宁武亚高山湖泊细菌群落的时空格局及驱动机制

受人类活动和气候变化的影响,亚高山湖泊生态系统日趋退化,导致微生物群落生物多样性和结构改变.本研究以宁武亚高山湖泊公海(GH)水体细菌群落为研究对象,通过Q-PCR和DGGE技术分析了不同季节和不同深度的水体中细菌群落多样性分布格局,探究细菌群落的时空动态及其多样性维持机制.结果表明,温度(T)、酸碱度(p H)、溶解氧(DO)、电导率(EC)、盐度(SAL)和铵态氮(NH4+)在每个月的不同采样深度间均有显著差异.细菌群落丰度具有明显的时空动态,其中8月的丰度最高,11月最低;在水体中层(2、4和6 m)的丰度较高,表层和底层(0 m和8 m)相对较低.细菌群落α多样性指数在各月份和不同深度间均有显著性差异,从4～12月整体上呈现先减少后增加的趋势.相似性分析(PERMANOVA)结果表明,不同深度之间细菌群落的空间分布格局明显不同(P 0. 001).冗余分析(RDA)和方差分解(VPA)结果表明在不同深度下,细菌群落多样性格局是环境选择和扩散限制共同作用的结果,但是环境选择的相对作用更强,其中水体无机氮(NO3-、NO2-和NH4+)浓度是主要的影响因子.总之,宁武亚高山湖泊公海中细菌群落多样性有明显的时空分布格局,环境选择作为主要因素驱动了细菌群落的多样性格局.     

温带亚高山针叶林土壤碳循环微生物群落的时空动态

选取参与碳固定的二磷酸羧化/加氧酶基因（cbbM）、有机碳降解的淀粉酶基因（amylase）和纤维素酶基因（cellulase）作为分子标记,用实时定量PCR方法对温带亚高山华北落叶松（Larix gmelinii var.principis-rupprechtii）林、白杄（Picea meyeri）林、青杄（P.wilsonii）林和油松（Pinus tabulaeformis）林土壤碳循环功能微生物类群丰度的时空动态开展研究.结果显示,总碳（TC）、总氮（TN）、总硫（TS）、有机质（OM）和有机碳（TOC）、pH值、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）、过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性在4种森林土壤中都有不同程度的差异,且有显著的季节变化特征.高海拔华北落叶松林土壤TC、TN、TS、C/N、OM和TOC含量最高,而pH值最低.土壤TC、TN、亚硝态氮（NO₂^--N）含量、蔗糖酶和脲酶活性,与碳循环微生物类群的丰度呈极显著相关.土壤NO₃^--N含量与有机碳分解和固碳微生物类群的相对丰度显著相关;土壤C/N、NO₂^--N、pH值、OM、TOC、过氧化氢酶及脲酶活性,与降解易分解碳（labile C）和难分解碳（recalcitrant C）的微生物类群的相对丰度呈极显著相关.植被类型和季节变化共同影响土壤碳循环微生物类群的丰度,而季节变化是主导因素.植被和土壤环境因子通过调控微生物群落碳代谢功能类群的结构,影响森林土壤碳源-汇的平衡.     

芦芽山华北落叶松林土壤剖面细菌群落分布格局

微生物群落是维持森林土壤生态系统结构和功能的关键组分.细菌群落在土壤剖面上的垂直分布对森林土壤碳库和土壤营养循环具有重要影响.利用Illumina MiSeq高通量测序技术,分析了芦芽山华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)林腐殖质层及0～80 cm土层细菌群落特征,探究影响土壤剖面细菌群落结构的驱动机制.结果表明,细菌群落的α多样性随土壤深度的增加显著单调降低,群落结构在土壤剖面上有显著差异.放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度随着土壤深度增加而降低;酸杆菌门(Acidobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)的相对丰度随土层深度的增加而增加.RDA分析结果表明,土壤NH⁺₄、 TC、 TS、 WCS、 pH、 NO^-₃和TP是决定土壤剖面细菌群落结构的重要因子,其中pH的影响最为显著.分子生态网络分析表明,凋落物层和亚表层土壤(10～20 cm)细菌群落的复杂性较高,深层(40～80 cm)土壤细...     

五台山不同退化程度亚高山草甸土壤微生物群落分类与功能多样性特征

土壤微生物在草地生态系统功能中发挥着重要作用,但其多样性对草地退化的响应尚未得到充分研究.采用宏基因组测序技术对五台山亚高山草甸4个不同退化阶段[未退化(ND)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)和重度退化(HD)]土壤微生物分类和功能多样性特征及其影响因素进行分析.结果表明,4个不同退化阶段亚高山草甸之间放线菌门、拟杆菌门、硝化螺旋菌门和Parcubacteria的相对丰度存在显著差异(P<0.05).与ND草甸相比,退化草甸增加了与碳代谢、氨基酸生物合成、丙酮酸代谢、柠檬酸循环、丙酸代谢、丁酸代谢和脂肪酸代谢相关的基因比例,表明亚高山草甸退化改变了土壤微生物群落能量代谢和营养循环的潜力.草地退化改变了土壤微生物分类和功能α多样性,特别是MD和HD草甸中微生物功能多样性显著降低.亚高山草甸退化过程中土壤微生物物种分类和功能组成均显著变化(P<0.05).土壤总氮、pH值和有机质含量对微生物群落分类和功能组成具有显著影响.植物群落β多样性与微生物群落分类和功能β多样性显著相关(P<0.05),具有强耦合性.研究结果揭示了草地退化过程中地下微生物分类和功能多样性的变化及...     

铜尾矿白羊草重金属含量对叶际和根际真菌群落的影响

植物的叶际和根际微生物与宿主植物之间存在复杂的相互关系,能促进植物的生长,增强宿主植物对逆境胁迫的耐受性.本实验选择铜矿区主要恢复植被白羊草为研究对象,采用高通量测序的方法,分析白羊草叶际和根际真菌群落结构与多样性差异,探究白羊草叶片和根部富集的重金属含量对叶际和根际真菌群落特征的影响.结果表明,在白羊草的根际和叶际区域,子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）均为优势菌门.白羊草根际真菌群落的多样性和丰富度显著高于叶际真菌.白羊草植株叶际和根际真菌多样性受到不同重金属的影响,白羊草叶际多样性主要受到叶片Zn和Cu含量的影响,而根Pb含量是影响根际真菌群落多样性的关键因子.此外,叶际子囊菌门的孢菌科与叶片Cd含量有极显著正相关关系,根际丛赤壳科与根Zn含量显著正相关,可作为重金属污染区域生态恢复的指示菌种.本研究为铜尾矿生态恢复过程中发掘和利用叶际或根际真菌资源提供科学依据,也为筛选重金属污染区生态修复的植物-微生物共生体提供基础.     

典型煤炭产业园区土壤重金属污染对细菌群落结构的影响

煤炭产业活动可导致一定程度的土壤重金属污染,进而影响土壤微生物群落的正常组成区系.选取山西省襄垣县典型煤炭产业园区土壤为研究对象,系统解析4种不同类型企业(采煤厂、选煤厂、化工厂和燃煤电厂)和2种对照样地(村庄、公园)周边土壤的基本理化性质、重金属含量和酶活性的差异特征,基于高通量测序技术识别土壤细菌群落的结构,采用相关分析和冗余分析探究土壤细菌群落结构与环境因子之间的关系.结果表明,研究区土壤均为碱性,Cr、 Ni、 Cu、 Zn、 As、 Cd、 Pb和Hg等8种重金属的含量均高于山西省土壤元素背景值,其中As、 Cd和Pb的超标倍数较高,但均未超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)的风险筛选值.不同样地土壤纤维素酶和碱性磷酸酶活性存在显著差异(P<0.05),它们分别在化工厂和公园土壤中活性最高.研究区土壤细菌群落的优势菌群为放线菌门(Actinobacteria),在化工厂周边土壤中相对丰度最大;其次为变形菌门(Proteobacteria).Cd、总碳、总氮和碱性磷酸酶活性是影响土壤细菌群落的显著环境因子,且主要影响着酸杆菌...     

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.     

土壤真菌群落对五台山亚高山草甸退化的响应

草地退化已经成为了一个世界性的生态问题.尽管土壤微生物作为草地退化过程的主要参与者,在维持生态系统功能和提高土壤生产力中扮演着关键角色,但目前对草地退化引起的微生物群落变化及其与土壤性质和植物群落的关系知之甚少.本文利用Illumina MiSeq测序技术,对五台山亚高山草甸4个不同退化阶段[未退化(ND)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)和重度退化(HD)]土壤真菌群落特征进行了分析.结果表明,子囊菌门、担子菌门和接合菌门是亚高山草甸土壤真菌的优势门. LEfSe分析显示不同退化程度草甸富集了不同的生物标志物,MD和HD富集了更多的病原真菌.与ND相比,HD土壤真菌群落丰富度和香农指数显著降低(P<0.05).非度量多维尺度分析(NMDS)和相似性分析(ANOSIM)结果表明,真菌群落组成和结构在退化梯度上存在显著的差异(P<0.05).冗余分析(RDA)发现土壤含水量、总氮、植物丰富度和铵态氮是真菌群落组成和结构变化的主要驱动因子.植物与真菌群落之间的α多样性和β多样性均存在显著相关性(P<0.05),具有强耦合性.本研究结果为研究亚高山草甸不同退化阶段下土壤真...     

温带亚高山针叶林土壤碳循环微生物群落的时空动态

选取参与碳固定的二磷酸羧化/加氧酶基因（cbbM）、有机碳降解的淀粉酶基因（amylase）和纤维素酶基因（cellulase）作为分子标记,用实时定量PCR方法对温带亚高山华北落叶松（Larix gmelinii var.principis-rupprechtii）林、白杄（Picea meyeri）林、青杄（P.wilsonii）林和油松（Pinus tabulaeformis）林土壤碳循环功能微生物类群丰度的时空动态开展研究.结果显示,总碳（TC）、总氮（TN）、总硫（TS）、有机质（OM）和有机碳（TOC）、pH值、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）、过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性在4种森林土壤中都有不同程度的差异,且有显著的季节变化特征.高海拔华北落叶松林土壤TC、TN、TS、C/N、OM和TOC含量最高,而pH值最低.土壤TC、TN、亚硝态氮（NO₂^--N）含量、蔗糖酶和脲酶活性,与碳循环微生物类群的丰度呈极显著相关.土壤NO₃^--N含量与有机碳分解和固碳微生物类群的相对丰度显著相关;土壤C/N、NO₂^--N、pH值、OM、TOC、过氧化氢酶及脲酶活性,与降解易分解碳（labile C）和难分解碳（recalcitrant C）的微生物类群的相对丰度呈极显著相关.植被类型和季节变化共同影响土壤碳循环微生物类群的丰度,而季节变化是主导因素.植被和土壤环境因子通过调控微生物群落碳代谢功能类群的结构,影响森林土壤碳源-汇的平衡.     

亚高山湖群中真菌群落的分布格局和多样性维持机制

真菌群落的组成和多样性对维持亚高山湖泊生态系统平衡具有重要影响.本文以包括琵琶海(PPH,0、2和4 m)、马营海(MYH,0、2、4和6 m)和公海(GH,0、2、4、6和8 m)在内的亚高山湖群中不同深度的水生真菌群落为研究对象,通过高通量测序的方法探究真菌群落的分布格局和多样性维持机制(确定性过程VS随机过程).结果表明,不同湖泊水质差异明显,GH中p H、电导率、铵态氮、总碳和无机碳含量均显著高于其他两者.真菌群落主要由子囊菌门(Ascomycota,0. 82%～21. 05%)、担子菌门(Basidiomycota, 1. 26%～11. 79%)、壶菌门(Chytridiomycota, 0. 42%～4. 26%)和隐真菌门(Rozellomycota,0. 11%～0. 33%)等组成.囊担子菌纲(Cystobasidiomycetes)、座囊菌纲(Dothideomycetes)、壶菌纲(Chytridiomycetes)和粪壳菌纲(Sordariomycetes)为所有湖泊共有.不同湖泊真菌群落的α-多样性和优势类群差异显著(P 0. 05),而在每个湖内不同深度之间没有显著的差异.相似性分析结果表明,不同湖之间真菌群落的β-多样性明显不同(r=0. 99,P 0. 01),同时MYH(r=0. 98,P 0. 01)和GH(r=0. 25,P 0. 05)不同深度真菌群落的β-多样性也差异明显,但是PPH(r=0. 23,P 0. 05)不同深度真菌群落的β-多样性没有显著的差异.冗余分析和方差分解分析结果表明,在小区域范围内(3个湖之间)以及局域范围内(MYH不同深度)真菌群落的β-多样性格局是环境选择和扩散限制共同影响的结果,但是环境选择的相对作用更强,其中水体p H、溶解氧、总碳和电导率是主要的影响因子.零模型分析结果表明,种间相互作用驱动了GH中真菌群落β-多样性格局的维持.总之,亚高山湖群中真菌群落的β-多样性格局主要是由确定性过程驱动的.