不同土地利用方式对土壤细菌分子生态网络的影响

利用16S rDNA基因Illumina MiSeq高通量测序技术结合分子生态网络方法,测定了4种利用类型土地中的细菌群落组成,并分别构建了可视化的细菌网络.结果表明,旱田和水田土壤细菌网络的平均路径长度与模块性较小,而节点数、连接数、平均连通度和聚类系数较高;4个细菌网络均以正相关关系占优,天然林地负相关比例较高;酸杆菌门、厚壁菌门和变形菌门中的部分菌群在土壤细菌网络中起着重要的连接作用;4个细菌网络的部分关键节点所属的菌群相对丰度较低(<1%),并非本研究区域的主体细菌;旱田土壤菌群主要受TP显著影响(P<0.05);水田土壤菌群主要受黏粒、粉粒和含水量显著影响(P<0.05);天然林地和城市绿地土壤菌群主要受C/N显著影响(P<0.05).以上研究结果表明,旱田土壤细菌网络规模更大,物种间关系更加复杂,不同利用类型土地中的细菌均以协同合作关系为主,天然林地土壤细菌之间存在更强的竞争作用.水田和旱田土壤细菌对外界环境因子的扰动更加敏感,响应迅速,群落结构更易发生变化;部分细菌在网络间存在角色转化现象,低丰度菌群在构建土壤细菌网络中具有重要作用.     

大同铅锌尾矿不同污染程度土壤细菌群落分析及生态功能特征

随着工业化飞速发展,矿山开采滞留大量废弃物严重破坏了生态环境,造成的污染亟待解决.以不同污染区为对象,利用Illumina高通量测序技术分析土壤细菌群落的变化,结合土壤理化因子探究土壤细菌群落主要影响因素,并对其潜在生态学功能进行预测.结果表明,受尾矿污染加剧影响,土壤养分流失严重.土壤样品共获得细菌操作分类单元(OTU)14 253个,重度污染区(W1)、中度污染区(W2)、轻度污染区(W3)和清洁区(CK)的OTU数分别为3 240、 3 330、 3 813和3 870个,随着污染加剧,土壤OTU值下降.在土壤细菌群落α多样性分析中,与CK相比,W1显著降低了Chao1、 ACE和Shannon指数(P<0.05),W3无显著差异.土壤细菌群落的优势菌门是放线菌门(β-Actinobacteria)、变形菌门(β-Proteobacteria)和绿弯菌门(β-Chloroflexi),污染区(W1～W3)提高了放线菌门和变形菌门的相对丰度,降低了绿弯菌门的相对丰度,W1优势菌门的相对丰度与CK差异性显著(P<0.05).RDA分析表明土壤理化性质与土壤细菌群落的总变异...     

浅水湖泊底泥细菌群落的时空分布特征及主要营养盐驱动因素

为探究富营养化浅水湖泊底泥中细菌群落的结构特征及驱动因素,本研究以安徽八里河湖为例,通过16S rRNA高通量测序手段并结合底泥的营养盐理化性质,分析了底泥细菌群落物种组成和多样性的时空分布特征以及与营养盐的相关性关系。结果显示：(1)在物种组成方面,γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria),δ-变形菌纲(Deltaproteobacteria)和拟杆菌纲(Bacteroidia)是八里河湖底泥中的优势菌纲,它们在空间上呈均质性和在季节上有稳定性;(2)在群落结构方面,底泥细菌群落整体上以季节进行聚类,呈现了季节内的相似性和季节间的差异性,且可能来自于鱼类粪便的Clostridia菌纲在八里河湖底泥细菌群落结构差异的塑造上有重要贡献;(3)从四个季节所有样品的整体角度来看,与磷相关的指标(总磷、铁铝结合态磷、钙磷、有机磷)对细菌群落变化的解释最强(r=0.23～0.45,p<0.001),且底泥细菌群落之间的差异性随各磷指标内部之间差异的增大而增大。本研究的发现为认识和理解富营养化浅水湖泊中底泥细菌群落特征及其驱动因素提供了新的信息,对湖泊生态系统健康状态的监测和评...     

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.     

湖泊生态安全及其评估方法框架

针对目前我国湖泊存在的主要生态安全问题,同时考虑流域人类活动对湖泊的影响,阐述了对湖泊生态系统及湖泊生态安全的深层认识和理解,并在此基础上建立了“4+1”湖泊生态安全评估方法框架. 该方法框架包括湖泊水生态系统健康评估、流域社会经济活动对湖泊生态影响评估、湖泊生态服务功能评估和湖泊生态灾变评估,以及在这4项评估的基础上建立的湖泊生态安全综合评估. “4+1”湖泊生态安全评估方法框架既可作为对湖泊生态安全进行整体综合评估的方法,又反映了湖泊水生态健康、流域人类活动对湖泊的影响、湖泊生态服务功能以及湖泊生态灾变4个过程对湖泊生态安全的影响关系,识别影响湖泊生态安全的限制性因子. 湖泊生态安全评估启示我国湖泊管理应由水质管理向流域生态系统管理转变,其实质是解决好“人湖”关系,实现“人湖”和谐发展.      

西安市景观湖泊水体细菌群落结构分析与代谢功能预测

湖泊水体中细菌群落多样性及其代谢功能研究对城市景观湖泊水环境健康发展有着重要意义.以汉城湖、南湖、兴庆湖和桃花潭为研究区域,使用Illumina Nova高通量测序技术研究4个不同类型湖泊中群落组成和结构,使用冗余分析方法分析细菌群落与环境因子的相关性,采用Tax4Fun预测细菌群落的代谢功能.结果表明,不同湖泊水体细菌群落多样性各不相同,其中桃花潭α多样性最高,兴庆湖最低,同一湖泊水体的细菌群落结构有聚集趋势;4个湖泊水体的细菌优势门类相似,主要是变形菌门、拟杆菌门和放线菌门,不同之处仅在于细菌的比例;4个湖泊水体属水平细菌群落分布有较大差异;水体理化性质与细菌群落存在显著相关性,其中最关键因子为氮磷营养盐(P<0.05); Tax4Fun功能预测表明,4个湖泊水体细菌群落代谢功能相似,氨基酸代谢和碳水化合物代谢相对丰度最高,此外,其潜在的耐药性细菌污染较大以及致人类患传染性疾病可能性较大.研究结果有助于了解西安市城市湖泊水环境细菌现状,为城市湖泊治理及可持续发展提供理论依据.     

南昌市湖泊丰水期浮游细菌群落结构及影响因素

浮游细菌群落对城市湖泊中的营养元素循环及有机质分解发挥着重要作用.基于高通量测序技术,对南昌市湖泊浮游细菌群落结构的时间(4、6和8月)和城郊差异及其影响因素进行了研究.结果表明：(1)南昌湖泊浮游细菌优势类群为放线菌门(Actinobacteria, 41.60%)、变形菌门(Proteobacteria, 22.29%)、蓝藻菌门(Cyanobacteria, 16.21%)和拟杆菌门(Bacteroidota, 10.17%).(2)南昌湖泊细菌群落结构在4、6和8月间存在显著差异,但在城区湖泊与郊区湖泊间不存在显著差异;以Proteobacteria(4月>6月>8月)和Cyanobacteria(6月>8月>4月)为主的10种菌门的丰度在3个月份间存在显著差异;6月菌群结构的相似性会随地理距离的增加产生明显的减小趋势,4月和8月的减小趋势不明显.(3)在降水偏多的6月,湖泊非淡水细菌的占比显著高于4月和8月,城区湖泊与郊区湖泊的非淡水细菌占比没有显著差异.(4)确定性过程主导了湖泊细菌群落的构建,随机过程对湖泊菌群构建的贡献较低;水温是影响南昌湖泊细菌...     

新乡市镉污染土壤细菌群落组成及其对镉固定效果

重金属污染土壤中具有丰富的微生物群落组成,为生物修复提供了微生物资源.本研究以新乡市某电池厂周边Cd污染土壤为研究对象,采用高通量测序和平板分离方法分析其细菌群落组成.传统培养方法表明新乡市重金属污染土壤细菌由厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门这4个门,芽孢杆菌属、节杆菌属和根瘤菌属等30个属组成;高通量测序表明,其由变形菌门、放线菌门和酸杆菌门等25门及400属组成.相较于培养方法,高通量测序群落组成更为丰富.基于高通量测序的分子生态网路分析表明其关键细菌分别为Arthrobacter、Marmoricola、Nocardioides、Ferruginibacter、Flavitalea、Nitrospira和Lysobacter等组成.对分离的159株可培养菌株进行Cd摇瓶吸附实验,结果表明Aneurinibacillus、Arthrobacter和Bacillus等11个属的30株菌具有较好地固定效果.效果验证实验表明,Ochrobactrum sp. 1-6、Bacillus sp.2-11和Pseudomonas sp.1-9等6株高效菌株能提高青菜(鸡毛菜)生物量、降低...     

典型生物滞留池细菌群落结构及多样性特征

为了解生物滞留池的细菌群落多样性特征,选取珠海市3个典型生物滞留池为样点,采集19个土壤样本,基于16S rRNA基因高通量测序技术,分析了生物滞留池的细菌群落结构及多样性,探讨了细菌群落与土壤因子的关系及生态功能。结果表明：珠海市生物滞留池的优势菌门(相对丰度>5%)为变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria),还含有大量厚壁菌门(Firmicutes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、糖化细菌门(Saccharibacteria)、蓝菌门(Cyanobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)等细菌群落。生物滞留池细菌群落的多样性和丰富度较高,细菌群落结构受生物滞留池中植被类型的影响显著,受土壤深度的影响不显著。土壤因子分析发现,总有机碳(TOC)、总硫(TS)、总氮(TN)、铵氮(NH⁺₄-N)和硝酸盐氮(...     

浅水富营养湖泊生态修复效应时间序列与诊断研究

2008年3月至2009年9月对紫阳湖生态修复效应进行了全程跟踪监测及诊断指示研究。研究表明,通过水生生物群落构建,水生态环境有了明显改善,全湖水质达到地表水IV标准,透明度上升到100 cm左右,叶绿素a下降到10 mg/m3以下。生态修复后各指标50%的效应时间序列为Chla、DO、SD、TP、NH3-N、TN和COD。研究认为,Chla/SD作为湖泊水质指数(LQI)是检验生态修复效果较敏感的指标,可用于浅水富营养湖泊生态修复后水质的诊断和评价。     

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、p H、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.     

分层型水库藻类季相演替的细菌种群驱动机制

浮游藻类和水体中的细菌是水生食物网的组成部分,在淡水生态系统的结构和功能中发挥着关键作用.然而,对于水库当中藻类和细菌群落如何互作及其对变化的环境条件的响应研究却较少.本文以李家河水库为研究对象,采用16S rDNA高通量测序技术和共生网络分析方法,分析了藻类种群时空演替与细菌群落的生态互作关系.结果表明,在藻类群落结...     

鄱阳湖湿地淹水与非淹水状态下微塑料表面细菌群落分布特征

粒径小于5 mm的塑料微粒被称为微塑料,微塑料在环境中广泛存在且会造成许多负面影响.选取鄱阳湖碟形湖湿地为研究区,以碟形湖湿地淹水和非淹水状态下沉积物中的微塑料为研究对象,采集沉积物、水体以及淹水和非淹水状态下沉积物中微塑料样品.利用16S高通量测序技术分析沉积物、水体和微塑料表面细菌群落结构分布特征.α多样性分析结果表明,环境中细菌丰富度和多样性与微塑料表面存在显著差异,淹水和非淹水状态下微塑料表面细菌丰富度和多样性均低于周围环境.主坐标分析结果表明非淹水状态下微塑料表面细菌群落受沉积物影响较大,淹水状态下微塑料表面细菌群落受水体影响较大.微塑料表面细菌群落结构和周围环境亦表现出明显差异,与水体和沉积物样品相比,非淹水状态下微塑料表面变形菌门（Proteobacteria）相对丰度显著增加,而淹水状态下微塑料表面细菌拟杆菌门（Bacteroidota）相对丰度增加.沉积物中细菌主要由大量丰度<1%的其他细菌属组成,而微塑料表面细菌群落有明显优势种.非淹水状态下微塑料表面细菌属水平主要由黄杆菌属（Flavobacterium）、马赛菌属（Massilia）和假单胞菌属（Pseudomonas）组成,淹水状态下微塑料表面细菌属水平中黄杆菌属相对丰度最高.假单胞菌属是未来塑料生物降解的重点研究对象.研究可进一步提高对湖泊湿地生态系统微塑料污染的认识,并为湖泊环境管理提供理论依据.     

海洋沉积物中细菌DNA和RNA水平群落差异

海洋沉积物中的微生物在生物地球化学循环中具有重要作用.目前,细菌群落的研究多基于16S rRNA基因(DNA)展开,但DNA不仅包括活性微生物DNA也包括非活性微生物DNA,而RNA水平则可表征环境中具有活性的微生物种群.本研究采用荧光定量PCR和Illumina高通量测序技术,在DNA和RNA水平上研究了渤海和南黄海表层沉积物中细菌群落结构.结果表明,细菌DNA基因丰度比RNA基因丰度高1～2个数量级,DNA水平群落多样性高于RNA水平,二者群落结构差异显著.沉积物中的细菌具有活跃的化能异养、硫酸盐还原和硝化作用.基于16S rRNA基因的测序在探索微生物群落功能时可能会误判重要的功能微生物,总细菌群落中的"稀有生物圈"可能包含转录活跃者,发挥着重要的生物地球化学作用.总体而言,在分析来自稳定沉积环境的细菌群落结构时,基于16S rRNA的研究更能反映真实的生态状况.     

不同植被群落表层土壤中细菌群落多样性

对3种不同植被群落(海桐、雪松、桂花)表层土壤中的pH、w(TOC)、w(TN)和w(TP)进行了测定,采用DGGE(变性梯度凝胶电泳)方法对各植被群落表层土壤细菌的16S rDNA V3~V6可变区扩增片段进行了分析,利用分析得到的图谱数据与表层土壤中的pH、w(TOC)、w(TN)和w(TP)进行了群落-理化因子相关性分析以及CCA(典范对应分析). 结果表明,不同植被群落表层土壤的pH和养分含量不同,其中w(TOC)和w(TN)的差异显著(P<0.05),而pH和w(TP)的差异不显著(P>0.05). DGGE图谱分析结果揭示,不同植被群落表层土壤的细菌群落结构明显不同. 聚类分析显示,海桐和雪松的细菌群落组成和结构最为相似(82%),而它们与桂花样地的相似性(55%)相对较低,桂花样地的Shannon-Wiener指数最高且与其他2个样地差异显著,雪松样地的均匀度指数最高. 相关性分析和CCA结果进一步表明,w(TOC)和w(TN)是表层土壤细菌群落结构和多样性的显著影响因素,并且植被群落可能通过其根系分泌物产生间接影响.      

河套平原灌溉间隙期乌梁素海水体细菌群落结构特征

为研究河套平原末端乌梁素海在灌溉间隙期水体中细菌群落组成和相应的功能,于2020年9月开展湖上取样工作并对pH、TN、TP、DIP、DTP、NH4+-N、Chla、EC和SAL等指标进行分析.利用16S rRNA高通量测序方法对乌梁素海表层水15个样本中附着细菌和浮游细菌分别进行测定.结果表明:①附着细菌丰富度和群落多...     

调蓄水库细菌群落季节变化特征与影响因素

为探究调蓄水库水体细菌群落的季节变化特征与影响因素.以引黄济青工程的唯一调蓄水库——青岛棘洪滩水库为研究对象,采用高通量测序技术,结合水质分析指标,探究细菌群落结构以及与环境因子的关系.结果表明,细菌群落多样性和丰富度夏季最高,冬季最低,进水口高于出水口.细菌群落结构组成春季与冬季相似,夏季与秋季相似.Actinobacteriota(6.63%～57.38%)、 Proteobacteria(11.32%～48.60%)、 Bacteroidota(5.05%～25.74%)和Cyanobacteria(0.65%～24.74%)为优势菌门,Chloroflexi、 Dependentiae、 Fusobacteriota和Margulisbacteria相对丰度秋季最高,冬季最低;Patescibacteria和Myxococcota相对丰度夏季最高,冬季最低;Acidobacteria相对丰度春季最高,冬季最低;hgcI＿clade(3.72%～34.66%)、CL500＿29＿marine＿group(0.31%～20.13%)和Limnohabitans(0.16%～10.3...     

不同类型秸秆对污泥厌氧消化特性及细菌群落结构的影响

为促进污水处理厂污泥及农作物秸秆的资源化利用,探讨不同类型秸秆（玉米、小麦、水稻）对污泥厌氧消化特性、产气效果及细菌群落结构的影响,在中温〔（35±1）℃〕下,研究了污泥与秸秆按不同质量比（1:0、1:0.5、1:1、1:1.5）联合厌氧消化对污泥C/N（碳氮比）和厌氧消化环境中pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）（VFAs为挥发性脂肪酸）、日均沼气产量及φ（CH₄）、细菌群落的特征变化,以未添加秸秆的污泥厌氧消化为CK（对照）.结果表明:不同类型秸秆的添加对厌氧消化体系的pH、ρ（NH₄+-N）、ρ（VFAs）均产生显著影响,秸秆的加入明显提高了厌氧消化体系的产气量.联合厌氧消化可通过优化厌氧消化底物的C/N,从而增加ρ（VFAs）和φ（CH₄）.其中,污泥与玉米秸秆质量比为1:1.5时对厌氧消化的促进作用最为显著;其沼气日产量为2 303.08 mL,比CK（536.15 mL）提高了3倍以上,而沼气中φ（CH₄）最高为54.49%,比CK（37.07%）提高46.99%.此外,不同类型秸秆的添加也可通过改变细菌群落结构从而促进秸秆降解,增加ρ（VFAs）和提高沼气产量,特别是添加秸秆后,Bacteroidetes会逐渐取代Proteobacteria成为主要的产酸菌种,从而导致ρ（VFAs）增加.研究显示,污泥与秸秆联合厌氧消化可改善污泥营养结构,改变细菌群落结构,提高沼气产量.      

不同官能团微塑料对斑马鱼胚胎菌群和代谢功能的胁迫效应

为探究官能团修饰对微塑料生物效应的影响规律和机制,分析了3种聚苯乙烯微塑料（PS、PS—NH₂和PS—COOH）在斑马鱼（Danio rerio）胚胎内的累积特征,并利用微生物组学和代谢组学相结合的分析技术,解析了斑马鱼幼鱼体内代谢功能及微生物群落的响应规律.结果显示,3种微塑料都可以在斑马鱼体内产生累积,其含量范围为143~175 μg·g^-1,且不存在明显差异性.斑马鱼胚胎绒毛膜是微塑料早期暴露的主要累积场所,但不能有效阻止小粒径微塑料的穿透.未修饰的PS明显影响了斑马鱼幼鱼体内氨基糖苷类的代谢能力,PS—NH₂主要对氨基酸的代谢过程产生了影响,而PS—COOH则主要作用于三羧酸循环、氨基酸及糖酵解等代谢通路.3种微塑料均导致了斑马鱼幼鱼体内代谢功能的变化,从而对斑马鱼产生了毒性效应,而微塑料的官能团修饰则加强了这一影响程度.与对照组相比,PS—NH₂明显降低了斑马鱼幼鱼体内的微生物群落的多样性,显著增加了变形菌门（Proteobacteria）的占比,导致斑马鱼幼鱼体内的菌群失衡,从而引起鱼体代谢功能的紊乱.微塑料的官能团修饰可能会明显改变其对生物体的胁迫效应,导致难以预测的生态风险.     

水库水体热分层的水质及细菌群落分布特征

作为重要的城市饮用水源地,水库是人工筑坝形成的特殊类型的水体,其水质直接影响居民的饮用水安全.为揭示北京市饮用水源地密云水库的秋季分层特征和细菌群落的垂直变化,于水体稳定分层期(秋季)在水库进行采样,应用16S rDNA末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)和定量PCR等方法研究了密云水库水体细菌群落的垂直分布特征,并利用聚类分析、多元统计分析揭示细菌群落与环境因子之间的响应关系.结果表明:(1)密云水库水体温跃层位于水深20～30 m处,水温范围在15～19℃,聚类分析将7个采样水层划分为好氧区(上层)和缺氧区(下层)两类,温度、DO、pH在15 m以下逐渐降低,电导率、氨氮、硝态氮、亚硝态氮及总氮在15 m后发生显著变化,水体水质表现出明显的垂直分布特征;(2)RDA分析结果显示,上下水层的溶解氧、pH、电导率、氨氮、硝态氮和亚硝态氮存在较为明显的垂向变化,是影响密云水库细菌群落垂直分布的主要环境因子;(3)总细菌的数量随水深变化的波动较为明显,其中好氧区细菌的Shannon-Wiener指数和T-RFs片段数明显高于缺氧区,说明秋季密云水库水体中细菌群落分布存在显著的分层现象.本研究探究了水体热分层对水库水质及细菌群落的影响,可为预测水质变化和水库管理提供科学依据.