基于高通量测序的乐安江冬季细菌群落特征分析

【目的】分析乐安江从上游至下游水体细菌群落结构组成变化,揭示细菌群落结构组成变化的影响因素。【方法】分析不同河段水体中C、N、P、Cu、Zn、As和Pb等化学指标。对水体DNA的16S rRNA基因进行高通量测序确定细菌群落特征。基于Bray-Curtis距离的采样点非度量多维尺度(NMDS)分析和聚类分析研究乐安江水体细菌群落结构差异,基于冗余分析(RDA)研究环境因子与细菌群落的关系。【结果】乐安江水体中C、N、P、Cu、Zn、As和Pb等化学指标含量中下游偏高。中游河水受德兴铜矿废水影响,细菌群落多样性降低,下游受农业、生活废水影响,细菌群落丰富度和多样性升高。水体中优势菌群为β-变形菌纲(Beta-proteobacteria,53.03%)、放线菌门(Actinobacteria,20.24%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,14.75%)。中游受德兴铜矿废水影响,Beta-proteobacteria丰度增大,而Actinobacteria丰度减小;下游受微生物间捕食影响,Bacteroidetes丰度下降。在细菌群落与环境因子的关系中,DO是解释乐安江细菌群落结构变化的最佳环境因子。【结论】乐安江中游德兴铜矿废水和中下游农业、生活废水明显改变了水体细菌群落结构组成,使水体细菌群落特征从上游到下游发生显著变化。本研究为揭示人类活动对乐安江水生态环境的影响提供了参考性数据。     

鄱阳湖河湖交错带枯水期水体细菌群落空间分布

【背景】界面微生物群落组成研究日益成为微生态系统的研究热点之一。【目的】探究鄱阳湖河湖交错带枯水期水体细菌群落空间分布。【方法】选取鄱阳湖河湖交错带的典型采样点11个,现场采集水样,进行理化指标分析。运用扩增子测序获得了上述样品的16SrRNA基因序列数据。根据多样性指数和丰富度指数计算比较11个采样点样品的微生物群落多样性和丰富度。根据β多样性距离矩阵,利用相似度树状图对细菌群落进行聚类分析,研究鄱阳湖河湖交错带微生物分布差异。基于冗余分析(Redundancy Analysis,RDA)研究理化因子与微生物群落分布之间的关系。【结果】鄱阳湖河湖交错带水体为中性或微酸性水质、总氮含量在V类标准以上、总磷含量在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类标准间波动。鄱阳湖河湖交错带水体细菌优势种组成大体相似,只是其相对丰度有所区别,其中门级微生物群落优势类群为:变形菌门(Proteobacteria,36.18%)、厚壁菌门(Firmicutes,22.18%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,17.06%)、放线菌门(Actinobacteria,8.87%)和蓝细菌门(Cyanobacteria,4.43%)。水体中变形菌门以γ-变形菌为优势菌群,以β-变形菌为次优势菌群;属分类水平上,相对丰度最高的是放线菌门(Actinobacteria)的其他属类(11.4%)。乐安河(R9采样点)与鄱阳湖长江交汇处(H11采样点)的细菌α多样性指数较高,万家桥(N2采样点)、赣江鄱阳湖交汇处(W6采样点)和瑶湖(Y10采样点)的α多样性指数最低。从细菌群落组成看:鄱阳湖大湖池保护区(W7采样点)、乐安河(R9采样点)和鄱阳湖长江交汇处(H11采样点)群落组成相似,其余8个采样点群落组成相似。pH值(P=0.735 2)、总氮(P=0.761 4)和总磷(P=0.612 8)是影响微生物群落分布的主要环境因子。【结论】鄱阳湖河湖交错带枯水期水体细菌群落空间分布差异较为明显,其空间地理差异叠加人类活动的扰动,影响了植被、水文、富营养化程度等,从而导致水体理化指标的差异,进而影响细菌群落的组成,水体理化指标相似的区域细菌群落组成也相似。水体富营养化严重的区域细菌多样性低。该研究有助于深层次了解鄱阳湖河湖交错的生态系统结构和功能,可为鄱阳湖水环境治理和生态保护提供相应的技术支持,对维持鄱阳湖生态平衡有着重要的意义。     

纳木措湖沿岸表层水细菌群落特征及影响因素

为了探究夏季纳木措湖沿岸表层水体细菌群落特征,为以后纳木措湖细菌的研究打下基础,围绕纳木措湖一周选取采样点19个。现场采集水样,进行理化因子测定,运用高通量测序技术获取上述样点的16S rDNA数据,根据多样性指数和丰富度指数计算比较各样点的细菌群落多样性和丰富度,根据各样点细菌群落在门和属水平的分布来研究纳木措各样点细菌分布差异,基于Spearman相关性系数来衡量理化因子与α-多样性指数的相关性,采用冗余分析（redundancy analysis, RDA）探究理化因子与细菌群落分布之间的关系。在纳木措水体中共获得细菌4 137个OTU（operational taxonomic units）,属于87门204纲498目645科1 185属。门水平优势菌群为变形菌门（Proteobacteria,39.61%）、拟杆菌门（Bacteroidetes,13.41%）和厚壁菌门（Firmicutes,12.61%）,其中,变形菌门以γ-变形菌为优势菌群,其次为β-变形菌和α-变形菌。属水平有71.67%的未知细菌菌属。纳木措Shannon多样性指数显示,纳木措细菌种类比较丰富。Spearman相关性系数显示,水体细菌α-多样性指数与环境因子之间没有相关性。RDA分析表明,影响纳木措水体细菌群落结构的主要理化因子为温度（P=0.002,F=5.7）。纳木措沿岸表层水体细菌群落分布差异较为明显,细菌群落比较丰富,有许多未知菌种需进一步鉴定,有广阔的研究前景。     

紫茎泽兰不同入侵区域土壤细菌群落多样性比较研究

【目的】紫茎泽兰的入侵将对入侵地生态环境和农业经济造成严重危害,比较紫茎泽兰不同入侵区域土壤细菌多样性,丰富入侵植物的土壤微生物假说,也为紫茎泽兰的防控提供重要的理论依据。【方法】采用磷脂脂肪酸(PLFAs)分析法和16s rDNA高通量测序法,对不同紫茎泽兰重度入侵区域其根际土壤细菌群落进行分析比较,在此基础上使用相关性分析和主成分分析等统计方法,比较土壤细菌群落差异,探究其与土壤环境因子之间的相互关系。【结果】(1)各采样点中紫茎泽兰根际土壤细菌含量占微生物总量的比例均高于60%。其中Y2样点土壤细菌含量显著高于其他样点样品,达123.74μg·g~(-1),但该样地中检测到的门、科、属数量均低于其他样点。(2)从门水平上看,各样点土壤样品中相对丰度最高的前五个门分别是变形杆菌门、放线菌门、酸杆菌门、拟杆菌门和疣微菌门,其中变形杆菌门的相对丰度均为最高,在细菌群落中所占比例均超过30%;从属水平上看,四个样点存在不同的优势菌群,Y1样点优势菌群为固氮菌属和芽孢杆菌属,Y2样点优势菌群为乳酸杆菌属、结核分枝杆菌属以及根瘤菌属等,Y3样点优势属为鞘氨醇单胞菌属,Y4中的优势菌群为假单胞菌属。(3)土壤速效钾、铵态氮、有机碳、蔗糖酶、脲酶以及蛋白酶等环境因子与土壤细菌群落Alpha多样性指数存在显著相关性;土壤速效钾、硝态氮、有机碳、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶等环境因子影响不同样点紫茎泽兰根际土壤细菌群落组成。【结论】不同紫茎泽兰重度入侵区域其根际土壤细菌在含量、门水平和属水平上均存在差异。土壤速效钾、有机质含量、蔗糖酶、脲酶等是影响土壤细菌群落结构的主要因素。     

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。     

汾河入黄口夏季微生物群落结构分析

【背景】河流交汇区日益成为流域生态治理的焦点和热点之一。【目的】探明汾河入黄口微生物群落结构及其主要环境影响因子。【方法】应用16S rRNA基因Illumina MiSeq高通量测序技术,分析了汾河入黄口夏季微生物群落结构,并利用典范对应分析(Canonical correspondence analysis,CCA)了解影响微生物群落的主要环境因子。【结果】多样性指数分析表明该区域微生物群落多样性较高。微生物多样性分析发现优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria);在属分类水平上,相对丰度最高的菌属为芽孢杆菌属(Bacillus),其次为乳球菌属(Lactococcus)和hgcI_clade。Spearman相关性分析及典范对应分析表明环境因子对水体微生物群落结构具有显著影响。【结论】汾河与黄河微生物群落组成具有一定的差异,不同环境因子对不同微生物的影响程度不同,p H和溶解氧(Dissolved oxygen,DO)是汾河入黄口微生物群落结构的主要影响因子。     

高通量测序分析甘肃高寒草原瑞香狼毒根内生菌群落结构特征研究

【背景】瑞香狼毒是我国天然草地退化的标志性植物之一,在入侵的过程中其根内微生物发挥着重要的作用,探究瑞香狼毒根内微生物群落对有益微生物资源的利用及生物防控瑞香狼毒具有重要意义。【目的】探究甘肃省祁连山东麓不同高寒草原毒性杂草瑞香狼毒根部内生真菌和细菌的组成、多样性等群落结构特征。【方法】通过Illumina MiSeq高通量测序技术对甘肃祁连山东麓不同高寒草原的瑞香狼毒根部内生菌组成及多样性进行分析。【结果】不同高寒草原瑞香狼毒根内子囊菌门(Ascomycota)在真菌中占优势地位;蓝细菌(Cyanobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)在根内生细菌中属于优势类群。G4样点的真菌和细菌OTU(OperationalTaxonomic Unit)数量和Shannon多样性指数均高于其他4个采样点。主坐标分析(Principal Coordinate Analysis,PCoA)表明,不同高寒草原瑞香狼毒根内生菌群落之间存在一定的差异。One-Way ANOVA分析结合Pearson相关性分析显示,不同样地瑞香狼毒真菌群落结构在属水平上相关性较小,而细菌在属水平存在一定的相关性。【结论】本研究为进一步开发利用瑞香狼毒内生真菌和细菌资源、阐明瑞香狼毒内生菌群的群落结构和生态功能提供理论参考。     

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。     

洪潮江水库浮游细菌群落空间分布及其与环境因子的关系

【目的】为了解洪潮江水库浮游细菌群落组成、空间分布及其与环境因子的相互作用关系。【方法】基于16S rRNA基因高通量测序技术,对洪潮江水库浮游细菌群落结构与多样性进行了分析,同步对水体的理化指标进行检测。【结果】洪潮江水库共注释浮游细菌28门79纲168目243科325属85种。优势门为变形菌门、放线菌门、蓝细菌门、疣微菌门、拟杆菌门、浮霉菌门,分别占比21.95%、21.30%、17.98%、12.27%、11.72%、9.51%。基于Bray-Curtis距离的PCoA分析表明,洪潮江水库9个采样点可以被分为3组,细菌群落呈现沿上下游梯度变化的趋势。perMANOVA检验显示,各组差异显著,但是各组的多样性指数没有显著性差异。Mantel分析表明,透明度、浊度、总磷、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、叶绿素a、pH、溶解氧、氧化还原电位、比电导、总溶解固体以及营养状态会显著影响浮游细菌群落结构。【结论】洪潮江水库浮游细菌空间分布特征是自然环境理化因子和农业活动综合作用的结果。研究结果对了解浮游细菌群落空间格局及其对人类活动的响应,以及水库管理具有科学参考价值。     

干湿交替对生物滞留系统中氮素功能微生物群落的影响

【目的】为探究生物滞留系统干湿交替下环境因子对氮素功能微生物群落的影响。【方法】应用高通量测序技术(Illumina MiSeq PE300),并以amoA和nirS功能基因为分子标记,对无植物型和植物型生物滞留系统在干湿交替下不同土壤空间位置(种植层、淹没层)的硝化和反硝化细菌的多样性和群落结构进行研究,并对微生物群落与环境因子的相互关系进行相关性分析。【结果】微生物种群的功能基因存在显著的空间差异,相比淹没层,种植层的功能细菌更丰富。种植层的OTUs高于淹没层,而进水再湿润促使两种功能基因在种植层和淹没层的OTUs占比差异性增大。群落组成分析表明,amoA型硝化细菌和nirS型反硝化细菌的优势细菌门均为变形菌门(Proteobacteria)。虽然植物根系对氮素功能微生物的多样性指数影响不显著,但在属水平上,植物系统种植层的反硝化菌群种类高于淹没层,而无植物系统则刚好相反。CCA/RDA分析表明,土壤空间位置是影响硝化和反硝化菌群结构的最重要环境因子。【结论】本研究证实干湿交替运行下生物滞留系统中的氮素功能微生物群落受土壤空间位置、水分含量和植物根系的共同调控,其机制有待进一步研究。     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism