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。     

丹江口库区表层浮游细菌群落组成与PICRUSt功能预测分析

浮游细菌是水生生态系统的重要组成部分,是水体中氮素生物地球化学循环的主要驱动力.本研究于2016年5月采集丹江口库区库心和渠首2个生态位点表层水样,采用16S r DNA Miseq高通量测序技术研究其群落组成,发现其主要由变形菌门、放线菌门、拟杆菌门等12门、139属细菌组成,渠首样品浮游细菌群落多样性高于库心样品. PICRUSt功能预测分析表明,浮游细菌涉及氨基酸运输和代谢、转录、能量产生和转换等24个基因功能家族,表现出功能上的丰富性.其中35个参与氮代谢的KO(表示通路)中库心高于渠首为20个,渠首高于库心的为15个.两样品中检测到涉及固氮作用(nif H)、硝化作用(hao)、反硝化作用(nar G、nir K、nor B、nos Z)、氮同化还原及异化还原作用(nas A、nar B、nap A、nir A、nir B、nrf A)参与氮循环的关键基因相对丰度.综合基因功能家族预测基因拷贝数和氮循环相关基因丰度分析,丹江口库区库浮游细菌氮代谢能力整体趋势为库心高于渠首.本研究从细菌群落组成、功能角度初步分析了丹江口库区不同生态位点氮循环的差异,为丹江口水库水环境保护提供了参考依据.     

不同海拔鬼箭锦鸡儿根际和非根际土壤细菌群落多样性及PICRUSt功能预测

鬼箭锦鸡儿作为我国北方高山和亚高山地区的主要建群植物,是区域生态系统的重要组成部分,但是很少有研究关注其对土壤生态系统的影响及其对环境变化的响应.因而,以鬼箭锦鸡儿为研究对象,采用高通量测序技术,分析了不同海拔鬼箭锦鸡儿根际和非根际土壤细菌群落多样性特征,并进行了功能预测分析.结果表明,所有样品共检测到43门、 112纲、 251目、 324科和542属,变形菌门、酸杆菌门和放线菌门是根际和非根际土壤中的优势菌群.虽然不同海拔之间,鬼箭锦鸡儿根际和非根际土壤细菌多样性指数和群落结构不存在显著差异,但是在同一海拔水平上,根际和非根际土壤细菌多样性指数和群落结构组成存在显著差异.PICRUSt功能预测表明,细菌群落主要涉及氨基酸代谢、碳水化合物代谢、辅助因子和维生素代谢等29个子功能,表现出功能上的丰富性,且代谢为最主要的功能.土壤细菌二级代谢通路预测基因相对丰度的变化与变形菌门、酸杆菌门和绿弯菌门等菌群丰度显著相关,并且土壤细菌预测功能基因组成的差异与土壤细菌群落结构的差异呈显著正相关,说明细菌群落结构与功能基因可能存在密切联系.研究初步探讨了不同海拔梯度下鬼箭锦鸡儿根际和非根际土壤细菌...     

松花江下游滨岸带典型植被根际土壤细菌群落结构与功能多样性

通过分析松花江典型植被(芦苇、白杨、松江柳和修氏苔草)根际土壤细菌群落结构与功能的差异,辨识不同类型植被修复受损滨岸带生境的潜力,为松花江受损滨岸带生境修复和保护提供理论依据.使用Illumina MiSeq PE300二代高通量测序平台对松花江下游滨岸带的4种典型植被根际土壤细菌16S rRNA进行测序,分析不同植被根际土壤细菌群落组成与功能的差异及其影响因素.结果表明,芦苇根际土壤细菌多样性的Ace、 Chao1和Shannon指数显著高于白杨(P<0.05),与松江柳和修氏苔草的土壤细菌多样性差异不显著.主坐标轴分析和ANOSIM组间差异检验表明,白杨与其它植被根际土壤细菌群落结构差异显著(P<0.05),松江柳、修氏苔草和芦苇根际土壤细菌群落结构相近. 4种典型植被根际土壤细菌共划分为38个菌门,其中,酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、疣微菌门(Verrucomicrobia)和变形菌门(Proteobacteria)为各样地共有的优势菌门(相对丰度>5%).硝化螺旋菌门(Ni...     

丹江口库区表层浮游细菌群落组成与PICRUSt功能预测分析

浮游细菌是水生生态系统的重要组成部分,是水体中氮素生物地球化学循环的主要驱动力。本研究于2016年5月采集丹江口库区库心和渠首2个生态位点表层水样,采用16S rDNA Miseq高通量测序技术研究其群落组成,发现其主要由变形菌门、放线菌门、拟杆菌门等12门、139属细菌组成,渠首样品浮游细菌群落多样性高于库心样品。PICRUSt功能预测分析表明,浮游细菌涉及氨基酸运输和代谢、转录、能量产生和转换等24个基因功能家族,表现出功能上的丰富性。其中35个参与氮代谢的KO(表示通路)中库心高于渠首为20个,渠首高于库心的为15个。两样品中检测到涉及固氮作用(nifH)、硝化作用(hao)、反硝化作用(narG、nirK、norB、nosZ)、氮同化还原及异化还原作用(nasA、narB、napA、nirA、nirB、nrfA)参与氮循环的关键基因相对丰度。综合基因功能家族预测基因拷贝数和氮循环相关基因丰度分析,丹江口库区库浮游细菌氮代谢能力整体趋势为库心高于渠首。本研究从细菌群落组成、功能角度初步分析了丹江口库区不同生态位点氮循环的差异,为丹江口水库水环境保护提供了参考依据。     

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.     

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.     

丹江口水库枯水期浮游细菌群落组成及影响因素研究

为了解丹江口库区南水北调中线工程通水后浮游细菌群落组成及影响因素,于2016枯水期(1月)对丹江库区内5个典型生态点位表层水样进行采集.水质监测结果表明库区水质总体较好,除总氮和高锰酸盐指数外,其他各项指标符合Ⅰ类水标准要求.总氮(TN)和高锰酸盐指数(COD_(Mn))为库区的主要污染因子,水体整体处于中营养状态.采用高通量测序技术对浮游细菌群落组成进行研究,结果表明主要由放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、疣黴菌门(Verrucomicrobia)、壁厚菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteria)等22个门和323个属组成.5位点样品具有丰富的群落组成,浮游细菌群落多样性排序为:黑鸡嘴台子山库心宋岗渠首.对浮游细菌群落组成与环境因子的关系进行典范对应分析(CCA),结果表明:T、pH值、NH_4~+-N、SD显著影响浮游细菌群落结构.     

冬季野鸭湖湿地植物根际微生物群落结构分析

文章应用磷脂脂肪酸(PLFA)技术研究野鸭湖湿地扁秆藨草、芦苇和茭白根际土壤微生物的群落结构,同时分析了根际微生物与微生物量磷的相关关系。结果表明,扁秆藨草根际微生物量最高,达60 nmol/g,其次为茭白和芦苇。3种植物根际土壤中的优势菌是以16∶0、18∶0、i16∶0为代表的好氧菌;根际土壤中也出现以18∶2ω6,9、18∶1ω9c为代表的真菌。影响冬季扁秆藨草、茭白根际微生物量及群落结构的主要因素分别是枯落物和气温,而芦苇的特殊根系使其在冬季有较好的适应性。植物根际微生物含量与土壤微生物量磷相关性较好,其中细菌含量与微生物量磷呈显著正相关关系。因此,根际微生物受植物种类影响较大,建议寒冷地区人工湿地根据扁秆藨草、芦苇、茭白的不同特点交错种植,且植物进入衰亡期进行收割有利于污染物去除。     

石油输入对河口芦苇湿地根际微生物的影响

以辽东湾双台子河河口芦苇湿地为对象,以石油污染物作为主要的外源性污染物,采用湿地模拟实验装置进行了为期6个月的室外模拟实验,研究了石油的重要组分正构烷烃和多环芳烃在芦苇根区土壤中的时空分布及对湿地植物根际土壤微生物种群数量和群落结构的影响. 结果表明,石油污染物的输入降低了土壤的含氧量,减少了根际细菌的数量,芦苇根际细菌的数量仅为对照的1/4,同时也改变了微生物群落的优势菌群.经过6个月的含油河水灌溉后,形成了以变形菌门(Proteobacterium spp.)和拟杆菌门(Bacteroidetes spp.)为主要优势菌群的群落结构,而厚壁菌门(Firmicutes spp.)、放线菌门(Actinobacteria spp.)和蓝藻门(Cyanobacteria spp.)则受到不同程度的抑制.     

河岸混合植物带处理受污染河水中试研究

利用2种混合植物带(香根草+沉水植物、湿生植物+香蒲+芦苇)对受污染河水进行中试研究,并与无植物空白带进行了对比.结果表明,混合植物带对污染物的降解效果优于无植物空白带,其中香根草+沉水植物带效果最好,它在整个运行期间对COD、NH₄⁺-N和TP的去除率分别为43.5%、71.1%和69.3%.对出水溶解氧及水温进行了考察,结果表明混合植物带水域中水的溶解氧比无植物带稳定,且在夏季水温低于无植物带水域的水温.说明在河道修复中植物带对平衡河岸带环境条件、改善河流局部小气候有重要作用.     

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.     

香根草及添加剂对汞污染土壤汞固定的现场试验

通过前期盆栽模拟试验发现,汞污染土壤种植香根草木屑和腐殖土或者添加木屑和腐殖土后再种植香根草都能极大抑制汞通过地表径流迁移,但是尚没有开展野外试验进行验证。因此为了进一步验证其效果,本研究在贵州万山汞矿区大水溪村汞污染农田建立了地表径流小区,现场研究了种植香根草及添加木屑和腐殖土后种植香根草对土壤汞固定的影响,研究结果显示:(1)在所有处理小区的地表径流中,颗粒态汞占总汞的96%以上,是汞迁移的最主要途径;(2)在汞污染土壤中种植香根草或者土壤中分别添加木屑或者腐殖土后再种植香根草,都能显著降低地表径流中颗粒态汞含量(46%~67%),进而减少土壤汞通过地表径流向周围环境迁移,且香根草与木屑或腐殖土结合效果更佳;(3)不同处理均降低了地表径流中可溶态汞(13%~31%)的含量。本研究能为汞矿区汞污染土壤修复提供一定理论支持和技术指导。     

黄河三角洲不同植物群落土壤酶活性特征及影响因子分析

土壤酶是滨海湿地群落构建和演替的关键因子,但水盐胁迫条件下土壤酶活性的驱动机制尚不明确.以黄河三角洲盐地碱蓬、芦苇、柽柳这3种盐生植物群落为对象,研究其根际与非根际土壤中蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶的活性特征及其分布规律,并结合土壤理化性质的变化探讨滨海湿地群落演替过程中土壤酶活性的驱动因子.结果表明,盐地碱蓬、芦苇、柽柳群落的根际土壤酶活性和土壤肥力指标均显著高于非根际土壤(P 0. 05).在根际土壤中,磷酸酶与过氧化氢酶活性均表现为盐地碱蓬芦苇柽柳,蔗糖酶与脲酶活性则分别表现为柽柳盐地碱蓬芦苇、盐地碱蓬柽柳芦苇,且不同盐生植物群落根际土壤理化性质存在显著差异(P 0. 05),说明植物类型及其根际效应均会影响土壤酶活性和土壤肥力特征,且根际效应对土壤酶活性的影响大于植被类型.土壤蔗糖酶活性与有效钾(AK)、有效磷(AP)、铵态氮(NH_4~+-N)显著正相关(P 0. 05);脲酶活性与全氮(TN)、有机质(SOM)、AK、AP、NH_4~+-N和硝态氮(NO_3~--N)显著正相关(P 0. 01);二者均与土壤电导率(EC)显著负相关(P 0. 01).磷酸酶和过氧化氢酶活性与土壤含水率(MC)、全碳(TC)、TN、全磷(TP)、SOM、AK和NH_4~+-N均呈显著正相关关系(P 0. 05),同时,pH、总钾(TK)、NO_3~--N还与过氧化氢酶活性显著正相关(P 0. 05).冗余分析(RDA)结果显示,黄河三角洲土壤酶活性特征的主要影响因子从大到小依次为:TC(P 0. 01)、SOM(P 0. 01)、MC(P 0. 01)、TN(P 0. 05)、NH_4~+-N(P 0. 05)和EC(P 0. 05),表明土壤肥力、水分与盐度是黄河三角洲盐生植物群落土壤酶活性的主要影响因子.     

Comparison of riparian plant communities under four land management systems in southwestern Wisconsin

Riparian plant community composition is influenced by moisture, erosion, original native plant communities, and current and past land use. This study compared riparian plant communities under four types of management: woody buffer strip, grassy buffer strip, rotational grazing, and continuous grazing. Study sites were located along spring-fed streams in the unglaciated region of southwestern Wisconsin, USA. At each site, plant community surveys were conducted using a point transect method. Among the treatments, woody buffer strips, rotationally grazed and continuously grazed riparian areas had greater plant species richness than grassy buffer strips, and woody buffer strips had the greatest native plant species richness. Reed canarygrass (Phalaris arundinacea L.) was prevalent in grassy buffer strips (44% of all observations), common in woody buffer strips (15%), and rare in sites that were rotationally or continuously grazed (3 and 5%, respectively). Pasture sites had greater proportions of native grasses and grass relatives and moderate levels of overall native species richness. Considered a water quality best management practice, well-managed rotational grazing may be a reasonable alternative to buffer strips which can contribute to protection and enhancement of native vegetation biodiversity.     

铜尾矿白羊草叶际和根际细菌群落特征

植物叶际、根际微生物及其生存环境共同形成复杂的生态系统,其中,根际微生物也是土壤物质循环的主要动力,可以为植物的生长发育提供基础.叶际和根际微生物也可作为生态学指标,在矿区生态稳定与生态恢复中具有显著作用.本研究选择铜尾矿优势禾草白羊草为研究对象,采用高通量测序的方法,研究白羊草叶际和根际细菌群落特征,探究影响白羊草叶际和根际微生物群落结构与多样性的关键生态因子.结果表明,白羊草叶际和根际细菌群落结构具有显著差异.其中,白羊草叶际细菌优势属包括假单胞菌属、肠杆菌属和鞘脂单胞菌属,根际细菌优势属为Solrubrobacter和酸杆菌属.白羊草根际细菌群落的香农指数、ACE指数和Chao1指数均显著高于叶际细菌.土壤水分含量、pH、土壤砷和锌含量,白羊草总氮和总硫,及叶片和根内的镉和铬是影响白羊草叶际和根际优势细菌属的主要生态因子.此外,根际细菌群落香农指数与根内铜含量显著负相关,辛普森指数与根的总氮含量显著正相关,叶际细菌群落ACE指数与叶片总硫含量显著正相关.本研究结果可为铜尾矿生态恢复中发掘和利用叶际或根际细菌资源及提高矿区生态修复效率提供科学依据.     

Importance of riparian habitats for small mammal and herpetofaunal communities in agricultural landscapes of southern Québec

The presence of adequate riparian strips in agricultural landscapes is generally recognized to contribute to the reduction of the impacts of agricultural practices on the water quality of streams, to regularize water temperature and to help in the creation of important wildlife habitats. This study aimed at determining the importance of riparian strips in agricultural landscapes of southern Québec for small mammal and herpetofaunal communities, and verifying farmers’ general belief that these habitats become shelters for species considered as agricultural pests. Abundance, composition and diversity of communities were compared between three types of riparian strips: herbaceous, shrubby and wooded. A total of 1460 small mammals belonging to 14 species and 329 amphibians and reptiles belonging to 11 species were captured with line trapping and drift fences. The generalist species Sorex cinereus, Zapus hudsonius, Blarina brevicauda, and Bufo americanus were abundant in all three types of riparian strips. Peromyscus maniculatus, Sorex fumeus, Clethrionomys gapperi, and Rana pipiens were associated more closely to wooded strips, whereas Rana sylvatica was captured mostly in shrubby strips. The abundance of small mammals and herpetofauna increased with complexity of vegetation structure. Small mammal diversity was higher in herbaceous and wooded riparian strips, whereas the herpetofaunal community was more diverse in shrubby strips. Proportion and abundance of pest species diminished with complexity of vegetation structure, whereas insectivores increased in abundance. Maintaining woody vegetation in riparian strips should increase abundance and diversity of wildlife within agricultural landscapes where increasing development pressure is presently contributing to the conversion of such habitats to herbaceous strips. Such a management approach should also help reducing the risk of riparian strips becoming shelters for pest species.     

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.