转录组分析植物促生细菌缓解高粱微塑料和重金属复合污染胁迫机制

微塑料能成为其它环境污染物（比如重金属）潜在的转运载体,因此微塑料与重金属的复合污染越来越受到研究者的重视.为探究植物促生细菌VY-1缓解高粱微塑料和重金属复合污染胁迫机制,通过水培实验分析菌株接种对高粱生物量和重金属积累的影响,通过转录组学分析接菌对高粱基因表达的影响.结果表明,聚乙烯（PE）和镉（Cd）复合污染相比单一Cd污染使高粱地上部和地下部干重分别下降17.04%和10.36%,表现出复合污染对植物生长毒性效应增强的症状.接种植物促生细菌VY-1能缓解Cd-PE复合污染的毒性,高粱地上部和地下部长度分别增加33.83%和73.21%,干重分别增加56.64%和33.44%.转录组测序结果表明,接种VY-1后高粱根部有904个基因上调表达.促生细菌VY-1接种能上调表达生长素、脱落酸、黄酮类和木质素生物合成通路中多个基因,促进了高粱在Cd-PE复合污染胁迫下的耐受能力,提高其抗性.以上研究结果表明植物促生细菌在微塑料和重金属的复合污染中能通过调节植物基因表达缓解所受到的胁迫,为重金属与微塑料复合污染植物-微生物联合修复提供了参考.     

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.     

汛期前后老鹳河干流人类干扰下浮游细菌多样性及功能预测

老鹳河是丹江口水库距离调水口最近的入库支流,水质好坏直接影响调水安全.为探究老鹳河干流汛期前后浮游细菌的群落组成和功能变化规律,分别于2018年和2019年汛期前（5月）与汛期后（10月）对老鹳河干流4个典型生态位点进行水质分析和浮游细菌高通量测序,杨河位点（YH）属轻度干扰;西峡北位点（XX）属中度干扰;垱子岭位点（DZL）属重度干扰;张营位点（ZY）属中度干扰.结果表明,老鹳河干流浮游细菌由40门599属组成,汛期前浮游细菌多样性高于汛期后,中度干扰有利于Shannon-Wiener指数的提高.LEfSe分析显示,汛期前优势门中杨河的装甲菌门,西峡北的Epsilonbacteraeota和厚壁菌门,垱子岭的蓝藻门与其他样点有显著性差异;汛期后仅垱子岭的厚壁菌门和蓝藻门与其他样点有显著性差异.浮游细菌群落PCoA分析显示,汛期前后各个样点区分明显,汛期前各样点间群落差异大于汛期后;RDA和CCA分析表明,流经县城后引起浮游细菌多样性下降的主要环境因子为总氮和氨氮.PICRUSt浮游细菌功能基因预测发现,COG基因10大类功能家族为优势类群.与氮代谢相关的30个KO功能基因呈现出汛期前样点间差异大于汛期后,汛期前杨河碳酸酐酶基因（cynT和can）与其他样点差异显著的特征.氮和磷是老鹳河调控浮游细菌群落结构和水体富营养化的主要因子,氮输入的变化会造成河流不同区域氮代谢功能的改变.     

丹江口库区浮游真菌组成与功能及其影响因素

浮游真菌是水生态系统的重要组成部分,研究其群落组成和功能对于管理和维护丹江口水库生态环境具有重要意义.本实验采用Illumina公司MiSeq测序平台对2019年10月丹江口水库表层浮游真菌群落组成进行分析,并结合FUNGuild功能预测分析其生态功能.MiSeq测序结果表明丹江口水库浮游真菌由6门和213属组成,其中子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）为优势种群.丹江口水库水质监测结果表明,其水质整体处于良好状态,符合Ⅰ或Ⅱ饮用水源标准.RDA分析表明氮磷营养盐（TN、TP）、水温（T）、氧化还原电位（ORP）和卡尔森营养状态指数（TLI）是影响浮游真菌分布的重要因素.Spearman秩相关分析表明,理化因子主要与链格孢属（Alternaria）、芽枝霉属（Cladosporium）、青霉属（Penicillium）、路德酵母属（Lodderomyces）和Acremonium等优势属呈显著相关.FUNGuild功能预测分析表明丹江口浮游真菌的营养型和功能群主要为病理营养型（pathotroph）、腐生营养型（saprotroph）和病理-腐生营养型（pathotroph-saprotroph）,其中黑鸡嘴样品植物病原菌（plant pathogen）和动物病原菌（animal pathogen）比例显著高于其他样品.本研究初步分析了丹江口库区浮游真菌群落组成和生态功能,表明其具有一定程度的潜在生态风险,后续丹江口水库生物监测中浮游真菌监测需要加以重视.     

基于高通量测序和代谢组学解析重金属污染对农田微生物群落组成和功能的影响

重金属污染会影响微生物组成和群落结构,其与微生物的相互关系一直是重金属污染生态学研究的热点.河南省新乡市是中国著名的电池生产城市,因电池生产废水污灌造成严重的土壤重金属污染.目前有关新乡市长期灌溉电池废水造成的重金属污染对微生物群落组成和代谢功能的影响鲜见报道.采集了新乡市某长期生产电池厂旁3个重金属污染位点,重金属含量测定表明Cd和Pb超过相关标准,分别超标34~66倍和1.5~2.32倍.采用高通量测序分析了细菌和真菌群落组成,结果表明细菌由芽孢杆菌属、节杆菌属、鞘氨醇单胞菌属和类诺卡氏菌属等优势属,真菌由油壶菌属、小不整球壳属、Gibellulopsis和被孢霉属等优势属组成,表明经过长期的重金属胁迫,新乡长期重金属污染土壤富含重金属抗性细菌和真菌.环境因子和微生物群落相关性分析表明,总量Cu、DTPA提取态Cu和水溶态Pb显著影响细菌群落组成,总量Cd、Ni、Pb、Zn、DTPA提取态Cu和水溶态Pb显著影响真菌群落组成.目前,关于重金属污染对微生物群落代谢影响的研究较少,采用非靶向代谢组学分析表明,不同位点间代谢产物具有差异.通路富集分析表明,这些差异代谢物涉及代谢过程、环境信息处理和翻译等遗传信息加工等,在微生物缓解重金属导致的胁迫和环境适应中可能起到作用.     

微塑料和镉复合污染对狼尾草根际土壤微生物群落结构和功能的影响

微塑料和重金属复合污染对植物生长和根际微生物群落和功能的影响目前尚未清晰.以狼尾草为实验材料进行盆栽模拟试验,研究重金属镉（Cd）与不同种类MPs （PE、PS）、粒径（13 μm和550 μm）、质量分数（0.1%和1%）的微塑料复合污染对狼尾草生长、重金属积累和根际微生物群落功能的影响.结果表明,MPs和Cd复合污染条件下整体呈现对植物生长胁迫增加、Cd含量和积累量降低的趋势.MPs和Cd复合污染能改变细菌群落组成,降低细菌多样性,其中550 μm 0.1% PE+Cd处理组ACE指数和Chao1指数降低最显著.与单一Cd污染相比,不同MPs种类、质量分数和粒径的MPs添加能改变新陈代谢、氨基酸的转运和代谢、能量生成和转换等功能组的基因丰度,显著影响狼尾草根际土壤细菌的功能.研究采用宏基因组学的方法分析了MPs和Cd复合污染对狼尾草根际细菌群落和功能的影响,可为MPs重金属复合污染的生态毒理效应及其生物修复提供基础数据和科学依据.