方法】以连作土壤为材料设置5个处理：未熏蒸、石灰氮熏蒸、石灰熏蒸、棉隆熏蒸、威百亩熏蒸,测定熏蒸处理后土壤养分含量;采用PacBio测序平台分析土壤微生物多样性的变化。【结果】石灰氮和威百亩处理均增加了碱解氮含量,降低了有机质、有效磷和速效钾含量;棉隆处理土壤中各养分含量均增加;石灰处理除有机质含量增加外,碱解氮、有效磷和速效钾含量均降低;棉隆、石灰和威百亩处理显著降低pH值。5个处理草莓连作土壤样本中获得了1 164个细菌OTU和444个真菌OTU。细菌多样性和丰富度分析发现,4种熏蒸剂处理均增加了土壤细菌群落的丰富度,石灰氮、石灰和威百亩处理增加了土壤细菌菌落的多样性。4种熏蒸剂处理真菌菌落的丰富度低于对照;石灰、棉隆处理真菌菌落的多样性高于对照和石灰氮、威百亩处理低于对照,但差异不显著。在物种组成分析中,从门水平看,变形菌门(Proteobacteria)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)为优势细菌门;与对照相比,石灰氮、石灰、棉隆处理变形菌门相对丰度增高,威百亩处理相对丰度降低。4种处理均降低了芽单胞菌门的相对丰度。其他门类中,4种处理均增加了浮霉菌门(Planctomycetota)、疣微菌门(Verrucomicrobia)的相对丰度。优势细菌群落分析表明土壤熏蒸减少了芽单胞菌属(Gemmatimonas)、藤黄单胞菌属(Luteimonas)、中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)等细菌的相对丰度,增加了噬几丁质菌属(Chitinophaga)、苍白杆菌属(Ochrobactrum)的相对丰度。子囊菌门(Ascomycota)为优势真菌,石灰氮、石灰、棉隆、威百亩4种处理均增加了子囊菌门的相对丰度。另外还检测到引起草莓根部土传病害的枝孢属(Cladosporium)和镰刀菌属(Fusarium)病菌,熏蒸处理后均降低了枝孢属和镰刀菌属的相对丰度,其中枝孢属在石灰氮、石灰、棉隆、威百亩处理中分别降低了1.35%、1.11%、0.90%和1.31%,镰刀菌属分别降低了0.71%、0.85%、0.19%和0.65%,但差异不显著。4种土壤熏蒸剂均增加了有益真菌毛壳菌属(Chaetomium)的相对丰度。【结论】采用熏蒸剂处理连作土壤改变了微生物群落构成,减少或灭杀土壤中的大部分致病菌属,起到有效防治草莓土传病害的作用,但不能灭杀所有病菌,而且对有益菌和土壤理化性质有不同程度的影响,因此处理后补充有益微生物非常关键。根据对病原菌的灭杀效果,石灰氮、威百亩处理的效果优于其他处理,可作为轮换施用的熏蒸剂,本试验条件下,棉隆是一种弱的处理剂。     

典型油气藏区域环境因素差异对甲烷氧化菌丰度与群落结构分布的影响

【目的】甲烷氧化菌(methane-oxidizing bacteria, MOB)是油气微生物勘探中重要的指标微生物,其丰度与群落结构分布受到地理位置和多种环境因素的影响。本研究以采集的7个典型油气藏区域的土壤样品为研究对象,探究油气藏区域环境因素差异对甲烷氧化菌丰度与群落结构分布的影响。【方法】对采集自7个典型油气藏区域土壤样品进行pmoA基因实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative PCR, qPCR)、细菌16S rRNA基因测序和甲烷氧化菌功能基因pmoA测序,结合环境因子,比较甲烷氧化菌丰度差异,分析环境因子对甲烷氧化菌分布的影响。【结果】土壤样品的理化性质测定发现江汉盆地样品的含水量最高,约22.8%,硝态氮平均含量最高位于玉北油田,达到31.96 μg/g干重土壤,春光油田出现最高的SO₄^2- (6 425.0 mg/g干重土壤)及Cl^- (1 617.0 mg/g干重土壤)浓度。qPCR分析发现pmoA基因丰度仅为土壤样本总细菌丰度的0.77%,表明甲烷氧化菌绝对数量较少。16S rRNA基因测序发现type I型甲基八叠球菌属(Methylosarcina)、甲基嗜热菌属(Methylocaldum)、甲基球菌属(Methylococcus)与type II型的甲基胞囊菌属(Methylocystis) 4种主要的甲烷氧化菌,甲烷氧化菌中的优势菌属的相对丰度极低,最高仅为0.124%。甲烷氧化菌功能基因pmoA测序发现type II型的甲基胞囊菌属、甲基弯曲菌属(Methylosinus)为主要优势pmoA基因型。环境因子与甲烷氧化菌丰度相关性分析表明甲烷氧化菌绝对丰度与铵态氮、pH、颗粒大小、硫酸根和氯离子显著相关,而环境因子与甲烷氧化菌的相对丰度的相关性分析仅发现与颗粒大小、总氮、总磷、金属离子(Al、Fe、K、Ca、Mg、Mn、Zn和Cu)显著相关。甲烷氧化菌pmoA功能基因组成判别相关分析(discriminant correlation analysis, DCA)表明含水量(土壤湿度)、pH值、<2 μm的土壤颗粒、总氮及钙离子对甲烷氧化菌pmoA功能基因组成影响具有显著性。【结论】本研究通过对来自7个典型油气藏区域的土壤样品的甲烷氧化菌的绝对丰度与相对丰度进行分析,发现基于不同的测量方法,甲烷氧化菌的丰度存在较大差异,16S rRNA基因测序无法较为全面地反映土壤样本中优势甲烷氧化菌的群落结构,不同地理位置的甲烷氧化菌指示群落存在差异,在全国尺度下油气区及背景点均无特有的甲烷氧化菌指示群落。对环境因子与甲烷氧化菌相关性分析发现,基于不同的甲烷氧化菌丰度指标,环境因子的显著影响具有较大差别。     

EM复合菌对新疆色素辣椒生长及根际细菌群落的影响

【背景】Effective microorganisms （EM）复合菌在我国农业种植上的应用越来越广泛,但对色素辣椒的促生作用与根际细菌群落结构的影响未见报道。【目的】评估EM复合菌对新疆色素辣椒的促生长作用,并分析其对色素辣椒根际细菌群落组成的影响。【方法】通过随水灌溉方式将EM复合菌接种到色素辣椒根部,在收获期测定辣椒生长指标、土壤养分和酶活活性,明确EM复合菌对辣椒生长和土壤质量的影响;利用16S rRNA基因高通量测序技术测定EM复合菌对辣椒根系细菌群落组成和结构的影响。【结果】与对照组相比,EM复合菌的施用使辣椒株高、鲜重、单个果重和单株结果数分别提高23.89%、85.41%、42.31%和46.04%;土壤中碱解氮和速效磷含量分别提高5.83%和13.39%,土壤中脲酶、蔗糖酶和过氧化物酶的活性分别提高11.47%、9.42%和21.43%;施用EM复合菌显著改变辣椒根际微生物群落的α多样性和β多样性,提高有益菌群变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）、放线菌门（Actinobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度,其中变形菌门黄单胞菌科（Xanthomonadaceae）的相对丰度增加119.32%;在属的水平上,施用EM复合菌显著增加了藤黄色杆菌属（Luteitalea）、藤黄单胞菌属（Luteimonas）、鞘脂单胞菌属（Sphingobacterium）和盐单胞菌属（Halomonas）的相对丰度,尤其是藤黄单胞菌属的丰度提高244.17%,同时显著降低黄杆菌属（Flavobacterium）的相对丰度。此外,与土壤理化指标呈正相关的微生物菌群相对丰度也显著升高。【结论】EM复合菌能够通过提高土壤营养成分与酶活活性,调控根系微生物群落结构,富集大量在盐碱地生存能力较强的有益菌群,进而起到促进色素辣椒生长的功效。     

药用植物刺山柑不同部位细菌群落结构及其多样性

【目的】研究传统药用植物刺山柑（Capparis spinosa L.）不同部位细菌群落结构、物种组成和多样性特征,为药用植物微生物资源的开发及微生物与宿主互作提供理论依据。【方法】本研究以刺山柑地上部植物组织（果实、茎）和地下部土壤（根际土壤、非根际土壤）为研究材料,采用高通量测序技术分析刺山柑不同部位细菌的16S rRNA基因多样性,比较其细菌群落结构和物种组成特征。【结果】刺山柑4种样本共获得的3 649个操作分类单元（operational taxonomic unit,OTU）,属于34门、88纲、248目、464科和1 051属。土壤样本的细菌多样性大于植物组织,细菌群落多样性以根际土壤、非根际土壤、茎和果实的顺序逐渐降低,果实内生细菌群落多样性始终最低,显著低于根际土壤。不同部位相对丰度较高的细菌门如下：植物组织中以变形菌门为主,根际土壤中为变形菌门和放线菌门,非根际土中为厚壁菌门和放线菌门。无色杆菌属（Achromobacter）、欧文氏菌属（Erwinia）、肠球菌属（Enterococcus）、微小杆菌属（Exiguobacterium）、乳杆菌属（Lactobacillus）和克雷伯氏菌属（Klebsiella）主要存在于刺山柑植物组织中。游动球菌属（Planomicrobium）、库克菌属（Kocuria）、类芽孢杆菌属（Paenibacillus）、链霉菌属（Streptomyces）、微枝形杆菌属（Microvirga）和节杆菌属（Arthrobacter）主要分布于土壤中。β多样性分析结果表明,刺山柑植物组织和土壤的细菌群落结构具有显著差异,同类型样本的细菌群落结构相似。【结论】刺山柑土壤样本中细菌群落的多样性和丰富度均高于植物组织,刺山柑不同部位的细菌群落组成不同。本研究对刺山柑不同部位细菌群落结构进行了初步分析,鉴定了各部位细菌群落中的核心菌群,为以后挖掘刺山柑的功能研究和利用提供了准确的微生物信息。     

采收期松茸菌塘土壤理化特性及对细菌多样性的影响

【目的】探讨四川松茸菌塘土壤理化因素对细菌多样性的影响。【方法】应用DGGE(Denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)技术分析和比较四川省小金、雅江、木里、盐源及盐边县松茸主产区的松茸菌塘土壤与对照土壤在松茸采收期的细菌多样性,并结合不同样品土壤理化因子的差异,采用主成分分析(PCA)和多元回归树分析(MRT)方法研究土壤理化因子对细菌多样性的影响。【结果】不同样品土壤理化性质之间差异明显,菌塘土壤的总体肥力水平明显高于非菌塘土壤;不同县域之间土壤微生物多样性指数有着明显差异,且同一地区内的对照土壤微生物多样性指数与菌塘土壤之间并没有相关性;MRT结果表明,当有效铜含量为0.296 7 mg/kg≤Cu0.651 7 mg/kg时,有机质在此限量内(136.5 g/kg≤OM≤257.1 g/kg)含量越大、速效氮在该范围内(151.2 mg/kg≤AN≤277.0 mg/kg)含量越高,松茸菌塘土壤细菌多样性越大;而当Cu≥0.651 7 mg/kg时,p H在该范围内(4.800p H6.028)越小、有效铜在此限量内(0.651 7 mg/kg≤Cu2.040 0 mg/kg)含量越小、交换性钙在该限量内(9.697 cmol/kg≤Ca23.300 cmol/kg)含量越大、速效钾在该限量内(243.0 mg/kg≤AK296.7 mg/kg)含量越大,松茸菌塘土壤细菌多样性越大。【结论】有效铜、有机质、p H、速效氮、交换性钙及速效钾6个因子对菌塘土壤细菌多样性影响最大。     

哈密露天煤矿不同环境介质微生物群落特征分析

【背景】干旱区露天煤矿开采过程中产生的粉尘颗粒物加剧了土壤生态环境的恶化和矿区空气质量的下降,针对煤矿区土壤和粉尘颗粒物的微生物群落组成的研究鲜有报道。【目的】研究新疆哈密南湖乡露天煤矿土壤、粉尘及大气PM_2.5颗粒物中的微生物群落结构和多样性特征,并预测潜在的功能类群。【方法】采用高通量测序技术,对煤矿露天采坑区和电厂粉煤灰堆放区的土壤、粉尘及大气PM_2.5颗粒物的微生物真菌及细菌群落组成进行比对分析。【结果】矿区优势真菌类群来自子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota),优势细菌类群来自变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。真菌和细菌群落的丰富度及α多样性在整个矿区内无显著性差异,大气PM_2.5颗粒物的细菌群落生态位宽度显著大于露天采坑区和粉煤灰区。矿区内的土壤和PM_2.5颗粒物样本中均发现了一些丰度差异显著的功能类群,真菌特征功能类群为腐生营养型类群,细菌特征功能类群主要包括甲烷营养型类群、几丁质酶类细菌类群等。【结论】露天煤矿区粉尘可能对区域内土壤和PM_2.5颗粒物的微生物群落结构产生重要影响,具有煤组分降解功能的特定微生物类群可能是维持矿区土壤生态安全的重要微生物学机制之一。     

黄土-古土壤原核生物群落对古气候变化的响应

【目的】黄土-古土壤序列是记录第四纪气候环境变化的良好载体,其内部的土壤微生物特征是蕴含土壤环境变化的重要信息。由于黄土与古土壤成壤环境的气候差异,微生物群落结构特征可能会有不同的响应,但针对该问题的研究还十分有限。【方法】选择任家坡(R)和九州台(J)两地黄土(RL和JL)-古土壤(RS和JS)序列,运用高通量测序技术和线性判别分析效应大小(linear discriminant analysis effect size, LEfSe)识别土壤原核生物群落结构和类群差异,基于原核生物分类单元功能注释(functional annotation of prokaryotic taxa, FAPROTAX)数据库进行群落功能预测,以及利用Mantel test探讨影响土壤原核生物群落稳定的环境因子。【结果】土壤中碳氮营养物质与气候变化的代用指标磁化率、Rb/Sr变化趋势一致,含量整体表现为古土壤(RS和JS)高,对应的黄土(RL和JL)低,这一特征在任家坡古土壤(RS)中尤为显著;在同一气候时期,九州台较任家坡更为干冷,并且九州台古土壤沉积阶段也受到较强冬季风的影响,使其气候冷干与暖湿转变呈渐变型。原核生物群落结构中酸杆菌门(Acidobacteria)、泉古菌门(Crenarchaeota)、绿弯菌门(Chloroflexi)等具有嗜热嗜温性质的细菌和古菌在任家坡黄土-古土壤(RL和RS)中丰度较高,芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、广古菌门(Euryarchaeota)、异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)等耐旱、适宜极端环境中生存的细菌和古菌在九州台黄土-古土壤中(JL和JS)丰度较高。同时,生命产能、氮、锰、铁、氯元素循环相关功能基因在任家坡古土壤(RS)中表达量最高,而碳、氢、硫元素循环相关功能基因在任家坡黄土(RL)中表达量最高。与任家坡相比,九州台原核生物群落具有物种多样性高、功能种类少的特点。Mantel test分析进一步表明,有机碳(soil organic carbon, SOC)、含水率(soil water content, SWC)、总氮(total nitrogen, TN)和硝态氮(nitrate nitrogen, NO₃^--N)是影响任家坡原核生物群落和功能稳定的关键环境因子,而TN、SOC、pH值和铵态氮(NH₄⁺-N)是影响九州台原核生物群落和功能稳定的关键环境因子。【结论】在暖湿期,微生物群落分化出更多的功能种类,具有更旺盛的生命活动;在冷干期,微生物群落通过提高物种多样性来完成主要的生命活动功能,通过协同共生维持群落生存和稳定来适应环境胁迫。研究成果对认识气候变化对土壤微生物多样性和功能的影响具有重要意义。     

西北印度洋卡尔斯伯格脊卧蚕热液羽流影响区古菌群落动态变化特征

【目的】热液羽流在浮力上升和非浮力侧向迁移过程中与背景海水不断进行物质和能量的交换。因海底热液活动和洋流的流速流向均存在动态变化性,热液羽流的高度、物理化学参数和微生物群落也随时空发生演化。然而,由于缺乏热液羽流的长期监测和时序取样,微生物群落(尤其是古菌)的多样性及其时空演化尚不清楚。【方法】2018年7月-2019年6月,在卧蚕1号热液喷口东南300 m处放置了一套带有2个沉积物捕获器(分别距海底300 m和40 m)和一个浊度仪(距海底150 m)的锚系潜标,对热液羽流和热液羽流下方颗粒物沉降区的近底水样进行了为期18个月的观测和时序采样。本研究采用16S rRNA基因高通量测序技术研究了水样中古菌群落的多样性,以了解羽流层和近底沉降层古菌群落结构的特征与时空演化。【结果】热原体纲(Thermoplasmata)、甲烷八叠球菌纲(Methanosarcinia)和甲烷杆菌纲(Methanobacteria)等热液来源古菌,当浊度异常值较高时,它们的丰度也增加。从空间上看,热液羽流区和近底沉降区古菌群落结构在门和纲水平上具有相似性,但在目水平上表现出差异性,而且各主要类群的相对丰度也存在差异,其中热原体纲在羽流层中的丰度普遍高于近底沉降层,而氨氧化古菌和甲烷八叠球菌纲在沉降层的丰度较高。【结论】卧蚕热液区东南300 m热液羽流层和近底沉降层均受到了热液的影响,羽流层受热液影响的程度相对更显著,而近底沉降层除了受到一定程度的热液影响外,还可能受到了再悬浮沉积物的影响。热液贡献大小的动态变化和底层沉积物再悬浮可能是造成热液区近端水体古菌群落时空异质性的主要因素。本研究深化了对热液影响区古生菌群落结构及其月际尺度时空分布特征的认识。     

镉对超积累和非超积累生态型东南景天内生细菌多样性的影响

重金属胁迫对植物内生细菌群落结构的影响在很大程度上是未知的,目前也很少有研究超积累植物内生细菌的群落结构与多样性对根际土壤中重金属的响应。【目的】探索在不同镉污染水平下,超积累(HE)和非超积累生态型(NHE)东南景天的根系、茎和叶片中内生细菌的群落结构与多样性的变化及其差异性,试图从植物-内生菌之间的相互关系的角度补充解释2种生态型东南景天对有效态镉忍耐和积累能力的差异。【方法】采用Illumina新一代测序方法分析了在不同Cd~(2+)浓度土壤上生长的2种生态型东南景天根、茎和叶中的内生细菌群落结构。【结果】高浓度Cd~(2+)抑制NHE东南景天的生长,内生细菌的丰富度和多样性也降低;然而,高浓度Cd~(2+)促进HE东南景天的生长,茎和根系内生细菌的丰富度增加。在3种土壤上,2种生态型东南景天叶片、茎和根系内生细菌均以变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria)占优势。随着土壤中Cd~(2+)浓度的增加,HE东南景天叶片中Gammaproteobacteria纲、Negativicutes纲和Clostridia纲的相对丰度显著增加,茎中Alphaproteobacteria纲的相对丰度显著增加,Clostridia纲的相对丰度显著减少;NHE东南景天叶片中Alphaproteobacteria纲、Gammaproteobacteria纲和Clostridia纲的相对丰度没有显著变化,茎中Negativicutes纲的相对丰度显著减少,根系中Betaproteobacteria纲和Clostridia纲的相对丰度显著减少,Negativicutes纲却显著增加。在高Cd~(2+)污染土壤(50mg/kg)上,HE东南景天叶片中Sphingomonas属和茎中Veillonella属的相对丰度均大于NHE,且HE东南景天根系内生细菌的第一、第二、第三优势菌Veillonella、Sphingomonas、Prevotella属细菌均没有出现在NHE东南景天根系。【结论】土壤Cd~(2+)污染水平对2种生态型东南景天叶、茎、根中的内生菌群落结构有显著影响。     

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。     

龙凤湿地与珰奈湿地底泥细菌古菌多样性及其对环境因子的响应

【背景】城市湿地和天然湿地受到人为扰动影响的程度显著不同。【目的】研究2种不同类型湿地底泥微生物多样性及种类的差异。【方法】采集冬夏两季城市湿地(龙凤湿地)和天然湿地(珰奈湿地)的底泥样品,使用16S rRNA基因测序技术测定底泥中细菌和古菌群落结构,分析2种湿地底泥的细菌、古菌差异及环境因素与微生物的相关性。【结果】龙凤湿地底泥中的硫杆菌属(Thiobacillus)、芽孢杆菌属(Bacillus)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)丰度显著高于珰奈湿地(P<0.05);Methanoregula在珰奈湿地底泥中的丰度高于龙凤湿地;冬季厌氧绳菌属(Anaerolinea)和甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)在珰奈湿地底泥中的丰度显著高于龙凤湿地(P<0.05)。【结论】龙凤湿地与珰奈湿地的差异主要影响湿地底泥中参与元素循环的细菌和产甲烷古菌的丰度,人为干扰和低温会降低湿地中微生物的多样性,pH、盐分和碱性磷酸酶是显著影响微生物多样性的环境因素。     

西太平洋多金属结核区12个站位沉积物中可培养潜在腐殖质转化菌的多样性

【背景】海洋环境作为地球上最大的有机碳库贮藏着大量腐殖质,其中可能蕴藏着丰富的腐殖质转化菌。【目的】从深海沉积物环境中分离具有潜在腐殖质转化能力的细菌,为难降解天然有机多聚物的生物转化提供菌种资源。【方法】利用以腐殖质为唯一碳源的培养基,对西太平洋多金属结核区12个站位沉积物样品中的腐殖质转化菌进行富集培养和纯化,通过16S rRNA基因测序分析比对初步确定分离菌株的分类地位,并利用含苯胺蓝的培养基筛选潜在的腐殖质转化菌。【结果】从12个沉积物样品中共分离获得菌株276株,隶属于放线菌纲(Actinobacteria)、纤维粘网菌纲(Cytophagia)、黄杆菌纲(Flavobacteria)、 α变形菌纲(Alphaproteobacteria)和γ变形菌纲(Gammaproteobacteria)中的14个目37个属56个种(含1个潜在新属和2个新种),其中49个种呈现木质素修饰酶阳性。【结论】利用以腐殖质为唯一碳源和能源的培养基可以分离获得具有较高多样性的潜在腐殖质转化菌。     

秸秆还田方式对东北水稻土理化性质及微生物群落的影响

【目的】研究秸秆还田方式对东北黑土理化性质及微生物群落的影响。【方法】试验周期为2019年12月至2021年10月,秸秆还田采用2种方式： 秸秆直接还田+微生物菌剂WJ(strawdirect return+microbial agent WJ;MD),秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ(straw compost return +microbial agent WJ;MC)。分析土壤肥力、酶活和微生物群落。【结果】分析两种方式土壤有机质(SOM)、腐殖酸(HS)和富里酸有机碳(FA-C)含量,发现秸秆直接还田+微生物菌剂WJ比秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ分别增加2.28g/kg、7.82g/kg和5.26g/kg。土壤铵态氮(NH4⁺-N)、速效磷(AP)略高于秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ,均在6月份达到峰值。胡敏酸有机碳(HA-C)含量下降。此外,土壤脲酶、转化酶、纤维素酶活性和碱性磷酸酶活性对比发现,秸秆直接还田+微生物菌剂WJ比秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ分别高8.55%、15.46%、4.35%和6.19%。高通量测序结果显示,秸秆直接还田+微生物菌剂WJ中细菌和真菌的多样性均比秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ丰富。其中Anaerolinea、Bacteroidetes、Pseudomonas为优势细菌,Tausonia、Mrakia、Mrakiella为优势真菌。【结论】秸秆直接还田+微生物菌剂WJ比秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ更有利于土壤有机质、腐殖酸、土壤酶活性和微生物多样性的增加,这说明秸秆添加WJ菌剂直接还田可以减少有机养分的流失,保持田间土壤肥力。     

艾比湖湿地芦苇根际土壤氨氧化古菌的多样性和群落结构

【目的】旨在揭示耐盐植物芦苇根际与非根际土壤AOA群落结构间的差异,为深入研究盐生植物根际土壤微生物与耐盐性之间的关系提供理论基础。【方法】应用高通量测序技术以氨单加氧酶基因(amoA)为分子标记,对新疆艾比湖湿地荒漠生态系统不同季节(春、夏、秋)芦苇根际与非根际土壤氨氧化古菌(AOA)的多样性和群落结构进行研究。【结果】结果表明,不同季节芦苇根际土壤AOA多样性和丰富度存在差异,相比非根际土壤,夏季和秋季芦苇根际土壤AOA多样性较低丰富度较高,春季多样性较高丰富度较低。芦苇根际土壤中AOA的多样性为春季夏季秋季。AOA群落组成分析表明,土壤样品中AOA群落主要集中在泉古菌门(Crenarchaeota)和奇古菌门(Thaumarchaeota),其中泉古菌门为主要优势菌门。RDA分析表明,含水量(SM)、有机质(SOM)、总氮(TN)和pH是影响芦苇根际土壤AOA群落多样性和丰富度的主要环境因子。【结论】不同季节芦苇根际土壤AOA多样性及丰富度存在差异,相比非根际土壤,芦苇根际土壤AOA更丰富。     

东北丘陵区林地转型耕地对土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落的影响

【目的】通过研究林地转型耕地对土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落丰度、多样性和结构的影响,为丘陵区耕地长期施肥下农田土壤微生物多样性丧失的影响机制以及未来的退耕还林过程中土壤微生物多样性的提升和土地可持续利用研究提供一些基础数据和技术支撑。【方法】采用实时荧光定量PCR (real-time quantitative PCR,qPCR)和高通量测序技术解析土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落的丰度、多样性和结构变化,并耦合土壤化学性质分析,明确土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落丰度和多样性与土壤化学性质的关系以及关键的驱动因子。【结果】林地垦殖为农田后,长期施肥导致土壤酸化,pH从5.58降至4.72,而土壤速效磷则从2.49 mg/kg增至49.3 mg/kg。相应地,耕地土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落的丰度和Shannon指数均显著低于林地。基于编码碱性磷酸酶的phoD基因(alkaline phosphatase-encoding gene)序列的物种分类表明,丘陵区土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落的优势门为变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和疣微菌门(Verrucomicrobia),其中林地土壤的蓝藻门的相对丰度显著高于耕地。耕地土壤的慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)和芽孢杆菌属(Bacillus)的相对丰度显著高于林地,而中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)、假单胞菌属(Pseudomonas)、Chlorogloea属、Gemmata属、Phormidesmis属和Pseudolabrys属的相对丰度显著低于林地。土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落结构因林地转型耕地而发生显著改变。phoD基因丰度和Shannon指数与pH显著正相关,而与总磷、速效磷、硝态氮和铵态氮均显著负相关,其中土壤速效磷是这些影响因素中影响最强烈的,长期施用无机磷肥导致含碱性磷酸酶的土壤细菌群落对有机磷分解的能力退化。【结论】林地转型耕地加之长期施肥改变了土壤pH和速效磷,并在其他理化因子的协同驱动下,导致土壤编码碱性磷酸酶基因的细菌群落丰度、多样性和结构的显著变化。     

安徽省某酸性矿山废水坑湖中细菌群落的垂向分布特征及其影响因素

【目的】探究酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)坑湖中细菌群落沿垂向不同水深的分布规律及与环境因子之间的相互作用。【方法】采用16SrRNA基因高通量测序技术,对安徽省某AMD坑湖中6条采样垂线不同水深深度的细菌群落进行调查,同时测定水质理化指标,使用统计学软件分析细菌和地化参数间的联系。【结果】AMD坑湖中水质特征及细菌群落结构出现明显分层现象,自上而下溶解氧降低而pH和多种金属离子浓度增加,微生物群落结构发生变化,多样性和部分物种的丰度增大。细菌群落组成上,表层水域以Proteobacteria (Alpha、Gammaproteobacteria)和Acidobacteria占据主导地位;中下层水域则由Firmicutes、Acidobacteria、Actinobacteria、Gammaproteobacteria和Patescibacteria等共同主导。统计分析结果表明,TN、DO、ORP、pH、Fe、Mn、Al和Zn与嗜酸细菌丰度显著相关,是细菌空间分布的主要限制因素。【结论】AMD坑湖中水质理化特征和细菌群落分布在垂向空间上存在显著差异,群落的...