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.     

砷污染湿地生境下土壤微生物多样性及群落结构特征

为研究As（砷）污染对微生物多样性的影响,找寻有利于As污染修复的抗As菌种,利用高通量测序技术分析As胁迫〔w（As）分别为0、80、100、150、200和400 mg/kg,依次记为AT0组、AT80组、AT100组、AT150组、AT200组和AT400组〕对湿地生境中土壤微生物多样性及群落结构特征的影响.结果表明:As污染会引起微生物多样性和群落结构的变化,但并不是简单的负相关.在各处理组中,AT80组的土壤中微生物多样性最高,OTU（operational taxonomic units）数高达1 849,较未经As处理的AT0组增加了58.9%,说明低As胁迫在一定程度上会刺激As敏感微生物的生长繁殖,如Desulfovibrio（脱硫弧菌属）和Allobaculum等菌属,使群落结构更加复杂多样.高w（As）（400 mg/kg）对微生物有明显的抑制作用,导致某些物种消亡和多样性下降.As胁迫会诱导抗As微生物〔如Pseuomonas（假单胞菌属）〕成为优势类群,群落结构趋于稳定、单一.微生物群落结构对不同w（As）胁迫有明显的响应特征,可作为As污染湿地土壤质量评价的灵敏指标.在AT400组中存在大量的Pseudomonas veronii,可为As污染湿地微生物修复提供借鉴.研究显示,微生物对As污染具有较为敏感的响应,其中,Proteobacteria（变形菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）为As污染生境中微生物优势门类并且与非专性吸附态As和谷胱甘肽含量呈正相关.      

两次污泥颗粒化过程中微生物群落的动态变化

利用序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)培养好氧颗粒污泥(aerobic granular sludge,AGS),在此期间发生了AGS破碎现象,后经培养,破碎污泥再次变为成熟的AGS.因此,采用Illumina Mi Seq PE300高通量测序技术研究了两次污泥颗粒化过程中微生物群落结构变化的差异,以期揭示有利于AGS形成的优势菌属;此外,利用实时定量聚合酶链式反应(quantitative polymerase chain reaction,q PCR)探究了两次污泥颗粒化过程中硝化微生物的动态变化.结果表明,在两次污泥颗粒化过程中,胞外蛋白质和胞外多糖的含量均增加;氨氧化古菌(ammonia oxidizing archaea,AOA)在第一次污泥颗粒化过程以及AGS成熟过程丰度增加,氨氧化细菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)虽然在第一次污泥颗粒化过程中丰度降低,但是在AGS培养过程中其丰度都一直高于AOA;微生物群落多样性随着AGS的形成而降低;变形菌门(Proteobacteria)相对丰度明显增加,分别增加了12.29%和5.90%;某些属于变形菌门的属其相对丰度也增加,其中,Candidatus Competibacter在两次污泥颗粒化过程中相对丰度增加最明显,并且在成熟的AGS中呈现很高的相对丰度,达到14.20%.总的来说,胞外蛋白质和胞外多糖含量的增加,可能促进了污泥颗粒化;AOA和AOB可能共同参与了AGS的氨氧化作用;Ca.Competibacter的富集可能有利于AGS的形成.     

基于高通量测序技术的人工湿地中脱氮微生物群落结构解析

针对台州湾水平流人工湿地处理河水时脱氮能力低且不稳定的情况,采用高通量测序技术进行脱氮微生物群落的结构解析,以便从微生物的群落结构和空间分布中寻求影响脱氮能力的因素.研究结果表明,水平流湿地中存在硝化和反硝化菌群,且硝化菌属主要为Nitrospira,反硝化菌属主要为Bacillus和Paracoccus.与脱氮系统较...     

冬季湿地植物根际微生物群落结构多样性分析

文章研究了冬季北运河(通州段)沿岸人工湿地植物的根际土壤微生物群落结构。选择千屈菜、香蒲、鸢尾、芦苇等4种植物作为研究对象,采用磷脂脂肪酸生物标记法对其根际土壤微生物群落结构进行剖析。结果发现,4种湿地植物根际微生物PLFAs总量存在明显的差异,千屈菜的PLFAs总量最低,且多样性最小;相较于香蒲和鸢尾,芦苇根际土壤微生物的均匀度与多样性都较小。对根际土壤各类群微生物比例进行分析发现,不同植物根际土壤各类群微生物的含量呈现出显著性的差异,其中鸢尾根际土壤厌氧微生物比例最高,不利于冬季有机污染物的好氧分解。综合考虑各种因素,相较于千屈菜、鸢尾和芦苇而言,种植香蒲更有利于寒冷地区人工湿地的实际运行。主成分分析的结果表明,千屈菜和香蒲对根际土壤微生物群落结构的影响区分很明显,鸢尾和芦苇差异变化相近,差异不明显。文章从冬季不同湿地植物根际土壤微生物群落结构多样性角度对寒冷地区人工湿地中植物的选择提供了一定的依据。     

铜胁迫对小麦根系微域微生物群落的影响

小麦是我国主要的粮食作物,土壤重金属污染会严重威胁作物生长和粮食安全.大量研究表明根际微生物在调控作物发育和抗逆性方面具有非常重要的作用.因此,本研究通过高通量测序技术研究铜胁迫条件下小麦根际微生物群落的变化,从微生物学角度揭示铜污染胁迫对小麦根际的影响作用.采用盆栽培养试验对铜污染处理中小麦非根际、根际以及根内微生物...     

湿地植物-沉积物微生物燃料电池阳极微生物群落多样性研究

阳极微生物种类及群落结构都会对微生物燃料电池的产电及底泥修复效果产生显著影响,因此,对微生物燃料电池阳极微生物群落多样性进行研究分析显得尤为重要.本研究利用风车草(Clinopodium Urticifolium)或短叶茳芏(Cyperus Malaccensis)两种植物结合受污染河涌底泥构建了湿地植物-沉积物微生物燃料电池(P-SMFC),同时构建无植物的沉积物微生物燃料电池(SMFC)作为对照,共3个电极处理组,每组3个平行.系统运行7个月后,分析其产电特性,并利用高通量测序对3个电极处理组生物膜微生物群落多样性进行分析,以探讨P-SMFC产电特性、阳极生物膜群落多样性及不同处理组之间群落结构的差异.结果表明,3个处理组中微生物群落结构存在明显差异,风车草和短叶茳芏两种植物的引入均会对微生物燃料电池系统中的细菌及古菌群落结构产生影响.植物的存在一方面有助于阳极生物膜各类细菌及古菌的生长,另一方面植物也有助于产电系统中阳极生物膜细菌及古菌群落多样性的增加,且风车草相比短叶茳芏而言,更能增加系统的古菌群落的多样性.在细菌群落分析中,3个处理组中都以变形菌门Proteobacteria为优势菌群,其次为绿弯菌门Chloroflexi,在所有菌属中以土杆菌属Geobacter的相对丰度最高,分别为PSM1处理组11.50%、SM处理组14.33%、PSM2处理组8.53%,为其优势菌属,但P-SMFC中该菌属的丰度相对较低.在古菌群落分析中,3个处理组中都以广古菌门Euryarchaeota的相对丰度最高,分别为PSM1处理组79.83%、SM处理组80.20%、PSM2处理组81.67%,成为优势菌门,其中以甲烷八叠球菌目Methanosarcinales的Methanosaeta属、甲烷杆菌目Methanobacteriales的Candidatus Methanoregula属的相对丰度最高,为其优势菌属.且Methanosaeta的相对丰度分别达到PSM1处理组21.43%、SM处理组25.00%、PSM2处理组23.16%,P-SMFC处理组的丰度相对较低;Candidatus Methanoregula的相对丰度分别为PSM1处理组13.05%、SM处理组11.73%、PSM2处理组16.02%,P-SMFC处理组的丰度相对较高.     

三江平原湿地开垦对土壤微生物群落结构的影响

过度开垦会导致湿地生态系统的快速退化,湿地土壤微生物能够敏感地反映湿地土壤质量及湿地生态系统功能的演变.为研究土地利用变化对湿地微生物群落结构的影响,以黑龙江抚远三江湿地保护区为研究对象,采集其中的原始泥炭湿地、开垦后改种豆科植物及水稻的3种湿地土壤.采用基于细菌16S rRNA基因的高通量测序技术研究上述土壤细菌的群落结构,并探讨其与土壤环境因子间的关系.结果表明,不同土地利用方式湿地土壤中的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)及酸杆菌门(Acidobacteria),但土地利用方式明显改变了湿地土壤细菌属的组成.改种豆科植物土壤中Blastocatella、Coxiella、Rickettsia丰度较高,水稻田土中Massilia、Nitrosomonas、Bradyrhizobium聚集较多,而泥炭湿地中含较高丰度的Rhizomicrobium、Arthrobacter、Bacillus.结合Chao值与Shannon指数,水稻田土微生物多样性高于改种豆科植物土壤及泥炭湿地土壤,而后两种土壤细菌群落多样性则未见明显差异.相关性分析表明,土壤p H及含水率是影响微生物群落组成的重要驱动因子,说明湿地土壤开垦后改变了土壤p H、含水率及土壤养分,从而对微生物群落结构产生影响.     

辽河保护区人工湿地微生物群落结构及分布规律

利用高通量测序技术,研究了辽河保护区盘锦段3种类型人工湿地(支流汇入口湿地、坑塘湿地、牛轭湖湿地)底泥和芦苇根际微生物群落结构与分布规律。结果表明: 3种类型人工湿地底泥微生物多样性、丰度和操作分类单元(optical transform units,OTUs)数目均大于芦苇根际微生物,且底泥和芦苇根际微生物多样性受季节变化影响,秋季高于春季;不同类型人工湿地微生物群落结构及分布大致相似,变形菌门(Proteobacteria)为相对丰度最高的优势种,以变形菌门为主的革兰氏阴性菌在人工湿地净化过程中起重要作用;不同类型人工湿地变形菌纲及其相对丰度不同,支流汇入口湿地以α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)为主;坑塘湿地以γ-变形菌纲和α-变形菌纲为主;牛轭湖湿地中不同纲的微生物分布较均匀。     

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。     

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。     

青藏高原克鲁克-托素湖湿地系统微生物多样性

克鲁克湖(Keluke Lake)和托素湖(Tuosu Lake)是青藏高原重要的湿地和水禽自然保护区,其水体微生物的多样性有待研究。利用Illumina测序平台进行16S rRNA基因(V3-V4区)高通量测序,并分析两湖水体微生物的群落结构和多样性。结果表明淡水克鲁克湖和咸水托素湖的物种注释OTU数目分别为331和148,获得克鲁克湖的已知细菌种类为16门34纲66属;托素湖为9门19纲54属。克鲁克湖的微生物优势类群以变形菌门(Proteobacteria)为主,次为蓝菌门(Cyanobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),其优势种群是未确定种属的蓝细菌、弓形杆菌属(Arcobacter)和盐单胞菌属(Halomonas)。托素湖的优势类群以变形菌门为主,次为厚壁菌门(Firmicutes),优势种群是盐单胞菌属。克鲁克湖的微生物物种丰富度、多样性和分布均匀度均显著高于咸水托素湖,但托素湖的物种优势度明显高于克鲁克湖。两湖优势微生物的属群分布与环境因子存在明显的正相关,此为高原湿地生态系统的环境监测与保护提供参考依据。     

增氧模式对水稻根际微生物多样性和群落结构的影响

为探讨不同增氧模式对水稻根际土壤微生物数量和群落结构的影响特征,以密阳46（MY）和珍汕97B （ZS）为材料,设置干湿交替（AWD）、长淹充氧（CFA）和长淹（CF）这3种根际氧处理模式,采用Illumina MiSeq高通量测序技术结合土壤理化性质,分析不同氧环境下水稻根际土壤细菌和真菌群落多样性特征及其与土壤理化因子的关系.结果表明,水稻根际土壤中细菌优势菌群为绿弯菌门（Chloroflexi）、放线菌门（Actinobacteriota）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）;真菌优势菌群为子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）.不同增氧模式下水稻根际土壤微生物群落组成存在明显差异.各生育期,Chloroflexi和Acidobacteriota在AWD处理时,Actinobacteriota在CFA处理时的相对丰度高于其他处理;Firmicutes在AWD处理下相对丰度低于其他处理.增氧影响根际微生物物种多样性和丰富度.如AWD处理显著增加细菌物种多样性,降低其丰富度;AWD和CFA处理后真菌物种多样性和丰富度均显著增加.土壤理化性质也受增氧模式的影响.不同处理土壤氧化还原电位（Eh）大小表现为：AWD>CFA>CF,处理间差异达显著水平;与CF处理相比,增氧处理（AWD和CFA）显著增加根际土壤NO₃^--N含量,降低NH₄⁺-N含量.相关性分析表明,根际土壤pH和Eh与细菌物种多样性正相关,与丰富度负相关;与真菌物种多样性和丰富度正相关.冗余分析发现,全生育期的Chloroflexi相对丰度与pH和NH₄⁺-N均呈正相关;分蘖期和齐穗期的Chloroflexi相对丰度与Eh和NO₃^--N呈正相关,成熟期则负相关.pH和Eh与Acidobacteriota、Proteobacteria和Basidiomycota相对丰度正相关,与Firmicutes和Ascomycota相对丰度负相关.Ascomycota相对丰度与NO₃^--N负相关,与NH₄⁺-N正相关,Basidiomycota与之相反.综上,增氧模式改善根际土壤氧环境,改变土壤理化性质,影响微生物群落多样性和丰富度,从而优化微生物群落结构.     

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.     

黄河三角洲盐碱土根际微环境的微生物多样性及理化性质分析

土壤盐碱化是限制全世界农业发展的主要问题.在盐碱土壤上种植盐生植物和耐盐植物可以对盐碱土壤进行脱盐,而盐碱土壤中的微生物对盐生植物和耐盐植物的生长起着重要作用.本研究在盐碱地上选取玉米、棉花、盐地芦苇和盐地碱蓬这4种有代表性的植物,采集土壤样品,探究植物根系与非根系主要细菌群落与土壤理化性质和盐碱土壤微生物多样性的关系.结果表明,盐地碱蓬的根系微生物在一定程度上影响了土壤的pH,土壤中的盐度与土壤营养物质呈明显的负相关关系.所有土壤样品中相对丰度较高的前5个细菌门均为变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和酸杆菌门.其中,棉花、芦苇和盐地碱蓬中根系土壤与非根系土壤耐盐菌门存在较大差异,分析高通量测序结果可以得出3种植物根系与非根系土壤中差异较大的耐盐细菌属,如棉花土壤中差异较大的Actinophytocola和Lechevalieria,芦苇土壤中差异较大的Bacillus和Filobacillus,以及盐地碱蓬土壤中的Echinicola.本研究可为盐碱地中接种促进植物生长的微生物提供理论依据.     

长期施肥下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征

以红壤丘陵区典型稻田长期定位施肥试验土壤为研究对象,选取不施肥(CK)、化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(NPKS)、30%有机肥+化肥(LOM)和60%有机肥+化肥(HOM)这5种处理,研究长期不同施肥条件下水稻根际和非根际土壤微生物碳源利用特征.基于~(18)O-H_2O示踪的结果表明,土壤微生物量碳(MBC)和微生物生长速率(CGrowth)均以HOM处理最高,CK处理最低.根际土中,土壤微生物基础呼吸速率以HOM最高,CK和NPK最低;微生物碳源利用效率(CUE)以NPK最高,LOM和HOM最低.非根际土中,不同施肥处理的基础呼吸速率和CUE均无显著差异. MicroResp~(TM)结果显示,非根际土中微生物对外源碳源代谢能力高于根际土.施用有机物料(秸秆或有机肥)均能提高微生物对羧酸类、氨基酸、碳水化合物的代谢速率,且土壤微生物利用羧酸类碳源的活性最高,其次为氨基酸类和碳水化合物类碳源,对复杂化合物的代谢速率较低. RDA分析表明,微生物对不同碳源代谢情况的聚类总体以根际土与非根际土分开,CK与施肥处理分开,且NPK与NPKS相对聚集,LOM与HOM相对聚集,NPK、NPKS与LOM、HOM分开,即不同施肥处理显著改变土壤微生物对外源碳源代谢特征.结果表明,施肥未改变微生物CUE和基础呼吸速率,但有外源碳源输入(如根系分泌物)的情况下,施用有机物料增加基础呼吸、降低CUE.     

不同湿地植物脱氮效果与根际土壤微生物群落功能多样性特征分析

为研究水平潜流型人工湿地中不同植物脱氮效果及对土壤微生物的影响,采集水样测定脱氮效率,采集芦苇根际土壤、香蒲根际土壤和对照土壤（不种植物）,利用Biolog技术研究不同处理土壤微生物群落代谢功能多样性特征.结果表明:①与对照相比,种植芦苇和香蒲可提高水平潜流型人工湿地7%~33%的NH₃-N去除率.②芦苇和香蒲根际土壤的碳源利用率增加,并显著高于对照土壤;香蒲根际土壤的碳源利用率高于芦苇根际土壤.芦苇和香蒲根际土壤微生物均对碳水化合物的相对利用率较高（> 48.0%）,对照土壤微生物对碳水化合物和聚合物的相对利用率均较高,分别为34.4%和32.7%.③芦苇和香蒲根际土壤微生物的丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Shannon-Wiener均匀度指数均显著高于对照土壤.④主成分分析（principal component analysis,PCA）结果表明,芦苇和香蒲根际土壤微生物与对照土壤微生物对碳源的利用特征均存在显著差异,而不同植物对土壤微生物碳源利用多样性的影响较小.研究显示,种植植物可改善水平潜流型人工湿地的脱氮效率,增加根际土壤微生物群落功能多样性,而不同植物（芦苇和香蒲）对脱氮效率和根际土壤微生物群落组成的影响无显著差异,因此在种植植物时可根据当地条件进行选择.