汾河干流湿地土壤中古菌群落的演替特征及其驱动因素

古菌作为环境微生物的重要组成部分,可在河流生态系统中的碳、氮、硫等元素生物地球化学循环过程发挥重要贡献.本研究以汾河干流的渍水湿地土壤为研究对象,通过实时定量PCR及高通量测序技术分析了湿地土壤中古菌群落的丰度、结构组成及其潜在功能,揭示了汾河干流湿地土壤中古菌群落的演替特征及其主要驱动因素.结果表明：汾河干流不同区域湿地土壤中古菌的优势类群具有明显差异,上、中、下游区域的古菌群落分别以Thaumarchaeota、Euryarchaeota和Nanoarchaeota为主.PCoA及ANOSIM分析也显示,不同区域间的古菌群落存在极显著差异（p<0.01）;其中,汾河中下游湿地土壤中的古菌群落呈现出极显著的距离衰减关系（p<0.01）.汾河上游区域内的古菌群落可能主要参与了氮代谢相关过程,而中下游的古菌群落则可能以产甲烷过程为主.汾河湿地土壤中古菌群落的丰度主要受pH及氮磷有效养分的调控,而土壤有效磷和总磷是影响古菌群落结构的主要环境因子.总体上,受不同区域土壤理化性质差异的影响,汾河干流湿地土壤中的古菌群落在纬度尺度上呈现出一定的生物地理分布格局.     

长江口潮滩沉积物古菌群落结构与多样性

以长江口潮滩为研究对象,采用高通量测序技术,研究了潮滩沉积物古菌群落结构与多样性及其影响因素.结果表明,沉积物中古菌群落OTUs数量为900~1417,Shannon指数为7.02~8.02,均表现出从低盐度向高盐度样点降低的变化特征.各采样点古菌群落特异性OTUs占各采样点总OTUs的24.2%~57.3%,而共有的OTUs仅占1.2%,说明各样点沉积物中古菌群落特异性较高.沉积物中古菌主要隶属于广古菌门（Euryarchaeota）和奇古菌门（Thaumarchaeota）,而深古菌门（Bathyarchaeota）也是古菌群落的重要组成部分,其相对丰度占到17.7%~25.9%.主成分和聚类分析表明芦潮港和东海农场沉积物中古菌群落结构相似,白龙港和浏河口群落组成相近,而浒浦与其他采样点的古菌群落组成差别较大.通过典范对应分析,研究区沉积物中古菌群落结构与沉积物盐度水平有着非常密切的关系.上述研究结果表明长江口潮滩沉积物中古菌群落结构组成和多样性具有高度的空间差异性,且沉积物盐度是群落差异的决定性影响因素.     

松嫩平原芦苇湿地退化与修复过程中土壤细菌和甲烷代谢微生物的群落结构

湿地是全球CH₄重要的源与汇.受人为活动和气候条件影响,我国湿地退化严重,相关部门近年来已逐步开展湿地生态修复的工作.为研究湿地退化与修复过程中细菌和甲烷代谢微生物群落结构的响应,以松嫩平原芦苇湿地为研究对象,采集原始未退化芦苇湿地土壤、退化的和正在修复的芦苇湿地土壤,采用基于细菌16S rRNA基因、产甲烷菌mcrA基因和甲烷氧化菌pmoA基因的高通量测序技术研究细菌和甲烷代谢微生物的多样性和群落组成.结果表明,芦苇湿地退化导致土壤细菌和产甲烷菌的α多样性降低,甲烷氧化菌的α多样性升高,而细菌和产甲烷菌的α多样性与土壤含水率呈显著正相关关系,含水率越高的湿地土壤产甲烷菌的多样性也越高.原始未退化芦苇湿地土壤中细菌Rhizobiales和产甲烷菌Methanobacteriaceae的相对丰度较高;湿地退化导致根际促生菌Rhizobiales的相对丰度下降,致病菌Burkholderiaceae、耐污染细菌Sphingomonas、抗辐射细菌Rubrobacter以及Type Ⅰ型耐受极端环境的甲烷好氧氧化菌Methylobacter、Methylomonas和Methylococcus的相对丰度上升;正在修复的芦苇湿地土壤中细菌Bacillus和产甲烷菌Methanosarcinaceae、Methanomicrobiaceae以及Type Ⅱ型甲烷好氧氧化菌Methylocystis的相对丰度较高.因此,不同的芦苇湿地状态可以间接改变土壤性状进而改变湿地甲烷代谢菌群落结构.     

应用PCR-DGGE技术分析黄海冷水团海域的细菌群落组成

利用PCR-DGGE技术对2个季节(2006-04和2006-10)的黄海冷水团海域的细菌群落组成和优势菌群进行了分析.通过软件Glyko Bandscan分析DGGE图谱,4月份所有站位的条带数相近(约17条),多样性丰富;10月份,在冷水团范围以内站位的条带约16条,其多样性也较丰富;而在冷水团范围以外站位的条带少(约12条),其多样性较低.细菌16S rDNAV3区特征片段经DGGE分离、条带切割,共得到24条条带,克隆、测序后,进行系统进化分析,结果显示这24条带分别归属于2个细菌类群:变形细菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroides).在24条序列中有16条分别与变形细菌亚群的γ和δ-Proteobacteria相似,有5条与拟杆菌门相似.时空分析发现,4月份所有站位水体(海水温度为7-12℃)的细菌群落组成和10月份(冷水团存在期)冷水团内部水体(海水温度低于10℃)的细菌群落组成相同(都包括γ-Proteobacteria、δ-Proteobacteria和Bacteroides),与10月份冷水团外部水体(海水温度大于19℃)的(包括γ-Proteobacteria和Bacteroides)不同.优势菌群也存在同样的分布特点,4月份所有站位水体的优势菌群与10月份冷水团内部水体的优势菌群也相同(都是γ-Proteobacteria),而10月份冷水团外部水体不同的站位优势菌群不同.该海域细菌群落组成和优势菌群的分布特点,可能与冷水团的形成有一定的相关性.     

不同地区土壤古菌群落对重金属污染的响应

为探讨农田土壤古菌群落结构与构建机制对不同类型重金属污染的响应特征及影响因素,采集高地质背景区、涉重金属企业和工矿区周边农田土壤样品,通过高通量测序,结合土壤理化性质,对土壤古菌群落组成及构建机制进行研究.结果表明,本研究区域内农田土壤重金属空间异质性高,镉污染较广泛,除工矿区部分土壤样本存在强生态风险,其他样本存在轻微的潜在生态风险.不同地区古菌群落结构差异较大,泉古菌门（Crenarchaeota）为优势菌门,占比62.7%~98.3%,其次为Halobacterota （1.1%~23.2%）.环境因子中,土壤有机质含量、pH、砷和铅含量与古菌群落显著相关（P<0.05）,是古菌群落结构差异的主要驱动因子.零模型分析表明本研究古菌群落在系统发育上聚集,确定性过程驱动古菌群落构建,有机质和pH等环境因子的异质选择作用主导古菌群落形成.因此,环境过滤的确定性作用最终驱动本研究古菌群落构建,环境异质性导致了古菌群落多样性和空间异质性,从而增强古菌抵御环境胁迫的能力,利于农田生态系统功能的稳定性和可持续性.     

过滤养猪废水厌氧发酵微生物菌群结构及动态变化

传统厌氧发酵处理养猪废水存在效率低、周期长以及环境要求严苛等局限,无法实现高效运行。基于自主设计的种养废弃物综合资源化利用技术,利用玉米秸秆过滤养猪废水中的悬浮性固体,对比研究废水过滤前后性质,并采用高通量测序技术分析厌氧发酵过程中过滤养猪废水的细菌与古菌群落组成和变化特征。结果表明:厌氧发酵过程由多种微生物菌群协同作用,不同水力停留时间下,过滤养猪废水中的主要细菌类群是厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门,除接种物外,其他3个样本中均检测到螺旋菌门的存在。此外,废水中主要古菌类群为广古菌门,主要作用菌为产甲烷菌。水力停留时间变化对古菌群落变化具有显著影响,导致产甲烷的差异性。微生物群落和废水指标变化表明种养废弃物综合资源化利用技术降低了处理成本,对促进养猪废水资源循环利用具有参考意义。     

黄河三角洲土壤古菌群落结构对盐生植被演替的响应

采用高通量测序技术,探究黄河三角洲光板地和4种典型盐生植被类型（翅碱蓬、獐茅、白茅和罗布麻）下土壤古菌群落组成和数量分布特征,揭示其对盐生植被演替的响应.结果表明,植被覆盖有利于降低土壤盐化程度、增加土壤营养物质含量,土壤速效磷随盐生植被在光板地-重盐土壤（翅碱蓬、獐茅）-轻盐土壤（白茅、罗布麻）中的正向演替有不断升高的趋势.5种覆被类型下土壤古菌在种群组成上差异明显,无植被覆盖的光板地具有最高的古菌群落多样性和丰富度,广古菌门为优势菌群.土壤古菌群落结构与盐生植被演替顺序不具有严格的一致性：当植被处于相同演替阶段时,土壤古菌群落结构不具明显的相似性;在不同演替阶段时,土壤古菌群落结构也未均表现出更大的差异性.随着盐生植被正向演替,土壤温度、电导率（含盐量）对土壤古菌群落结构多样性起促进作用,土壤全氮、碱解氮、有机质起抑制作用.     

黄河三角洲不同生境下芦苇磷的累积和分配过程

为阐明不同生境对黄河三角洲滨海湿地芦苇磷(P)的累积和分配过程的影响,于2016年5-11月,选取新生芦苇湿地和退耕芦苇湿地为研究对象,测定了芦苇植物体各器官与枯落物的生物量和P含量.结果 表明:①新生湿地和退耕湿地内芦苇各器官生物量均呈现先增加后减少的变化特征,枯落物生物量符合指数型增加模型,退耕湿地内的芦苇生物量高...     

辽河口芦苇湿地土壤氨氧化菌的时空变化

采用传统的最大或然数法(MPN)和不依赖于培养的变性梯度凝胶电泳技术(DGGE),对辽河口芦苇湿地土壤中AOB的丰度、多样性进行了解析,并试图探究AOB同土壤可溶性盐分等环境因素之间的关系.结果表明:芦苇湿地土壤中AOB多样性指数时空分布存在较大差异,同一月份中不同站点之间群落结构相似性较大,AOB细菌数量与土壤可溶性盐分之间存在显著负相关关系(P<0.05),与土壤总氮和有机质含量之间存在极显著性正相关关系(P<0.01),表明盐分、总氮和有机质含量是辽河口湿地AOB数量时空分布的重要影响因素.     

硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群驯化及其群落特征

甲烷的温室效应是二氧化碳的26倍,高浓度硫酸盐废水对水体、土壤和植物均有危害.硫酸盐为氧化剂的甲烷厌氧氧化是减少甲烷的主要途径之一.本研究以硫酸盐作为电子受体,驯化培养硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化菌群,采用PCR-DGGE技术分析细菌和古菌菌群多样性和群落结构特征,并对其中的优势菌进行系统发育分析.DGGE指纹图谱结果表明,硫酸盐的加入使微生物群落结构和优势种群数量发生了明显的改变,其增强了甲烷氧化古菌和硫酸盐还原细菌的丰度,加入硫酸盐驯化的菌群,其细菌群落多样性增加而古菌群落多样性略微减少.典型条带测序结果显示,驯化后菌群的优势菌种主要包括螺旋体门(Spirochaetes),除硫单胞菌目(Desulfuromonadales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)和甲烷丝状菌属(Methanosaeta)等.驯化菌群的甲烷厌氧氧化研究结果显示,甲烷厌氧氧化的同时伴随硫酸盐的还原,甲烷的氧化产物为二氧化碳,硫酸盐的转化产物为硫化氢和硫单质.     

Temporal and spatial changes of microbial community in an industrial effluent receiving area in Hangzhou Bay

Anthropogenic activities usually contaminate water environments, and have led to the eutrophication of many estuaries and shifts in microbial communities. In this study, the temporal and spatial changes of the microbial community in an industrial effluent receiving area in Hangzhou Bay were investigated by 454 pyrosequencing. The bacterial community showed higher richness and biodiversity than the archaeal community in all sediments. Proteobacteria dominated in the bacterial communities of all the samples; Marine_Group_Ⅰ and Methanomicrobia were the two dominant archaeal classes in the effluent receiving area. PCoA and AMOVA revealed strong seasonal but minor spatial changes in both bacterial and archaeal communities in the sediments. The seasonal changes of the bacterial community were less significant than those of the archaeal community, which mainly consisted of fluctuations in abundance of a large proportion of longstanding species rather than the appearance and disappearance of major archaeal species. Temperature was found to positively correlate with the dominant bacteria, Betaproteobacteria, and negatively correlate with the dominant archaea,Marine_Group_Ⅰ; and might be the primary driving force for the seasonal variation of the microbial community.     

生态修复区盐地碱蓬群落碳、氮储量及其影响因素分析——以辽河三角洲大凌河口湿地为例

为揭示土壤环境变化及植物群落结构对修复初期河口湿地碳汇格局的影响,本文运用方差分解方法测算了群落尺度辽河口湿地生态修复区碳、氮储量分配格局,并定量阐明了盐度、含水率、高程等环境因子对碳、氮储量的影响贡献率。结果表明：（1）春、秋季,土壤碳储量分别为41.93 t/ha和44.72 t/ha,氮储量分别为8.65 t/ha和8.80 t/ha;植物碳储量分别为8.97 kg/ha和180.48 kg/ha,氮储量分别为0.61 kg/ha和16.27 kg/ha。（2）植物碳氮储量与株高、盖度呈显著对数函数关系,与土壤微生物量碳氮及土壤氮的周转速率呈显著负相关性。（3）土壤含水率、群落盖度和高程是影响碳、氮储量的最主要因子,地形高程和含水率能解释幼苗期碳、氮储量分异的45.6%以及成熟期碳、氮储量分异的54.5%。研究结果证明了微地形改造、生态补水等措施对湿地碳汇能力的提升具有重要作用。     

鄱阳湖入湖河口沉积物细菌群落特征

基于高通量测序技术分析了鄱阳湖入湖河口15处沉积物的细菌群落特征.结果发现鄱阳湖入湖河口细菌优势门类为Proteobacteria（32.1%）,Acidobacteria（16.6%）、Chloroflexi（14.4%）、Nitrospirae（8.8%）和Actinobacteria（6.0%）.在属分类水平上相对丰度最高的是norank_Acidobacteria（8.9%）和Nitrospira（8.4%）.根据采样点沉积物细菌群落结构差异,5条主要支流入湖河口可分成赣江-饶河-信江组和抚河-修水组.赣江-饶河-信江组Acidobacteria、Nitrospirae、Gemmatimonadetes和Latescibacteria丰度显著较高;抚河-修水组Actinobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Ignavibacteriae和Deltaproteobacteria丰度显著较高.鄱阳湖主航道下游沉积物细菌群落结构与其它入湖河口差异明显,具有显著较高的Chloroflexi、Aminicenantes和Firmicutes丰度.pH值和有机碳是影响鄱阳湖入湖河口沉积物门分类种群的主要环境因子,pH值是影响赣江-饶河-信江组和抚河-修水组细菌群落结构差异的主要环境因子.以上研究结果有助于从微生物的角度分析鄱阳湖入湖河口生态系统的物质和能量循环机理.     

Characteristics of microbial community involved in early biofilms formation under the influence of wastewater treatment plant effluent

Effluents from wastewater treatment plants (WWTPs) containing microorganisms and residual nutrients can influence the biofilm formation. Although the process and mechanism of bacterial biofilm formation have been well characterized, little is known about the characteristics and interaction of bacteria, archaea and eukaryotes in the early colonization, especially under the influence of WWTP effluent. The aim of this study was to characterize the important bacterial, archaeal and eukaryotic species in the early stage of biofilm formation downstream of the WWTP outlet. Water and biofilm samples were collected 24 and 48 hr after the deposition of bio-cords in the stream. Illumina Miseq sequencing of the 16S and 18S rDNA showed that, among the three domains, the bacterial biofilm community had the largest alpha and beta diversity. The early bacterial colonizers appeared to be “biofilm-specific”, with only a few dominant operational taxonomic units (OTUs) shared between the biofilm and the ambient water environment. Alpha-proteobacteria and Ciliophora tended to dominate the bacterial and eukaryotic communities, respectively, of the early biofilm already at 24 hr, whereas archaea played only a minor role during the early stage of colonization. The network analysis showed that the three domains of microbial community connected highly during the early colonization and it might be a characteristic of the microbial communities in the biofilm formation process where co-occurrence relationships could drive coexistence and diversity maintenance within the microbial communities.     

Seasonal variations of soil bacterial communities in Suaeda wetland of Shuangtaizi River estuary, Northeast China

Estuarine wetland is the transitional interface linking terrestrial with marine ecosystems, and wetland microbes are crucial to the biogeochemical cycles of nutrients. The soil samples were collected in four seasons (spring, S1; summer, S2; autumn, S3; and winter, S4) from Suaeda wetland of Shuangtaizi River estuary, Northeast China, and the variations of bacterial community were evaluated by high-throughput sequencing. Soil properties presented a significant seasonal change, including pH, carbon (C) and total nitrogen (TN), and the microbial diversity, richness and structure also differed with seasons. Canonical correspondence analysis (CCA) and Mantel tests implied that soil pH, C and TN were the key factors structuring the microbial community. Gillisia (belonging to Bacteroidetes) and Woeseia (affiliating with Gammaproteobacteria) were the two primary components in the rhizosphere soils, displaying opposite variations with seasons. Based on PICRUSt (Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States) prediction, the xenobiotics biodegradation related genes exhibited a seasonal decline, while the majority of biomarker genes involved in nitrogen cycle showed an ascending trend. These findings could advance the understanding of rhizosphere microbiota of Suaeda in estuarine wetland.     

Effects of Cd（Ⅱ） and Cu（Ⅱ） on microbial characteristics in 2-chlorophenol-degradation anaerobic bioreactors

The effects of Cd^2＋ and Cu^2＋ at 300 mg/L on anaerobic microbial communities that degrade 2-cholorophenol （2-CP） were examined. Based on the polymerase chain reaction （PCR） of 16S rDNA, bacterial community diversity and archaeal community structure were analyzed with denaturing gradient gel electrophoresis （DGGE） and cloning, respectively. Degradation capabilities of the anaerobic microbial community were drastically abated and the degradation efficiency of 2-CP was reduced to 60% after shock by Cu^2＋ and Cd^2＋, respectively. The bacterial community structure was disturbed and the biodiversity was reduced after shock by Cu^2＋ and Cd^2＋ for 3 d. Some new metal-resistant microbes which could cope with the new condition appeared. The sequence analysis showed that there existed common Archaea species in control sludge and systems when treated with Cu^2＋ and Cd^2＋, such as Methanothrix soehngenii, Methanosaeta concilii, uncultured euryarchaeote, and so on. Both the abundance and diversity of archaeal species were altered with addition of Cd^2＋ and Cu^2＋ at high concentration. Although the abundance of the predominant archaeal species decreased with Cd^2＋ and Cu^2＋ addition for 3 d, they recovered to some extent after 10 d. The diversity of archaeal species was remarkably reduced after recovery for 10 d and the shift in archaeal composition seemed to be irreversible. The 2-CP-degradation anaerobic system was more sensitive to Cu^2＋ than Cd^2＋.     

植被恢复的岩溶湿地沉积物细菌群落结构和多样性分析

为研究岩溶地区湿地生态系统的细菌群落在植被恢复过程中的结构和多样性以及环境因子对其产生的影响,以桂林会仙岩溶湿地沉积物中提取的总DNA为模板,采用Illumina HiSeq 2500高通量测序技术,对细菌16S rDNA V4、V5区进行测序并分析,共得到有效序列711 403条,序列平均长度为372.34 bp,聚类产生5 952个OTU（Operational Taxonomic Unit）.结果表明,研究区沉积物具有较高的细菌多样性,包含70个门,150个纲,195个目,325个科,446个属.其中,变形菌门（Proteobacteria）是优势类群,占比为18.33%~44.16%,并以β-变形菌纲（Betaproteobacteria）、γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）及δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）为主要组成部分,这些类群中包含了硫杆菌属（Thiobacillus）和脱硫酸盐橡菌属（Desulfatiglans）等参与硫元素循环的菌群,推测对湿地沉积物中的硫循环有着重要作用;同时,属水平上存在大量（37.85%~84.67%）未分类（Unclassified）细菌类群.在会仙岩溶湿地水质及沉积物化学指标中,与细菌群落相关性较大的是ρ（NO₃--N）、ρ（NO₂--N）、ρ（TP）和ρ（TN）等水质指标.研究显示,桂林会仙岩溶湿地细菌具有很高的多样性,沉积物中蕴藏了许多潜在新物种;并且,水质指标对沉积物细菌群落结构及多样性的影响较大,说明人为因素对于会仙岩溶湿地微生物群落结构的影响较为显著.      

贵州某废弃煤矿酸性废水处理系统中细菌群落结构及功能分析

煤矿酸性废水引起的水环境污染问题在贵州日益突出.以贵州某废弃煤矿酸性废水处理系统（碳酸盐岩反应介质）为研究对象,采用高通量测序MiSeq技术,分析该系统中细菌群落结构的沿程变化特征及其功能.结果表明:①变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和蓝细菌门（Cyanobacteria）等广泛分布于反应系统,其中变形菌门和绿弯菌门为主要优势菌门,而蓝细菌门大多（90.95%）存在于反应池悬浮物中.②细菌群落结构受沉积物中重金属浓度影响,尤其Fe、Ni、As和Pb浓度的影响较为显著.细菌群落在系统前端（进水沟渠和反应池）和后端（沉淀池和人工湿地）存在明显差异,随反应系统处理进程,细菌α-多样性指数在沉积物中沿程增加.③废水中85%以上的Fe在多级复氧反应池中被去除,同时具备铁氧化能力的细菌〔披毛菌属（Gallionella）和Sideroxydans等〕和铁还原细菌〔地杆菌属（Geobacter）和红育菌属（Rhodoferax）等〕大多存在于多级复氧反应池沉积物中.④人工湿地对废水中Mn有很好的去除作用,湿地沉积物和植物根际土壤中铁锰氧化物富集生物土微菌属（Pedomicrobium）（8.38%±1.51%）和硝化螺旋菌属（Nitrospira）（14.75%±0.46%）丰度明显高于多级复氧反应池.研究显示,在以碳酸盐岩为主要反应介质的“多级复氧反应池+垂直流人工湿地”联合处理酸性矿山废水过程中,污染物去除机理除碳酸盐岩中和沉淀作用外,生物氧化和生物还原作用也值得关注.      

辽河口芦苇湿地净生态系统CO2交换及其环境调控

采用涡度相关法,对2018年下半年辽河口国家级自然保护区内滨海芦苇湿地的净生态系统CO₂交换（NEE）、总初级生产力（GPP）和生态系统呼吸（R_eco）进行测量分析,研究海洋保护区内典型芦苇湿地生态系统-大气CO₂交换的变化规律及其环境调控。结果表明,有芦苇生长的7月－10月,各月NEE日变化曲线呈相似的“U”形,但变化幅度存在较大差异;非芦苇生长季的11月－12月,生态系统表现为微弱的净CO₂释放,NEE日变化轨迹与温度波动一致。该芦苇湿地生态系统的GPP、R_eco和NEE均呈现7月－10月数值较大、11月－12月数值较小的规律。7月－10月,白天CO₂交换主要受芦苇光合作用的影响,各月白天NEE与光合有效辐射（PAR）之间呈直角双曲线关系,PAR可以解释白天NEE变化的45%～54%。7月－12月,夜间R_eco与气温呈指数关系,气温可以解释R_eco变化的62%,生态系统呼吸敏感性（Q₁₀）为2.20。2018年下半年,辽河口国家级自然保护区内芦苇湿地生态系统累计GPP总值达到359.67 g C/m2,累计R_eco达到278.29 g C/m2,总净固碳量为81.38 g C/m2。