ITS高通量测序研究黄海微型真核浮游生物多样性及分布特征

微型真核浮游生物是海洋生物群落的重要组成部分,对维持海洋生态系统的稳定发挥着重要的作用.本研究对黄海水环境样本的标记基因ITS进行Illumina高通量测序,探讨了黄海微型真核浮游生物的多样性及群落结构特征,并分析了其与环境因子之间的关系.结果表明:(1)基于标记基因ITS的高通量测序技术可获得较丰富的真菌、浮游植物、浮游动物种类,其中真菌OTUs浮游植物OTUs浮游动物OTUs,真菌reads数浮游动物reads数浮游植物reads数.(2)不同水域微型浮游生物的物种丰度及多样性程度不同,Ace指数及Chao1指数表现为南黄海北黄海东海北部冷水团,Simpson指数及Shannon-Wiener指数表现为东海北部北黄海南黄海冷水团,冷水团水域的物种丰度及多样性最低.(3)随着温度的升高,真菌、浮游植物、浮游动物reads数、OTUs均呈现出上升的趋势;随着盐度的增加,真菌的reads数、OTUs升高,而浮游植物、浮游动物的reads数、OTUs下降,其中浮游植物的reads数、OTUs显著下降(P0.05);在北纬30°~40°范围内,随着纬度的升高,真菌、浮游动物的Shannon-Wiener指数上升,而浮游植物Shannon-Wiener指数下降;与海岸线的距离越大,真菌、浮游植物、浮游动物Shannon-Wiener指数越低.本研究首次以ITS为扩增子高通量测序研究海洋微型真核浮游生物,丰富了微型真核浮游生物的认识,揭示了高通量测序技术在该海域研究的可行性,为其他海域微型真核浮游生物的研究提供了借鉴.     

渤海长兴岛海域微型和微微型浮游植物多样性

为研究微型/微微型浮游植物在褐潮生消过程的多样性变化,以18S rDNA V4区作为目标基因,结合高通量测序技术,对2014年5月、7月和2015年5月、7月长兴岛近岸海域海水中微型/微微型浮游植物多样性进行了检测.结果表明,高通量测序技术可有效地检测长兴岛近岸海域海水中微型/微微型浮游植物多样性,自行设计的V4(F/R)引物在微型/微微型浮游植物群落鉴定方面更为高效.2014年5月、7月在长兴岛海域分别检出微型/微微型浮游植物143、165种,2015年5月、7月分别检出123、167种.微型/微微型浮游植物群落中绿藻门相对丰度最高,2014年5月、7月分别为44.5%、65.6%,2015年5月、7月分别为81.8%、73.7%.微型/微微型浮游植物多样性指数和种类数都是同年7月高于5月,说明7月海水中微型/微微型浮游植物群落结构较5月稳定.同时发现了渤海海域的褐潮致灾种微拟球藻(Nannochloris sp.)和金牛微球藻(Ostreococcus tauri),2014年和2015年其平均优势度分别为0.37和0.39;而已发现的褐潮致灾种——抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens)在长兴岛海域的4次调查中虽都有检出,但其优势度(平均为0.000 3)较低.      

高通量测序技术研究辽河真核浮游藻类的群落结构特征

真核浮游藻类在河流生态系统中发挥着重要生态功能,本研究对辽河水环境样本的18S rRNA基因的V4可变区进行454焦磷酸测序,对获得的OTU代表性序列进行物种注释.比较注释后的生物种类信息与光学显微镜观察结果的异同,并将OTUs的代表性序列与NCBI中真核浮游藻类的18S rRNA基因序列进行系统发育分析,此外研究了真核浮游藻类群落结构特征及其环境影响指标.研究共获得约167 901条18S rRNA基因V4可变区的高质量序列,注释为424个OTUs,涵盖了134种真核浮游藻类OTUs.与光学显微镜鉴别结果类似,高通量测序结果以硅藻门和绿藻门为优势类群,此外检测到轮藻门、隐藻门、定鞭藻门和金藻纲等显微镜观察结果中未有的类群.系统发育分析可在门这一分类阶元对隐藻门和甲藻门聚类,并将隐藻门在属水平进行聚类和区分,甲藻门可以在部分科或属水平聚类和区分.RDA结果显示,氨氮、活性磷和硝态氮是影响真核浮游藻类群落结构特征最重要的环境因子.本研究为认识辽河水环境中真核浮游藻类的多样性、群落结构及其环境影响因子提供了新的视角,同时也预示着高通量测序技术在辽河流域浮游植物监测和水环境质量指示中的应用潜力.     

贵州茂兰喀斯特森林不同演替下土壤真核微生物多样性

真核微生物是茂兰喀斯特森林土壤微生物中的重要组成部分,在生态系统物质循环和能量流动中扮演着重要角色.为了解茂兰喀斯特森林不同演替阶段下土壤真核微生物群落组成及其多样性,利用18S rDNA高通量测序技术研究了原生林(YSL)、灌木林(GML)、灌木丛(GMC)和草地(CD)这4种演替阶段下土壤真核微生物群落多样性.结果表明,在不同分类水平下,不同演替阶段土壤真核微生物群落组成相似.α多样性指数存在显著差异, Shannon指数与Simpson指数在不同演替阶段表现为:YSLGMCGMLCD. NMDS分析表明不同演替阶段土壤真核微生物群落结构存在差异; LEfSe分析表明,YSL中差异指示种数量高于GML、GML和CD.本研究结果为研究不同演替阶段下土壤真核微生物提供了理论基础.     

太湖不同湖区真核微型浮游生物基因多样性的研究

用DGGE(denatured gradient gel electrophoresis)和构建18S rDNA克隆文库2种方法对太湖不同湖区的真核微型浮游生物(0.8～20μm)多样性及组成结构进行了研究.DGGE结果表明,不同湖区真核微型浮游生物的DGGE指纹图谱存在明显差异,其中营养水平较低的东太湖和贡湖DGGE条带数最多,分别为23和24,香农多样性指数分别为3.135和3.178,而营养水平较高的梅梁湾和五里湖最少,均为18,香农多样性指数为2.890,表明营养水平较低湖区的多样性高于营养水平较高的湖区.克隆测序结果表明太湖中真核微型浮游生物种类车富,占优势的主要是一些鞭毛藻、异养鞭毛虫、纤毛虫和真菌,而营养水平不同的梅梁湾、湖心、东太湖中真核微型浮游生物组成明显不同.在营养水平较高的梅梁湾,28.6%的OUT(operational taxonomicunit)属于异养鞭毛虫,另外隐藻、金藻分别占22.9%和14.3%;在湖心,金藻的比例最大,占25.7%,另外比较多的是异养鞭毛虫和隐藻,分别为20.0%和14.3%;而营养水平较低的东太湖各类纤毛虫所占比份最大,为26.8%,异养鞭毛虫较少,仅占4.9%,另外真菌含量较高,占12.2%.     

浮游微型真核生物群落对电厂温排水增温的响应

浮游微型真核生物作为初级生产者,细菌捕食者和较大型生物寄生者,在维持生态系统稳定中起核心作用.因此,研究浮游微型真核生物对温排水增温的响应对评价近年来大量电厂兴建的环境效应具有重要意义.沿象山港乌沙山电厂温排水水流采集表层水样,利用Illumina技术测定18S r DNA基因研究浮游微型真核生物群落组成.真核浮游生物的主要组成为囊泡虫门(Protalveolata)、纤毛亚门(Ciliophora)、甲藻门(Dinoflagellata)和丝足虫类(Cercozoa).多元回归树分析发现浮游微型真核生物多样性主要受溶解氧、硝态氮和温度的控制.温排水造成的增温梯度显著地改变了浮游微型真核生物的群落组成(Global RANOSIM=0.422,P0.001);反向选择筛选到空间距离、溶解氧、叶绿素a和温度是造成群落变异的主要因子.浮游微型真核生物的空间分布遵循空间距离-群落相似性衰减模型(R=-0.192,P=0.039),周转速率为0.002.此外,筛选到15个敏感的真核生物科,其相对丰度与增温幅度显著相关.重要的是对某一特定的科,其相对丰度随温度的变化与其已知的生态功能相吻合,可以作为评价温排水增温的指示种群.本研究阐明了温排水增温梯度下真核浮游生物群落的空间分布规律,并为评价温排水对微生态效应提供了灵敏的生物学指标.     

水库水深变化对不同浮游微生物群落及网络互作关键种的影响

为揭示水库水深变化对不同浮游微生物类群多样性及生态网络的影响,于2021年在横山水库采集表层及深层水样,利用16S和18S rDNA分子标记进行高通量测序,探究水深变化对不同微生物类群群落结构、种间互作网络和关键种的影响机制.结果发现,横山水库表层(0.5 m)和深层(5 m)中细菌群落多样性(Richness、 Simpson、 Shannon和Pielou’s Evenness指数)均高于真核微生物群落.细菌群落在不同水深处的主要优势物种为变形菌门、放线菌门和拟杆菌门,其相对丰度在门水平上无明显差异;真核微生物群落在不同水深处群落组成基本相同,但其相对丰度差异较大,包括节肢动物门、纤毛门和淡色藻门等.此外,表层水体微生物网络的图密度、平均聚类系数等均高于深层,表明表层微生物物种间具有较强的关联性,能够较好地传递物质、能量和信息,且对外界变化的响应速度更快;细菌群落分子生态网络节点和边的数量、关键物种数目和种类均高于真核微生物群落,表明细菌群落网络规模更大,种间协同合作关系和网络连通性更强.不同水深处的细菌群落和真核微生物群落间相互作用皆以正相关为主导,两个类群在水库深层的负相关性均...     

城市污水处理系统真核微生物群落特性与地域性差异

城市污水处理厂是控制水污染、保证城市与人类可持续发展的重要设施.真核微生物作为活性污泥系统中不可或缺的一部分,在指示活性污泥性质、预测出水水质、强化净化效果、保障系统稳定运行过程中发挥着重要作用.本研究以来自北京、深圳和无锡的14个城市污水处理厂的61份样品为研究对象,采用18S r DNA高通量测序技术并结合多种生态学及统计学相关分析方法,探讨了活性污泥系统内真核微生物群落特性与地域性差异.结果表明,不同空间尺度下,活性污泥系统内真核微生物群落优势种群组成相似,在Devision水平上,群落优势种群主要由真菌、原生动物(纤毛亚门)和后生动物组成,三者相对丰度之和高达86. 22%～89. 40%.不同城市污水处理厂活性污泥系统内真核微生物多样性存在差异,无锡群落的多样性(丰富度和香农-威纳多样性指数)最高,北京的最低,且3个城市的活性污泥系统内真核微生物群落结构存在显著的地域性差异. partial mantel test和多元回归矩阵分析结果表明,曝气池混合液温度和出水总氮浓度与活性污泥系统内真核微生物群落结构的相关性较强.研究结果深化了对污水处理系统中真核微生物的认识.     

黄土区沟道泥沙微生物群落变化特征及其影响因素

在黄土高原沟壑区,通过16S rRNA基因片段和ITS高通量测序,研究沟道泥沙中细菌和真菌群落在上-中-下游的变化特征.结果表明：与沟头相比,把口站的细菌群落中拟杆菌门（Bacteroidetes）与厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度分别增加6.6%和10.5%,而变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度降低15.1%;真菌群落中担子菌门（Basidiomycota）的相对丰度增加7.7%,而子囊菌门（Ascomycota）降低30.2%;泥沙中黏粒含量与细菌丰富度（Chao1指数）和多样性（Shannon指数）之间显著负相关（P<0.05）,与真菌的丰富度和多样性无显著相关性;细菌和真菌群落多样性和丰富度的空间差异与SOC、Olsen-P的变化有关（P<0.05）.因此,泥沙中颗粒组成物和养分含量可能是影响沟道微生物群落变化的主要因素.     

秦岭红桦林土壤细菌群落剖面分布特征及其影响因素

研究秦岭辛家山林区红桦林细菌群落在土壤剖面上的分布状况,对评估土壤细菌在森林生态系统土壤肥力调节、碳氮循环等作用至关重要.采用Illumina MiSeq高通量测序技术对土壤细菌16S r DNA V3~V4可变区进行测序,结合相关生物信息学分析,初步探讨了红桦林0~10、10~20、20~40和40~60 cm这4个土壤层细菌群落丰富度、多样性指数和细菌群落组成及丰度变化.结果表明,在红桦林土壤剖面上,OTUs、Chao1指数、Shannon指数均在0~10 cm处达到最大值,分别为1 688、2 314、8.66,土层间差异不显著.4个土壤层的优势菌门均为酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门(Proteobacteria),主要的优势菌属为Gp4、Gp6和Gp16.优势菌门的相对丰度在土层间并不相同,0~10 cm土壤层具有较高的变形菌门(Proteobacteria),其相对丰度为23.62%,而40~60 cm具有较高的酸杆菌门(Acidobacteria),相对丰度为62.88%.酸杆菌门(Acidobacteria)与全氮、土壤有机碳、C/N、可溶性有机碳显著相关,变形菌门(Proteobacteria)与土壤含水量、土壤有机碳、可溶性有机碳显著相关.经RDA分析证明,影响秦岭红桦林土壤剖面细菌群落分布的主要土壤因素是可溶性有机碳.这些研究结果表明在秦岭红桦林土壤4个土层均有较高的细菌多样性,为进一步认识森林土壤细菌多样性奠定了理论基础,在研究森林生态系统土壤剖面养分循环过程时应予以考虑.     

深海生物圈酵母菌的研究进展

从深海生物圈中酵母菌的来源状况、种类分布特征、研究方法等角度阐述了其最新进展,结合本课题组的相关研究,以便加强我们对深海生物圈中酵母菌的了解和认识,并提出开展该领域研究亟需解决的问题;希望本综述为开发利用深海酵母菌资源提供参考.     

百草枯对巨桉人工幼林土壤细菌多样性的影响

为了解百草枯对土壤微生物多样性的影响过程和时效,在施加百草枯后第0、1、2、4、8、15、31d动态采集四川盆地典型巨桉人工幼林表层土壤,采用PCR-DGGE方法研究了细菌群落多样性特征.结果表明,施加百草枯后第1d土壤细菌丰富度显著降低,但在第2d明显增加,随后在第4d和第8d出现一个降低的过程,直至第15d降至最低点,在第31d又显著增加.施用百草枯后明显降低了土壤细菌群落Shannon-Wiener指数,但增加了Simpson指数,表明百草枯的施加可使部分细菌减少或丧失,土壤细菌群落结构表现出较高的优势度和较低的丰富度.通过对优势条带的克隆测序,鞘脂杆菌科(Sphingobacteriaceae)和酸杆菌纲(Acidobacteria)普遍存在于施加百草枯前后的不同阶段,而施加百草枯后第1d伯克氏菌目(Burkholderiales)和γ-变形菌纲(Gamma-proteobacteria)条带消失,随后均在第2、4和8d出现,但15d后伯克氏菌目、α-变形菌纲(Alpha-proteobacteria)和γ-变形菌纲条带消失,第31dγ-变形菌纲条带仍然缺失.这些结果为更清晰地认识百草枯对土壤微生物的影响提供了基础数据.     

应用PCR-DGGE分析三江湿地土壤真菌群落结构的多样性

采用PCR-DGGE技术,研究毛苔草湿地土壤、小叶章湿地土壤(氮肥施用量分别为0、20、40和60 kg/hm2)和岛状林湿地土壤在生长期(2010年7月和2011年6月)和凋落期(2010年10月)的真菌群落结构变化规律. 结果表明:湿地植物生长期和凋落期真菌群落结构差异显著;退化程度较高的岛状林湿地土壤真菌群落的多样性指数最高,2010年7月、10月和2011年6月多样性指数分别为3.22、3.25和3.21;在小叶章湿地土壤中添加氮肥20～40 kg/hm2,2010年7月、10月和2011年6月湿地土壤真菌群落的多样性指数分别升至0.27、0.15和0.05. 对湿地土壤真菌18S rDNA基因测序分析可知,三江湿地土壤真菌类群主要包括外囊菌纲(Taphrinomycetes)、座囊菌纲(Dothideomycetes)和锤舌菌纲(Leotiomycetes),其中锤舌菌纲是该湿地主要的土壤真菌类群.      

脱氮硫杆菌的分离鉴定和反硝化特性研究

从土壤中分离到1株高活性自养反硝化菌TD,并对其进行了鉴定和硝酸盐还原特性研究.该菌株为革兰氏阴性短杆菌,严格自养.16S rDNA序列分析表明.该菌株与ThiobaciUus denitrificans相似性为99.85%.结合生理生化特性和16S rDNA序列分析,确定菌株TD为脱氮硫杆菌.通过对该菌的生长特性和反硝化特性的研究表明,该菌在初始pH为6.85,32.8℃培养条件下脱氮效果最佳;在初始pH为6.90,29.5℃培养条件下生长最快.该菌生长比较缓慢,没有明显的稳定期,对数生长期阶段的反硝化能力最强,反硝化速率最快,达到了2.245 mg·(L·h)-1,在培养过程中培养基pH值明显下降.较高盐度对该菌株的反硝化活性有抑制作用.该菌株的急性毒性实验结果显示,脱氮硫杆菌对健康鱼体几乎无毒,属于无毒性菌株.     

溶藻放线菌的分离鉴定及其溶藻特性

从水华发生水塘的泥土中分离到一株溶藻放线菌L74,对该菌溶解铜绿微囊藻、鱼腥藻、颤藻、水华束丝藻的效果及溶藻方式进行了研究,利用16SrDNA序列分析对其进行了鉴定。结果表明,该菌不仅对铜绿微囊藻具有良好的溶藻效果,而且对鱼腥藻、颤藻、水华束丝藻也有良好的去除作用。对铜绿微囊藻的效解作用依赖于初始菌浓度,当初始藻液中菌浓度>1×104cfu/mL时,可产生明显的溶藻作用,6d后对铜绿微囊藻的去除率达82.6%。通过溶藻方式的研究发现,该菌菌体和胞外代谢产物都具有溶藻作用,且这种胞外代谢产物对温度敏感,当温度达到110℃时会使该溶藻物质失去活性。16SrDNA序列分析表明L74菌与多株弗氏链霉菌的16SrDNA核苷酸序列的同源性达到了100%,归属于弗氏链霉菌。     

一株有机磷降解菌的筛选、鉴定及其解磷功效

从渥堆猪粪中分离到1株有机磷降解菌021112,该菌株在有机磷降解筛选培养基(NBRIP)上产生透明圈,具有较强的解磷能力.鉴定显示该菌株为杆状兼性厌氧菌,有端生鞭毛,最适生长温度和pH值分别为37℃和7.0～7.5.16SrDNA分析表明,属于肠杆菌科阪崎氏肠杆菌(Enterobactersakazakii)的变种.该菌能有效降解植酸钙、菜籽饼和猪粪中的植酸磷,降解率分别为84.29%、73.96%和84.62%;对卵磷脂的降解率为87.4%.     

不同空间位点沉积物理化性质与微生物多样性垂向分布规律

运用化学分析方法和PCR-DGGE技术从沉积物化学及基因角度对太湖不同空间位点沉积柱理化性质(pH、Eh)、营养盐(TN、TP、OM)及微生物多样性的垂向分布及相关性进行研究.结果表明,沉积物Eh在水-土界面处于轻度还原状态,表层下,随沉积深度的增加迅速下降,还原性逐渐增强.沉积物pH在整个剖面上变化幅度不大,在7.2～7.8变动.沉积物中含有丰富的营养盐,总氮和总磷最高含量分别为 2.436 mg/g和 0.731 mg/g,其剖面分布特征表明,沉积物表层总氮和总磷含量远高于底层,其含量随深度增加而降低.沉积物有机质含量在15 cm以上变化幅度较大,随着沉积深度的增加,有机质含量明显减少.沉积物中微生物群落结构显示了明显的空间分布多样性差异.三位点TN与OM之间均存在显著的相关性,但理化指标与营养盐以及微生物群落多样性指标之间不存在显著的相关性.     

污染土壤中菲降解菌的分离鉴定及其降解能力

利用水-硅油双相系统富集培养和平板升华方法,从被多环芳烃(PAHs)污染的表层土壤中筛选分离得到10株能利用菲为唯一碳源和能源生长的菌株. 这10株菌在无机盐培养基中10 d内对初始质量浓度为50 mg/L的菲的去除率为27.6%～55.3%,其中一些菌株混合可提高或降低菲的去除率;通过形态观察、生理生化指标测定及分子生物学分析(16S rDNA)等方法对其中3株具有较高降解能力的菌株(分别定名为PE0402-5,PE0902-1和PE1501-1)进行鉴定. 这3株菌的16S rDNA序列分别与Gordonia,Mycobacterium以及Azospirillum 3个属的相似性达100%,99%和99%. 结合分离菌株的形态、生理生化特征和16S rDNA基因序列的分析结果,初步鉴定菌株PE0402-5为戈登氏菌(Gordonia sp.),PE0902-1为分枝杆菌(Mycobacterium sp.),PE1501-1为固氮螺菌(Azospirillum sp.).      

十二烷基聚氧乙烯醚降解菌的分离、鉴定及降解特性

从工厂排污口废水中分离、纯化并筛选出一株降解十二烷基聚氧乙烯醚(Brij-30)的菌株,鉴定为伯克氏菌属(Pandoraeasp.),命名为B30.当温度为30℃,pH5～8,底物浓度低于0.2g/L,且以蛋白胨做氮源时,菌株B30降解效果最好;Zn²⁺、Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺对菌株B30的生长及其降解性能具有较大的促进作用.在低浓度区(0.05～0.20g/L),菌株B30生长最快,降解活力性最强,12h内能将底物基本降解;在中等浓度区(0.40g/L左右),72h内能降解50%的底物;在高浓度区(0.80～1.50g/L),72h内底物的降解率在30%以下.     

生活垃圾填埋操作方式对覆土中Ⅰ型甲烷氧化菌的影响研究

填埋场覆土中的甲烷氧化菌可削弱填埋场的温室气体释放,其中I型甲烷氧化菌对环境条件的改变反应灵敏.实验采用16S rDNA特异性聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)结合变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)基因指纹技术研究不同填埋操作方式,包括高密度聚乙烯膜(high-density polyethylene liner,HDPE)隔离、渗滤液亚表面灌溉和植被种植,对城市生活垃圾填埋场表层覆土中I型甲烷氧化菌的群落结构和多样性的影响.16S rDNA序列的系统发育分析结果表明,供试土壤中的I型甲烷氧化菌均属于甲基杆菌属(Methylobacter).从香农-威纳多样性指数(Shannon-Wiener diversity index)和主成分分析的结果可以归纳得到:渗滤液亚表面灌溉和植被种植比HDPE膜隔离对表层覆土中I型甲烷氧化菌群落结构的影响更大,它们会降低I型甲烷氧化菌的多样性,并且推测渗滤液亚表面灌溉会抑制Methylobacter的生长.无HDPE膜隔离的土壤中,即有填埋气体侵入的土壤中,随填埋气体作用于土壤时间的延长,I型甲烷氧化菌的群落结构会发生变化;覆土时间分别为3周、1.5 a和5 a的土壤中,I型甲烷氧化菌的香农.威纳多样性指数在覆土1.5a时达到最大值.