16S rRNA高通量测序研究集雨窖水中微生物群落结构及多样性

为探究集雨窖水中细菌多样性及功能与主要水质因子之间关系,应用16S rRNA基因-Illumina MiSeq高通量测序技术分析和比较了不同类型集雨水窖中窖水的微生物群落结构及多样性.通过提取4组样品基因组DNA,对16S rRNA V4区测序,共获得用于物种分类的OTU 1605条,涵盖了22门、42纲、71目、115科、146属的细菌.微生物多样性分析表明,窖水具有很高的细菌多样性,不同样品多样性存在差异,细菌优势菌群分布呈现出大量的稀有种和少数常见种的模式.菌群分类发现,拟杆菌门（Bacteroidetes）、变形菌门（Proteobacteria）、放线细菌门（Actinobacteria）、疣微菌门（Verrucomicrobia）和OD1是主要的细菌菌门,其相对丰度占群落的87.1%~94.8%;放线菌门的放线细菌纲（Actinobacteria）、酸微菌纲（Acidimicrobiia）,拟杆菌门的噬纤维菌纲（Cytophagia）、黄杆菌纲（Flavobacteriia）、鞘脂杆菌纲（Sphingobacteriia）,变形菌门中α-变形菌纲（α-Proteobacteria）、β-变形菌纲（β-Proteobacteria）、γ-变形菌纲（γ-Proteobacteria）,疣微菌门丰收神菌纲（Opitutae）、疣微菌纲（Verrucomicrobiae）、Pedosphaerae,OD1的ZB2为纲层次上的优势菌;红细菌属（Rhodobacter）、脱氮单孢菌属（Dechloromonas）、黄杆菌属（Flavobacterium）、不动杆菌属（Acinetobacter）、丛毛单孢菌属（Comamonas）、假单孢菌属（Pseudomonas）、嗜氢菌属（Hydrogenophaga）等优势菌属大多数为具有脱氮除磷功能的反硝化菌和异养硝化-好氧反硝化菌;RDA分析表明,不同环境因子对微生物群落的影响有着明显的不同,即第Ⅱ簇内的菌属主要与反映窖水有机物含量的指标UV₂₅₄、高锰酸盐指数、BOD₅之间呈显著正相关关系,而第Ⅲ簇内的菌属主要与反映窖水氮、磷水平的指标TN、NO₂^--N、NO₃^--N、TP、NH₄⁺-N显著正相关,体现了生态功能的簇内相似性及簇间差异性.研究结果加深了对窖水微生物群落结构和多样性的认识,为深入研究窖水细菌多样性及功能与水质因子之间关系提供了借鉴.     

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.     

丝状菌污泥膨胀对脱氮除磷功能菌群的影响

丝状菌引起的污泥膨胀或生物泡沫是活性污泥法污水处理厂运行管理中经常碰到的异常问题,为确定丝状菌引起的污泥膨胀对脱氮除磷系统功能菌群的影响,采用形态学鉴定和Illumina MiSeq高通量测序对5座城市污水处理厂非膨胀期和膨胀期活性污泥、生物泡沫中关键微生物菌群分布特征进行分析研究.结果表明,污泥膨胀和生物泡沫主要由微丝菌(Microthrix parvicella)引起,膨胀期污泥和生物泡沫中微丝菌最高比例达6%和38%.主要脱氮除磷菌属为亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)、硝化螺菌(Nitrospira)、陶厄氏菌(Thauera)和Candidatus Accumulibacter phosphatis.膨胀期与非膨胀期相比AOB和聚磷菌相对丰度明显降低,最大变化比例为54%和47%,反硝化菌相对丰度显著升高,最大变化比例为73%;脱氮除磷菌群的波动变化受污泥膨胀的影响外,还与处理工艺及菌群的生理特性相关.     

基于454高通量测序的黄土高原不同乔木林土壤细菌群落特征

选取黄土高原不同乔木林（辽东栎,LDL;侧柏,CB;刺槐,CH;油松,YS）表层土壤为研究对象,利用第二代高通量测序技术罗氏454平台对其进行16S rRNA基因V1~V3可变区测序,通过分析其Alpha多样性、物种组成和丰度、群落结构,结合土壤的理化性质研究其对细菌群落结构的影响.结果表明：所有土壤样品共检测到36个门,84个纲,187个目.不同乔木林土壤中优势菌来自变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌（Chloroflexi）和浮霉菌门（Planctomycetes）,主要的优势菌纲为放线杆菌纲（Actinobacteria）、α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）、酸杆菌（Acidobacteria）、β-变形菌纲（Betaproteobacteria）、浮霉菌纲（Planctomycetacia）.不同乔木林土壤中绿弯菌门（Chloroflexi）与pH值呈极显著的正相关,总磷和蓝细菌（Cyanobacteria）呈极显著的正相关,微生物生物量碳与芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）呈极显著的负相关,土壤总磷含量可能为CB样地区别于其他土样群落组成的主要因素.LDL样地细菌群落受环境影响较小.     

不同沼灌年限稻田土壤微生物群落分析

为了探明不同沼灌年限稻田耕层土壤微生物群落多样性变化,明确稻田耕层土壤微生物群落多样性对不同沼灌年限的响应,本文原位系统采集了不同沼灌年限的稻田土壤,并采用高通量测序技术对不同沼灌年限稻田土壤的微生物群落结构进行了分析.结果表明,随着沼灌年限的增加,土壤pH值逐渐下降,有机质、硝态氮、磷酸盐等养分逐渐累积.沼灌不利于水稻产量的形成.高通量测序技术较全面和准确地反映了不同沼灌年限稻田土壤微生物群落结构在门、纲、目、科、属这5个水平上的分布,在沼灌稻田微生物群落多样性的表征方面具有明显的优势.随着沼灌年限的增加,稻田土壤微生物群落的物种丰富度逐渐降低,微生物群落的多样性也逐渐降低.典型对应分析的结果表明,土壤溶解性有机碳(F=2.67,P=0.09)是影响沼灌稻田土壤微生物群落结构的主要环境因子.     

黄山土壤细菌群落和酶活性海拔分布特征

黄山具有保存较完整的生态系统及明显的地势高差,为研究中亚热带森林生态系统土壤微生物群落海拔分布格局提供天然场所.本研究在黄山景区670～1 870 m按每100 m的间隔采集土样,利用Illumina MiSeq高通量测序技术分析土壤细菌群落结构及多样性的海拔变化特征,同时测定相关土壤理化性质和土壤酶活性.结果表明:(1)土壤全氮、碱解氮、全钾和总有机碳含量均存在显著海拔差异(P 0. 01),且总体上随着海拔升高而增加;土壤蔗糖酶活性存在显著海拔差异(P 0. 01),且总体上随海拔升高而增强,但酸性磷酸酶和脲酶活性无显著海拔分异(P 0. 05);(2)将12个海拔梯度分为高中低3组(低海拔670～875 m;中海拔1 080～1 370 m;高海拔1 460～1 780 m),发现土壤细菌OTU数目:中海拔低海拔高海拔,但是高、中、低海拔的差异不明显;(3)在875～1 370 m小范围海拔内,土壤细菌群落多样性沿海拔呈单峰模式分布;而在670～1 780 m整个海拔范围内,土壤细菌群落多样性无明显海拔分布模式;(4)所有样地中,相对丰度大于3%的优势菌门共7个,优势菌目共15个;(5)相关性热图分析表明,土壤p H对不同海拔土壤细菌群落结构差异性影响最大. Pearson相关性分析和偏Mantel分析表明,细菌群落α多样性(P 0. 01)和β多样性(偏Mantel r=0. 560,P=0. 001)主要受土壤p H影响.因此,土壤p H是决定黄山不同海拔土壤细菌群落结构及多样性的主要环境因子.     

产嗅藻类对东太湖某地原水中嗅味物质2-MIB的贡献

针对东太湖某水源地原水中嗅味物质2-甲基异莰醇(2-MIB)浓度过高问题,检测并鉴定原水中藻类分布及组成,考察并建立藻类与2-MIB的相关性,并利用16SrDNA基因测序方法对其中两种主要丝状藻类进行鉴定.结果表明:两个原水取水口及附近养殖区中2-MIB与藻密度呈明显的线性相关(R2>0.85),且颤藻目浮丝藻、泽丝藻以及针杆硅藻等占总藻数量的55%以上.值得注意的是,存在于藻细胞内部的2-MIB比例可达68%,水处理过程中需考虑胞内2-MIB的释放风险.此外,对养殖区周围水质数据分析表明采样点中2-MIB浓度、藻密度、氨氮浓度均和其与离养殖区距离呈负相关性,表明该地区取水口附近的水产养殖可能是导致2-MB偏高的主要原因.     

不同MBR反应器中硝化菌群落结构的研究

采用PCR-DGGE技术研究了正常运行工况下6个不同MBR反应器中的硝酸菌和反硝化菌的群落结构.结果表明,不同的MBR反应器好氧段中硝酸菌之间的相似性较高,相似性数值为78.7%~92.1%,但环境条件、进水水质及运行参数等因素的不同导致了不同MBR反应器硝酸菌群落的差异.MBR反应器中有5种硝酸菌和3种反硝化菌,其中优势硝酸菌种以α-变形细菌(Alpha proteobacteria)、生根瘤菌(Bradyrhizobium)、维氏硝酸菌(Nitrobacter winogradskyi)为主,反硝化菌以好氧反硝化菌-产碱杆菌属(Alcaligenes)、脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)、红球菌属(Rhodococcus)为主,说明反应器内同时存在好氧反硝化菌,推断MBR反应器内可能同时存在多种硝化和脱氮途径.     

太湖竺山湾春季浮游细菌群落结构及影响因素

为研究太湖竺山湾春季浮游细菌群落结构,利用高通量测序对竺山湾4个采样点(雅浦港、沙塘港、竺山湖南和椒山)浮游细菌的16S rRNA基因进行序列测定.结果表明:测序文库的覆盖率很高,测序结果完全可以代表样本的真实情况;椒山的物种丰富度最高,但物种分布均匀度较低;竺山湾主要优势菌门为蓝藻门(Cyanobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),蓝藻门平均丰度高达64.73%,正处于水体复苏阶段,已有蓝藻水华暴发态势.属水平优势细菌主要有鱼腥藻属(Anabaena)、hgc I_clade、CL500-29_marine_group、微囊藻属(Microcystis)、聚球藻属(Synechococcus)和分枝杆菌属(Mycobacterium);运用冗余分析(RDA)探讨浮游细菌与环境因子的关系,结果表明,水温、Chl-a、NH+4-N、DO和PO3-4-P是影响浮游细菌群落的主要环境因子,其中,DO能显著影响微囊藻属,营养盐和水温对其也有一定程度影响.     

水化学指标和空间距离对乐安江浮游细菌群落的影响

为了解乐安江水体浮游细菌群落特征,探讨水化学指标和空间距离对浮游细菌群落的影响,本研究分别于枯水期(2016年12月)和丰水期(2017年7月)对乐安江15个采样点表层水样进行采集.检测了水体NO~-_3-N、 NH~+_4-N、 TP、 DOC、 SO■、 Cl~-、 Cu、 Zn等水化学指标,运用高通量测序技术确定水体浮游细菌群落特征,Mantel Test分析了水化学指标、空间距离(采样点干流长度、平均河网长度、累计河网长度和流域子面积)与细菌群落之间的关系.结果表明:①乐安江水体浮游细菌群落丰富度和多样性丰水期均高于枯水期,丰富度随流向逐渐升高,多样性下游最高,中游最低.②枯水期丰度最高的细菌门类是Proteobacteria,其次是Bacteroidetes和Actinobacteria,枯水期Proteobacteria中下游显著高于上游,Bacteroidetes中下游显著低于上游,Actinobacteria上游显著高于中下游.丰水期丰度最高的细菌门类是Actinobacteria,其次是Proteobacteria和Cyanobacteria,丰水期Actinobacteria丰度先降低后升高,中游丰度显著低于下游,其他河段无显著差异,Proteobacteria丰度随流向逐渐降低,Cyanobacteria丰度中游最高,并且显著高于下游地区.③非淡水细菌占所有细菌丰度的比例沿流向逐渐增加,丰水期均值(62.94%)显著高于枯水期(49.33%).④NO~-_3-N是与浮游细菌群落相关性最高的水化学指标,干流长度是与浮游细菌群落相关性最高的空间距离指标.⑤水化学指标和空间距离与乐安江浮游细菌群落都有显著相关性,并且水化学指标对浮游细菌群落的影响要高于空间距离.本研究为鄱阳湖和乐安江流域水生态环境保护提供了科学依据.