丹江口库区库滨带植被土壤细菌群落多样性及PICRUSt功能预测分析

微生物是土壤元素生物地球化学循环的主要驱动力,目前库滨带植物截留和消减污染物质过程中细菌群落及其功能研究尚未清楚.本研究选取适宜丹江口库区库滨带生长的4种典型植物(草本植物香根草、芦苇、乔木植物杜梨和灌木植物假奓包叶),采用16S r DNA Miseq高通量测序技术研究根际细菌群落组成,发现其主要由变形菌门、拟杆菌门、放线菌门等31个门、343个属的细菌组成,表现出群落组成的丰富性.细菌群落分析表明香根草和芦苇细菌群落结构较为相似,但和杜梨细菌群落结构差异最大.PICRUSt功能预测分析表明,库滨带植物根际细菌主要涉及次生产物代谢的生物合成、转录、多糖生物合成和代谢、细胞生长和死亡等38个子功能,表现出功能上的丰富性.库滨带植物根际细菌代谢能力整体趋势为假奓包叶芦苇香根草杜梨.本研究初步探讨了丹江口库区库滨带不同植物根际细菌群落和功能,为丹江口水库库滨带植被构建及其水环境保护提供了参考依据.     

丹江口库区库滨带植被土壤细菌群落多样性及PICRUSt功能预测分析

微生物是土壤元素生物地球化学循环的主要驱动力,目前库滨带植物截留和消减污染物质过程中细菌群落及其功能研究尚未清楚。本研究选取适宜丹江口库区库滨带生长的4种典型植物(草本植物香根草、芦苇、乔木植物杜梨和灌木植物假奓包叶),采用16S rDNA Miseq高通量测序技术研究根际细菌群落组成,发现其主要由变形菌门、拟杆菌门、放线菌门等31个门、343个属的细菌组成,表现出群落组成的丰富性。细菌群落分析表明香根草和芦苇细菌群落结构较为相似,但和杜梨细菌群落结构差异最大。PICRUSt功能预测分析表明,库滨带植物根际细菌主要涉及次生产物代谢的生物合成、转录、多糖生物合成和代谢、细胞生长和死亡等38个子功能,表现出功能上的丰富性。库滨带植物根际细菌代谢能力整体趋势为假奓包叶芦苇香根草杜梨。本研究初步探讨了丹江口库区库滨带不同植物根际细菌群落和功能,为丹江口水库库滨带植被构建及其水环境保护提供了参考依据。     

三峡消落带适生植物根系活动调控土壤养分与细菌群落多样性特征

植物通过根系分泌修饰根际土壤微环境.从植物根系-土壤-微生物三者密切关联的根际土壤微环境角度,研究三峡消落带植被修复重建后根部土壤微生态动态特征,对于认识和评估消落带退化土壤环境的生态修复工作具有重要意义.从三峡库区忠县石宝寨汝溪河消落带植被修复示范基地采集人工植被中4种优势植物落羽杉(Taxodium distichum)、立柳(Salix matsudana)、狗牙根(Cynodon dactylon)和牛鞭草(Hemarthria altissima)的根际与非根际土壤,探究其根际与非根际土壤的养分含量与酶活性差异,同时通过高通量测序进行细菌群落多样性分析,以阐明三峡消落带不同物种逆境胁迫下的生长适应性以及养分利用策略.结果表明:①三峡库区消落带4种适生植物根系活动导致根际与非根际土壤养分含量产生显著差异,主要表现为根际土壤有机质、全氮、碱解氮以及有效磷的显著富集,而钾素在不同物种间的根际效应变化趋势并不一致;②蔗糖酶、脲酶以及酸性磷酸酶在4种适生植物中均表现出正向根际效应(R/S1),但由于不同物种生理特征的差异,不同物种根系活动对3种土壤酶的激活效应存在差异;③高通量测序结果显示,库区4种适生植物根际与非根际土壤细菌群落多样性特征并无显著差异,变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、放线杆菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、蓝藻门、厚壁菌门、硝化螺旋菌门、芽孢杆菌门、未知细菌门以及泉古菌门在消落带4种适生植物根部土壤环境中相对丰度最大,对于4种适生植物的营养吸收、疾病抵抗以及消落带逆境适应均发挥着重要的作用.     

野鸭湖湿地芦苇根际微生物多样性与磷素形态关系

以野鸭湖湿地芦苇(Phragmites communis)根际微生物为研究对象,采用化学连续提取法分析了芦苇根际/非根际土壤中各形态磷随植物生长(4、7、10月)的变化规律,同时基于细菌的16S rRNA高通量测序技术,分析了芦苇根际/非根际土壤微生物多样性,进一步采用CCA法分析了土壤样品中特定微生物与磷素形态转化关系.结果表明,无机磷含量的总体顺序大小为:钙磷(Ca-P)闭蓄态磷(Oc-P)铁磷(Fe-P)交换态磷(Ex-P)铝磷(Al-P),无机磷含量变化主要受芦苇生长状况影响,在芦苇旺盛期达到最低,且根际土壤中的总无机磷含量普遍低于非根际.有机磷含量分布为高稳定性有机磷(HR-OP)中稳定性有机磷(MR-OP)中活性有机磷(ML-OP)活性有机磷(L-OP),各组分含量均随芦苇生长先降低后升高.芦苇根际/非根际土壤微生物中的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria),但在芦苇生长过程中,其根际和非根际微生物群落结构受季节影响变化显著,且根际和非根际的变化有所差异.同时发现了芽孢杆菌属(Bacillus)、肠杆菌属(Enterobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、伯克霍尔德氏菌属(Burkholderia)、不动杆菌属(Acinetobacter)等可能是与磷形态转化有关的主要功能菌属,这些菌属能利用大部分的有机磷和无机磷,在湿地土壤磷素转化中起着关键作用.     

高通量测序法表征潜流人工湿地中不同植物根际细菌群落特征

为了研究人工湿地中植物根际、污水水质和深度等对细菌群落结构特征分布的影响,利用高通量测序技术,对人工湿地中芦苇(Phragmites communis)、香蒲(Typha orientalis Presl)2种植物根际3个不同深度细菌群落特征进行了研究.细菌群落丰富度和多样性研究结果表明,芦苇根际细菌群落丰富度和多样性均大于香蒲根际,细菌在芦苇根际周围可以更好地生存;同一植物根际细菌的丰富度和多样性随着深度的增加逐渐减少.相似度和差异性分析结果表明,相同植物根际细菌群落结构相似度较高,而不同根际群落结构有一定的差别.优势细菌菌群分析结果发现,细菌群落在门类水平上达到13门以上,优势细菌种群均以变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、厚壁菌门为主,相对丰度约为55%~78%;纲类水平也达到20纲以上,主要有α-变形杆菌纲、β-变形菌、δ-变形菌纲、γ-变形菌纲、芽孢杆菌纲、酸杆菌纲、相对丰度达到50%以上,植物根际富集的主要纲类细菌是β-变形菌纲.影响细菌群落结构丰富度和多样性的主要环境因素是营养物浓度、植物、采样深度和温度.     

贵州喀斯特地区土壤细菌群落结构特征及变化

为探明贵州喀斯特不同植被演替群落下的土壤细菌群落结构及变化特征,本文利用高通量测序技术对5个主要植被演替群落(稀灌草丛、藤刺灌丛、灌木林、乔灌过渡林、乔木林)的根际(竹叶椒)、非根际土壤细菌群落结构及环境因子进行了分析研究。结果表明:贵州喀斯特高原土壤细菌类群主要为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和浮霉菌门(Planctomycetes),其相对丰富度分别为43.35%、12.97%、7.53%、7.12%、6.19%、5.35%、5.05%,未分类类群占7.36%。样品中检测到了较低丰度的广古菌门和泉古菌门。随植被群落演替,根际土壤中变形菌门、厚壁菌门和浮霉菌门丰度逐渐增加;非根际土壤中酸杆菌门和疣微菌门丰度随植被演替逐渐减小。贵州喀斯特高原土壤细菌的影响因子大小为土壤有机碳、土壤总氮、含水量、电导率等,其中土壤有机碳和土壤总氮有显著性影响。     

水文情势和外源铅锌对根际微生物群落的影响

根际微生物对维持土壤根际微域环境的活性和土壤有机污染物的自净、有毒重金属的迁移转化等发挥重要的作用。文章选用鄱阳湖优势湿地植物芦苇和苔草进行不同水文情势和外源铅锌下的室内试验,通过测定根际土壤微生物数量,探讨了水位和重金属Zn2+和Pb2+对湿地植物芦苇和苔草根际土壤微生物群落的影响。结果表明:外源锌(≥5 mg/kg)对芦苇根际细菌和真菌数量的影响表现为刺激作用,对放线菌数量的影响较为复杂;微生物对锌的敏感性大体上表现为放线菌细菌真菌。锌(≥5 mg/kg)对苔草根际细菌数量的影响表现抑制作用,对苔草根际放线菌和真菌的生长有刺激作用,但浓度高时(100 mg/kg)受到抑制,数量减少。总体上苔草根际细菌、放线菌和真菌较芦苇对锌更为敏感,表现为细菌真菌放线菌。水位对微生物数量的影响较大,相同铅离子浓度下淹水状态的细菌、放线菌和真菌数量显著高于湿润状态组;湿润状态处理组对铅的耐性大于淹水状态处理组;苔草根际细菌对铅的耐受性大于芦苇,芦苇根际的放线菌和真菌对铅的耐性大于苔草。     

同质环境下不同锦鸡儿属植物根际土壤细菌群落结构差异及其影响因素

采用高通量测序技术分析同质环境下小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤细菌多样性及群落结构,以期探讨驱动锦鸡儿属植物根际土壤细菌群落结构构建的关键因子.结果表明,土壤样品中共检测到细菌42门55纲123目244科558属,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和酸杆菌门(Acidobacteria)(相对丰度>1%),优势属为苯基杆菌属(Phenylobacterium)、剑菌属(Ensifer)和鞘氨醇菌属(Chitinophaga).双因素方差分析表明,物种间差异显著影响土壤细菌香农指数和辛普森指数(P<0.05),种源和物种交互作用对土壤细菌的物种数、 Chao1指数、香农指数和辛普森指数均影响显著(P<0.05).主坐标分析表明,3种锦鸡儿属植物根际土壤细菌群落结构差异显著(P<0.05),且聚类分析显示来自不同种源地的中间锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际土壤细菌群落结构组成不同.通过冗余分析发现...     

玉米和籽粒苋镉累积特征与根际微生物的关系

该研究针对北方典型污灌区农田开展大田作物玉米与镉富集植物籽粒苋的田间种植试验。通过分析土壤及植株的镉含量特征,并利用高通量测序技术,对比2种植物的根际土壤及非根际土壤的细菌多样性与群落结构,探究土壤不同镉浓度对细菌群落的影响。结果表明,研究区根际土壤总镉及有效态镉含量高于非根际土壤,玉米作物的根、茎、叶部位保留了从土壤中吸收的大部分镉,籽粒部位镉含量最低;土壤镉浓度对土壤细菌多样性与群落结构没有产生显著性影响;植物的根际微生物和土壤镉之间存在一定的交互作用;不同土壤生境细菌的物种组成存在一定差异,变形菌门(19.33%～25.73%)、奇古菌门(16.09%～24.67%)和放线菌门(15.82%～20.86%)为研究区土壤中的优势菌群。研究结果可对中国大面积污灌区镉污染农田修复效果评估及土壤健康评价提供科学依据。     

不同生育期转基因抗虫棉根际土壤细菌群落特征

为深入理解转Bt基因抗虫棉对根际土壤微生物群落的影响,基于大田试验,采用高通量测序技术,研究了不同生育期(播种前期、苗期和吐絮期)转基因抗虫棉和亲本根际土壤微生物群落组成和多样性.结果表明:①转基因抗虫棉及亲本根际土壤优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria,相对丰度为0.433 8~0.499 3)、拟杆菌门(Bacteroidetes,相对丰度为0.106 0~0.136 6)、放线菌门(Actinobacteria,相对丰度为0.074 9~0.146 4)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes,相对丰度为0.054 2~0.072 3)、酸杆菌门(Acidobacteria,相对丰度为0.053 8~0.089 9).不同生育期转基因抗虫棉对根际土壤细菌优势菌门相对丰度产生显著影响(P < 0.05).②不同生育期转基因抗虫棉与亲本根际土壤细菌群落的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Sobs指数、PD指数均无显著差异(P>0.05),但PCoA分析发现,苗期和吐絮期转基因抗虫棉和亲本的土壤微生物群落出现空间分异(P < 0.05).③转基因抗虫棉根际土壤Bt蛋白含量在不同生育期具有显著差异(P < 0.05),且苗期和吐絮期转基因抗虫棉根际土壤Bt蛋白含量显著高于亲本(P < 0.05).④根际土壤Bt蛋白含量与细菌优势菌门相对丰度呈显著相关(P < 0.05).研究显示,不同生育期转基因抗虫棉通过根际Bt蛋白对土壤细菌相对丰度及群落结构产生影响,但不影响土壤细菌的alpha多样性.      

松花江下游沿江湿地土地利用变化对土壤细菌群落多样性的影响

本研究旨在明确生境质量变化对土壤细菌群落的影响,为松花江退化湿地选择科学的修复方法提供参考依据.于2018年使用Illumina MiSeq PE300第二代高通量测序平台对松花江下游的5种土地利用类型湿地（天然湿地、稻田地、玉米田、采砂迹地及恢复湿地）土壤细菌16S rDNA进行测序,分析不同土地利用类型土壤细菌群落多样性和功能的差异.结果表明：沿江湿地开垦为玉米田造成土壤细菌的Ace、Chao1和Shannon指数显著降低（P<0.05）,采砂迹地的仿湿地修复使土壤细菌的Ace、Chao1和Shannon指数显著提高（P<0.05）.天然湿地、稻田、玉米田和采砂迹地的土壤细菌群落结构差异显著（P<0.05）,采砂迹地与恢复湿地的土壤细菌群落结构相似.沿江湿地土壤细菌划分为40门、105纲、258目、421科、802属和1673种,变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门和芽单胞菌门为各样地共有的优势菌门（相对丰度>1%）.相比之下,拟杆菌门偏好稻田土壤环境,变形菌门和芽单胞菌门偏好玉米田土壤环境,放线菌门偏好采砂迹地土壤环境.湿地土壤细菌具有新陈代谢、环境信息处理、遗传信息处理、细胞过程、人类疾病和有机系统这6类一级代谢通路、46类二级代谢通路和19类主要二级代谢通路（相对丰度>1%）.土壤pH、含水量、碱解氮和碳氮比是沿江湿地土壤细菌群落多样性的主要影响因子.由此可见,改变沿江湿地土地用途降低了土壤生态系统稳定性,增加了湿地退化的潜在生态风险.     

武昌湖典型退化湿地菰草根际微生物群落结构

为研究淡水湖泊湿地微生物群落结构与退化湿地环境之间的关系,选取武昌湖湿地菰草根际水体、根际土壤、根下湖泊沉积物3组环境样本,提取样本微生物基因组DNA,并利用16S r DNA基因进行454高通量测序,共得到优质序列17 051条,产生2 062条OUTs。结果表明:武昌湖退化湿地菰草根际具有较为复杂的微生物群落结构,涉及15门48属,其中以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)为主要门类;菰草根际不同微环境微生物群落结构存在明显差异,生物多样性指数Shannon、Chao、ACE指数及OTUs均呈现根际土壤湖泊沉积物根际水体的变化特征。探究湿地退化过程中植被菰草根际微生物群落结构特征,对揭示长江中下游浅水湖泊湿地退化机理具有重要意义。     

河岸芦苇、茭白和香蒲植物带处理受污染河水中试研究

利用中试规模的河岸植物带(芦苇、茭白、香蒲)及无植物空白带对受污染河水进行处理,并对它们处理结果进行比较.结果表明,3种植物均能强化污染物的去除.其中芦苇带效果最好,它在整个运行期间对COD、NH₄⁺-N和TP的去除效果分别为43.7%、79.5%和75.2%.对出水溶解氧与水温进行了考察,结果表明植物带水体的溶解氧变化比无植物带小,水温比无植物带低.其中,芦苇带水的溶解氧最高,香蒲带水温和溶解氧最低.芦苇、茭白、香蒲带对河水中污染物的去除和改善水环境条件等方面表现了不同的特点,在河岸带修复时应尽可能保证水生植物的多样性.     

植被恢复对刺萼龙葵根际土壤细菌群落结构与功能的影响

入侵植物可以改变入侵地土壤微生物群落,从而有助于其入侵,在前期研究中发现,植被恢复措施可有效控制刺萼龙葵（Solanum rostratum）的入侵,但植被恢复前后刺萼龙葵根际土壤细菌群落结构与功能尚未清楚.选取了前期研究中的2个植被组合：沙打旺（Astragalus adsurgens）+披碱草（Elymus dahuricus）+无芒雀麦（Bromus inermis）（T1）;沙打旺+苇状羊茅（Festuca arundinacea）+冰草（Agropyron cristatum）+羊草（Leymus chinensis）（T2）,并选取刺萼龙葵（SR）及本地植被（NR）作为对照,采用16S rDNA MiSeq高通量测序技术研究刺萼龙葵入侵及植被恢复后刺萼龙葵根际细菌群落组成,同时采用PICRUSt功能预测分析其功能.结果表明,刺萼龙葵入侵（SR）后Simpson指数和Chao1指数均高于本地植被（NP）,但未达到显著水平,而植被恢复（T1和T2）后,Shannon指数和Chao1指数显著降低（P<0.05）.刺萼龙葵（SR）显著降低了变形菌门（Proteobacteria）中的微枝形杆菌属（Microvirga）、斯科曼氏菌属（Skermanella）、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）及酸杆菌门（Acidobacteria）的Bryobacter属相对丰度（P<0.05）,而植被恢复后,这些菌属丰度也随之上升.RDA分析结果显示,土壤有机质、总氮、总磷、总钾和速效钾是影响细菌群落组成的重要因素.PICRUSt功能预测分析表明,刺萼龙葵入侵显著提高了氨基酸合成（biosynthesis of amino acids）、嘌呤代谢（purine metabolism）、嘧啶代谢（pyrimidine metabolism）、核糖体（ribosome）和氨酰-tRNA合成（aminoacyl-tRNA biosynthesis）等方面的功能,而植被恢复以后其相对丰度显著降低.本文探讨了刺萼龙葵入侵及植被恢复后根际细菌群落和功能,为刺萼龙葵的入侵机制及生态恢复提供理论依据.     

镉胁迫对芒草根际细菌群落结构、共发生网络和功能的影响

芒草（Miscanthus）作为第二代能源植物,已用于重金属污染土壤修复研究,但目前该过程中土壤细菌群落组成和功能研究开展较少.以芒草品种南荻（M.saccariflorus）为研究对象,通过高通量测序结合分子生态网络分析和PICRUSt功能预测,分析研究100 mg·kg^-1 Cd的胁迫对芒草根际细菌群落组成、共发生网络和功能的影响.MiSeq测序表明芒草根际细菌群落由32个门和425个属的细菌组成,包含鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、芽单胞菌属（Gemmatimonas）和链霉菌属（Streptomyces）等植物促生细菌（PGPR）种群.相似性分析（ANOSIM）和非参数多元方差分析（Adonis）表明,Cd的添加能显著影响芒草根际细菌群落组成,降低其群落多样性.同时分子生态网络分析表明Cd的添加降低了芒草根际细菌之间的相互作用,导致其网络结构更为简单;降低了网络缓冲环境变化的能力;提高了负相关连线数,使根际细菌物种之间的竞争关系更强;改变关键细菌组成.PICRUSt功能预测分析表明Cd的胁迫降低了芒草根际土壤细菌功能.本研究初步分析了芒草根际细菌群落组成及其对镉胁迫的响应,为后续调控芒草修复效率提供了基础.     

Responses of butachlor degradation and microbial properties in a riparian soil to the cultivation of three different plants

A pot experiment was conducted to investigate the biodegradation dynamics and related microbial ecophysiological responses to butachlor addition in a riparian soil planted with different plants such as Phragmites australis, Zizania aquatica, and Acorus calamus. The results showed that there were significant differences in microbial degradation dynamics of butachlor in the rhizosphere soils among the three riparian plants. A. calamus displays a significantly higher degradation efficiency of butachlor in the rhizosphere soils, as compared with Z aquatica and P. australis. Half-life time of butachlor degradation in the rhizospheric soils of P. australis, Z aquatica, and A. calamus were 7.5, 9.8 and 5.4 days, respectively. Residual butachlor concentration in A. calamus rhizosphere soil was 35.2% and 21.7% lower than that in Z aquatica and P. australis rhizosphere soils, respectively, indicating that A. calamus showed a greater improvement effect on biodegradation of butachlor in rhizosphere soils than the other two riparian plant. In general, microbial biomass and biochemical activities in rhizosphere soils were depressed by butachlor addition, despite the riparian plant types. However, rhizospheric soil microbial ecophysiological responses to butachlor addition significantly (P < 0.05) differed between riparian plant species. Compared to Z aquatica and P. australis, A. calamus showed significantly larger microbial number, higher enzyme activities and soil respiration rates in the rhizosphere soils. The results indicated that A. calamus have a better alleviative effect on inhibition of microbial growth due to butachlor addition and can be used as a suitable riparian plant for detoxifying and remediating butachlor contamination from agricultural nonpoint pollution.     

Community structure and elevational diversity patterns of soil Acidobacteria

Acidobacteria is one of the most dominant and abundant phyla in soil,and was believed to have a wide range of metabolic and genetic functions. Relatively little is known about its community structure and elevational diversity patterns. We selected four elevation gradients from 1000 to 2800 m with typical vegetation types of the northern slope of Shennongjia Mountain in central China. The vegetation types were evergreen broadleaved forest,deciduous broadleaved forest,coniferous forest and sub-alpine shrubs. We analyzed the soil acidobacterial community composition,elevational patterns and the relationship between Acidobacteria subdivisions and soil enzyme activities by using the 16 S rRNA meta-sequencing technique and multivariate statistical analysis. The result found that 19 known subdivisions as well as an unclassified phylotype were presented in these forest sites,and Subdivision 6 has the highest number of detectable operational taxonomic units(OTUs). A significant single peak distribution pattern(P 0.05) between the OTU number and the elevation was observed. The Jaccard and Bray–Curtis index analysis showed that the soil Acidobacteria compositional similarity significantly decreased(P 0.01) with the increase in elevation distance. Mantel test analysis showed the most of the soil Acidobacteria subdivisions had the significant relationship(P 0.01) with different soil enzymes. Therefore,soil Acidobacteria may be involved in different ecosystem functions in global elemental cycles. Partial Mantel tests and CCA analysis showed that soil pH,soil temperature and plant diversity may be the key factors in shaping the soil Acidobacterial community structure.