基于高通量测序分析西藏北部高寒草甸不同深度土壤线虫群落分布特征

为了研究藏北高寒草甸土壤线虫多样性,于2017年8月,采用Illumina MiSeq测序技术,研究了西藏北部高寒草甸0—25 cm范围内不同深度土层的土壤线虫群落组成与结构特征。结果表明:5个不同深度共获得OTU 990个,隶属于3个纲,7个目,25个科,30个属,刺嘴纲Enoplea为共有优势土壤线虫群落;对样品进行Alpha多样性评价,计算Chao 1指数、Shannon指数和Ace指数,发现5—10 cm的土壤样品群落有较高的丰富度;属水平Heatmap图分析可知20—25、15—20、0—5、5—10、10—15 cm土壤线虫群落的组成相似性有一个递增的趋势。与不同深度藏北高山嵩草(盛长期)线虫群落结构相关性较大的土壤化学指标是K~+、含水率、有机质和Zn~(2+)。研究发现不同深度土壤线虫种类及丰度存在一定的差异,可为研究藏北高寒草地土壤线虫群落特点提供依据。     

基于高通量测序的禁牧对土壤微生物群落结构的影响

麋鹿的采食、躺卧和践踏行为均会对栖息地土壤环境造成影响,进而影响土壤微生物群落结构。利用高通量测序技术,分析江苏大丰麋鹿国家级自然保护区禁牧点和补饲点土壤细菌和真菌群落结构差异,并结合土壤理化性质探究禁牧对土壤微生物群落结构的影响。结果表明细菌群落的优势菌门为变形菌门,真菌群落的优势菌门为子囊菌门。禁牧改变了土壤微生物群落结构,在门水平上提高了变形菌门、放线菌门和担子菌门的相对丰度,降低了绿弯菌门、厚壁菌门和子囊菌门的相对丰度,禁牧点与补饲点土壤微生物群落多样性的相似性较低。冗余分析中,细菌受土壤环境因子的影响大于真菌,其中土壤pH是影响细菌和真菌群落最大的土壤环境因子。研究揭示了禁牧对土壤微生物群落结构的影响,为保护区制定麋鹿生境恢复方案提供参考。     

宁南山区不同植被恢复方式下土壤线虫群落特征:形态学鉴定与高通量测序法比较

线虫是土壤食物网的重要组分, 也是土壤健康与生态系统恢复的重要指示生物, 因此准确测定线虫群落特征是发挥其生态指示作用的基础。传统线虫学研究多采用形态学鉴定方法, 但高通量测序技术近年来也逐渐受到重视。然而, 关于这两种方法的对比研究目前仍比较缺乏。本研究同时采用形态学鉴定和高通量测序法, 在黄土高原宁夏南部山区, 对不同植被恢复方式下(农田、自然恢复草地、柠条(Caragana korshinskii)人工林地和苜蓿人工草地)土壤线虫的数量、群落格局和生态指数进行了测定和比较。结果表明: (1)高通量测序仅能提供线虫类群的相对多度, 而形态学鉴定法能够测定土壤线虫的绝对多度, 后者测定结果表明3种植被恢复样地, 特别是自然恢复草地和柠条人工林地, 较农田具有更高的土壤线虫多度; (2)高通量测序法检获的线虫类群数(3纲4目26科42属)高于形态学鉴定法的测定结果(2纲3目18科27属), 但两种方法仅检获15个共有线虫属, 前者检测到的植物寄生线虫属数(22属)较后者(7属)显著增加, 而食细菌线虫和杂食-捕食线虫则相反; (3)在两种方法下, 相比农田, 3种植被恢复样地尤其是自然恢复草地和柠条人工林地, 其食微线虫的相对多度均显著下降, 而植物寄生线虫和杂食-捕食线虫的相对多度大幅上升, 这也导致线虫成熟度指数(MI)和植物寄生线虫指数(PPI)的提高及瓦斯乐卡指数(WI)的显著下降; (4)相比形态学鉴定法, 高通量测序法能检测到更丰富多样的植物寄生线虫, 在该方法下土壤线虫群落的组成、结构和生态指数在植被恢复样地与农田之间的差异也更为显著。综上所述, 采用形态学鉴定和高通量测序法测定的不同植被恢复方式下的线虫群落特征具有显著差异。     

枸杞根际土壤真菌群落多样性的高通量测序

【目的】为了解不同枸杞产区枸杞根际真菌多样性的差异,从枸杞根际土壤真菌群落的角度试图解释宁夏枸杞优良品质与其土壤微生物菌群的联系。【方法】采用Mi Seq高通量测序方法,分别将我国4个不同地区枸杞根际土壤样品进行ITS区的高通量测序,并分析了物种组成和丰度、Alpha多样性、Beta多样性和菌群结构,测定不同产区枸杞主要有效成分,同时对枸杞品质和其土壤理化因子及枸杞根际真菌种群多样性的相关性做了分析。【结果】多糖含量和甜菜碱含量均是中宁枸杞高于兴仁和精河,格尔木含量最低;宁夏兴仁、宁夏中宁、新疆精河3个地区菌群结构类似,子囊菌门和结合菌门占总菌群的80%左右,而青海格尔木除了子囊菌门占58%外,壶菌门和新丽鞭毛菌门远远高于其他3个地区,比例占总菌群的近25%;4个地区枸杞根际土壤真菌菌群结构相似性依次为宁夏兴仁、新疆精河、宁夏中宁、青海格尔木。【结论】枸杞根际土壤样品真菌物种组成丰富,不同地区枸杞根际土壤真菌种群结构有一定差异;枸杞主要有效成分含量与枸杞根际土壤真菌种群结构具有一定相关性。     

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。     

高通量测序技术在线虫多样性研究中的应用

土壤线虫多样性是土壤生态学研究的热点之一, 然而对土壤线虫群落组成及多样性的研究通常受到分类学和方法学的限制。当前, 分子生物学技术的快速发展丰富了我们对土壤线虫多样性的认识, 但也存在一定的局限性。本文综述了常用分子生物学技术如变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis, DGGE)、末端限制性片段长度多态性分析(terminal restriction fragment length polymorphism, T-RFLP)、实时荧光定量PCR (quantitative real-time PCR, qPCR)和高通量测序(high-throughput sequencing, HTS)技术近年来在线虫多样性研究中的应用, 重点从土壤线虫DNA提取方法、引物和数据库的选择、高通量测序技术和形态学鉴定结果的比较等方面阐述了高通量测序技术在线虫多样性研究中的优势与不足, 并提出选择合适的线虫DNA提取方法结合特定引物和数据库进行注释分析, 仍是今后使用高通量测序技术开展线虫多样性研究的重点。当研究目标是土壤线虫多样性时, 优先推荐富集线虫悬液提取DNA的方法, 因此, 研究人员应根据具体目标选择最优组合开展实验研究。     

基于高通量测序的杨树人工林根际土壤真菌群落结构

研究不同根序细根根际土壤微生物群落组成结构对深入了解根系-微生物互作关系具有重要意义.本研究采用Illumina MiSeq测序平台,对杨树人工林非根际土壤和不同根序细根根际土壤的真菌群落结构进行分析.物种注释结果显示: 杨树1～2级根(R1)、3级根(R2)和4～5级(R3)根际及非根际土壤(NR)中分别包含128、124、130和101个真菌属,表明杨树根际存在对真菌群落构建的选择性机制.不同根序根际土壤中相对丰度>1%的真菌属有7个,木霉属在1～2级根根际土壤中丰度较高,毛孢子菌属和曲霉属分别是3级根和4～5级根根际土壤中丰度最高的真菌属.α多样性指数表明: 根际土壤真菌的多样性在不同根序间存在显著差异,低级根显著高于高级根(P<0.05).β多样性指数表明: 真菌群落随着序级的升高差异性不断上升,相似性不断降低.不同根序细根根际真菌群落的趋异化组成和结构与细根功能具有密切关系.     

稻田不同水分管理方式对土壤线虫群落的影响

在下辽河平原地区就稻田不同水分管理方式对土壤线虫多度、营养类群、群落组成的影响进行了研究．结果表明,0～10cm土层不同水分管理处理的线虫总数在耙耕前和黄熟期显著低于对照,10～20cm土层各时期处理间线虫总数的差异不显著,20～30cm土层线虫总数在耙耕前和黄熟期差异极显著．北方单季稻水田试验共观察到土壤线虫16科22属．绕线属(Plectus)、垫刃属(Tylenchus)、单宫属(Monhystera)是优势属,绕线属和垫刃属对不同的水分管理比较敏感．在耙耕前和黄熟期不同水分管理方式对0～10cm土壤食细菌线虫能够产生显著影响．稻田土壤中食细菌线虫和植物寄生线虫是优势营养类群,而捕食／杂食性线虫的相对多度最低．     

基于高通量测序的闽楠幼林根际土壤丛枝菌根真菌群落变化

[背景]闽楠是珍贵用材树种.阐明闽楠根际土壤微生物特征,对科学经营闽楠人工林有指导作用.[目的]明确闽楠人工林恢复过程中根际土壤丛枝菌根群落随林龄的变化特征.[方法]采用高通量Illumina MiSeq测序的方法,评估不同林龄闽楠幼林根际土壤丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhiza Fungi,AMF...     

基于高通量测序的鄱阳湖典型湿地土壤细菌群落特征分析

采用高通量测序技术分析了鄱阳湖典型湿地土壤细菌群落特征。测序结果表明,不同植被土壤细菌群落丰度与多样性的排序相同:苔草带苔草-虉草带芦苇带泥滩带藜蒿带。沿湖面至坡地,空间位置相近的土壤细菌群落结构具有更大的相似性,苔草-虉草带、苔草带和芦苇带的细菌群落结构相近,泥滩带和藜蒿带的细菌群落结构差异较大。变形菌门(30.0%)是湿地土壤平均相对丰度最高的门,其次为酸杆菌门(16.7%)和绿弯菌门(16.5%);多数门分类细菌相对丰度沿湖面至坡地存在一定变化趋势。硝化螺菌属是第一大属分类水平细菌群落。在土壤化学指标中,与鄱阳湖湿地细菌群落相关性较大的是总磷、铵态氮和有机质含量。以上研究结果表明,鄱阳湖湿地不同植被土壤细菌群落具有结构性差异,但沿湖面至坡地存在规律性变化。     

Reproducibility of read numbers in high-throughput sequencing analysis of nematode community composition and structure

Although nematodes are the most abundant metazoan animals on Earth, their diversity is largely unknown. To overcome limitations of traditional approaches (labour, time, and cost) for assessing biodiversity of nematode species in environmental samples, we have previously examined the suitability of high-throughput sequencing for assessing species level diversity with a set of control experiments employing a mixture of nematodes of known number and with known sequences for target diagnostic loci. Those initial experiments clearly demonstrated the suitability of the approach for identification of nematode taxa but lacked the replicate experiments necessary to evaluate reproducibility of the approach. Here, we analyze reads generated from three different PCR amplifications and three different sequencing reactions to examine the differential PCR amplification, the possibility of emulsion PCR artefacts, and differences between sequencing reactions. Our results suggest that both qualitative and quantitative data are consistent and highly reproducible. Variation associated with in-house PCR amplification or emPCR and sequencing are present but the representation of each nematode is very consistent from experiment to experiment and supports the use of read counts to estimate relative abundance of taxa in a metagenetic sample.     

高通量测序分析大兴安岭典型森林土壤细菌和真菌群落特征

[背景]大兴安岭地区是我国对气候变化响应最敏感的区域,而土壤微生物在维持寒区森林生态系统结构和功能中发挥重要作用.[目的]探究大兴安岭不同森林类型土壤微生物群落结构及与环境因子的关系.[方法]采用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析3种典型森林(白桦林、落叶松林和樟子松林)土壤细菌和真菌群落组成和多样性.[...     

不同冻融阶段表层季节冻土细菌群落结构和功能解析

冻土微生物对预测冻土和气候之间潜在反馈机制至关重要。为明确不同冻融阶段对冻土细菌群落的影响,揭示冻土性质变化与细菌群落之间的响应关系,选择黑龙江典型季节冻土表层土为研究对象并进行理化性质测定,采用16S rRNA高通量测序技术分析细菌群落结构和功能组成,通过冗余分析等方法探究土壤理化性质与细菌群落结构和功能之间的相关关系。结果表明:(1)不同冻融阶段对土壤pH和总磷含量影响不显著,完全冻结期土壤中机质和总氮含量显著高于冻融循环期(P ＜ 0.05)。(2)共获得OTU序列985111条,属于42个菌门,优势菌门中,放线菌门(Actinobacteria)相对丰度在完全解冻期显著高于冻融循环期和完全冻结期(P ＜ 0.05),变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)相对丰度在不同冻融阶段未表现出显著性差异。不同冻融阶段对细菌Alpha多样性和Beta多样性影响显著,其中冻融循环期显著增加了细菌群落的多样性,完全冻结期则使Beta多样性发生显著变化。此外,完全冻结期对细菌丰度之间的正相关性以及群落的稳定性影响较大。(3)细菌群落功能共5418种,分属于6大类,其中新陈代谢功能占比最大,不同冻融阶段平均值占比75%以上。一级功能在完全冻结期和完全解冻期之间均具有显著性差异(P ＜ 0.05)。具有显著性差异的二级功能中,几乎均在完全冻结期和完全解冻期之间存在显著差异(P ＜ 0.05)。(4)土壤有机碳(SOC)、总氮(STN)、总磷(STP)是影响细菌群落结构组成和功能的主要环境因子,pH影响不显著。综上所述,不同冻融阶段(特别是完全冻结期)对细菌群落结构组成和功能具有显著影响,这种影响的变化与土壤性质SOC、STN、STP呈现显著正相关或负相关关系,研究结果为进一步研究气候变暖背景下黑龙江省季节冻土微生物的响应机制提供科学依据。     

基于高通量测序的两种高寒草甸土壤原核生物群落特征研究

土壤微生物在生态系统中具有重要的生态功能,研究青藏高原高寒草甸的土壤原核生物群落组成及其主要影响因子,对揭示青藏高原独特的微生物地理区系和预测全球环境变化的影响有重要意义。利用Illumina Miseq高通量测序技术,结合分子生态网络,对青藏高原高寒沼泽化草甸和高寒草甸的土壤原核生物的群落组成特征进行了分析。结果共检测到23145个OTUs,可分为2个古细菌类群和33个已知的细菌类群;其中变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门为土壤的优势菌群,相对丰度累计超过79%;高寒草甸原核生物的多样性高于高寒沼泽化草甸,两种草甸类型原核生物群落特征具有显著差异性(P0.001)。分子生态网络分析表明,高寒草甸网络具有较长的平均路径距离和较高的模块性,使其比高寒沼泽化草甸网络更能抵抗外界环境变化,在应对气候变化时具有更高的稳定性;典范对应分析(CCA)和分子生态网络的分析结果均表明,土壤p H值是影响土壤原核生物群落特征的主要影响因子。综上所述,土壤微生物群落的组成变化对于评估其对全球气候变化的响应具有重要的指示作用,土壤原核生物群落特征在不同的高寒草甸土壤中具有显著差异,了解其变化规律和影响因子,能为高寒草甸生态系统的适应性管理和应对气候变化提供理论依据。     

公路源重金属对青藏高原高寒草甸土壤线虫群落的影响

为了解重金属对青藏高原高寒草甸土壤线虫群落的影响,在邦杰塘草原利用公路源重金属含量差异,采用高通量测序技术,分析重金属对高寒草甸土壤线虫群落多样性及群落组成的影响。结果表明：在重金属含量较低样本中,土壤线虫群落Shannon指数、Ace指数、Chao指数比重金属含量较高样本均要小,且整体上Shannon指数、Ace指数、Chao指数与重金属含量较高样本差异显著（P<0.05）。重金属含量升高改变了高寒草甸土壤线虫纲水平和目水平的群落结构,使近自然状况下的色矛纲（Chromadorea）、小杆目（Rhabdtida）优势土壤线虫群落转变为一类未分类线虫纲（unclassified_p_Nematoda）、一类未分类线虫目（unclassified_p_Nematoda）的优势土壤线虫群落。重金属Cu、Pb、Zn、Cd与线虫门（Nematoda）和刺嘴纲（Enoplea）正相关,但与色矛纲（Chromadorea）负相关,且对土壤线虫Chao指数的变异解释比例依次减小。研究表明土壤重金属含量对青藏高原高寒草甸土壤线虫群落多样性及组成产生很大影响,但仍需对高寒草甸区域进行系统的土壤线虫调查,并丰富土壤线虫生物信息数据库。