水位波动和植被恢复对三峡水库消落带土壤原核微生物群落结构的交互影响

水库消落带是典型的生态脆弱敏感区.水位波动是影响消落带土壤环境的主要因素,植被恢复是消落带土壤保育的重要手段.然而,在水库消落带中,水位波动和植被恢复对土壤微生物群落结构的交互影响尚不清楚.为此,选取三峡水库消落带中不同水位高程的撂荒草地和人工林地为研究对象,利用16S rRNA高通量测序技术探究土壤原核微生物群落组成和多样性,并探讨驱动土壤原核微生物群落结构的主要环境因子.结果表明,消落带的低水位高程中土壤原核微生物α多样性最高,其中163 m高程的Pielou_e指数、Shannon指数和Simpson指数显著高于168 m高程,Chao1指数和Shannon指数显著高于173 m高程.但撂荒草地和人工林地的土壤菌群α多样性并无显著差异.同时,水位波动和植被恢复均对土壤原核微生物的群落组成产生显著影响,不同样地中生物标志物类别具有明显差异.值得注意的是,植被恢复模式差异对土壤原核微生物群落结构的影响强于水位波动.此外,层次分割结果显示土壤pH是三峡水库消落带土壤原核微生物群落结构变化的主要驱动因子.以上结果可深化对水库消落带土壤微生物群落结构的认识,并为水库消落带生态系统的恢复重建提供科学参考.     

再生水构建水环境中沉水植物附着细菌群落特征

沉水植物茎、叶附着生物膜对再生水构建水环境的水质改善具有重要作用.为探究再生水水质及沉水植物种类对附着生物膜细菌群落特征的影响,选取再生水构建的水环境中不同种类沉水植物为研究对象,采用16S rRNA高通量测序技术对其附着生物膜及周围环境样本的细菌群落结构和功能基因进行分析.结果表明,再生水水体中氮磷营养物质在水环境中得到了20%~35%的吸收利用,下游水体中COD、浊度和色度呈现升高趋势.沉水植物附着生物膜中细菌群落与周围环境（土壤、底泥和水体）及再生水处理厂活性污泥的细菌群落存在差异：在群落多样性上,其丰富度和多样性显著低于土壤和底泥中细菌但高于水中浮游细菌;在群落结构上,其优势菌属及对应相对丰度与其它样本不同,主要优势菌属有鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、气单胞菌属（Aeromonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）和不动杆菌属（Acinetobacter）,分别占比7%~40%.沉水植物种类和再生水水质（BOD₅、TN、NH₄⁺-N和TP）均会影响植物附着细菌群落,但水质对附着细菌群落的影响大于植物种类,且水质也会影响沉水植物附着细菌群落功能基因相对丰度,氮磷浓度较高区域氮循环与磷循环功能基因相对丰度较高.研究结果为揭示沉水植物附着细菌群落特征和优选沉水植物种植种类提供科学依据.     

粉煤灰添加对城市多源有机废弃物联合堆肥效能及堆体细菌群落的影响

为实现粉煤灰和多源有机废弃物的高效资源化利用,采用好氧堆肥的方法,以厨余垃圾、鸡粪和锯末（15:5:2）混合原料为底物,添加底物总湿重的5 %和10 %的粉煤灰作为处理组（5 % FA和10 % FA）,并以不添加粉煤灰作为对照处理（CK）,通过测定联合堆肥过程中理化性质、养分元素和细菌群落结构的变化,探究不同粉煤灰添加量对联合堆肥的促进效果.结果表明,添加5 %和10 %粉煤灰可以显著提高联合堆肥的最高温度（56.6 ℃和56.9 ℃）并延长高温期持续时间（9 d）,相较于对照处理,堆体总养分含量分别提高了4.09 %和13.55 %.在整个堆肥过程中,细菌群落结构发生了较大变化,各处理的细菌多样性均出现了明显的提高.在堆肥前期,变形菌门（Proteobacteria）是主要的优势门类,相对丰度在35.26 %~39.40 %之间.进入堆肥高温期,添加5 %和10 %粉煤灰处理中厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度达到最高值,分别为52.46 %和67.72 %.芽孢杆菌属（Bacillus）和放线菌属（Thermobifida）是5 %和10 %粉煤灰添加量处理高温期的优势菌属,相对丰度分别为33.41 %和62.89 %（芽孢杆菌属）、33.06 %和12.23 %（放线菌属）.冗余分析（RDA）结果表明不同理化指标对细菌群落均有不同程度影响,其中有效磷、速效钾、有机质以及pH是影响细菌群落结构的主要环境因子.综上,添加粉煤灰促进了城市多源有机废弃物联合好氧堆肥的无害化和腐熟化,优化了微生物群落结构,提高堆肥产品的质量和效率.     

大通河流域土壤细菌及氮循环功能菌群沿海拔的空间分布

探究土壤微生物的海拔分布格局及其驱动机制对理解气候变化下陆地生态系统的响应至关重要.土壤微生物群落的海拔分布格局随空间尺度有所差异,为此分别沿大通河流域干流流向（海拔梯度1 000 m）和山体坡面（海拔梯度500 m）设置了两种空间尺度的样带,利用高通量测序技术分析土壤细菌群落结构和多样性沿海拔的分布特征,基于FAPROTAX数据库分析氮循环功能类群的海拔分布,探讨驱动土壤细菌群落沿海拔分布的关键环境因子.结果表明:①土壤理化性质沿海拔分布有显著差异,总氮（TN）和硝态氮（NO₃ ^-）含量与海拔正相关（P < 0.01）,土壤容重（BD）、pH与海拔负相关（P < 0.001）;②细菌群落OTU丰度沿海拔升高显著增大（P < 0.01）,丰富度和多样性指数沿海拔增大,但趋势不显著（P > 0.05）;③细菌群落以酸杆菌门（Acidobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势门,其相对丰度随海拔升高分别增加、减小和微弱减小;④参与氮循环的功能类群共13种,以硝化作用、好氧氨氧化和好氧亚硝酸盐氧化作用为主,随海拔升高响应规律不同,其中硝化作用细菌丰度显著增加（P < 0.01）,好氧氨氧化和硝酸还原细菌丰度微弱增加,而参与含氮化合物异化还原的细菌丰度先增后减;⑤冗余分析表明海拔（ELEV）、pH和氨氮（NH₄ ⁺）是驱动门水平土壤细菌群落的主要因子,Mantel分析表明土壤细菌氮循环优势类群均受海拔驱动（P < 0.01）.⑥流域和坡面尺度上细菌群落α-多样性沿海拔的规律一致,但土壤性质、氮循环功能菌群丰度和主要环境影响因子均不同.因此从不同空间尺度探究土壤微生物的海拔分布格局具有重要意义.     

赣江南昌段丰水期细菌群落特征

细菌群落是河流生态系统的重要组成部分,本次研究基于高通量测序技术分析了赣江南昌段丰水期（4～8月）细菌群落特征.结果表明,赣江南昌段细菌优势类群为放线菌门（Actinobacteria, 41.18%）和变形菌门（Proteobacteria, 31.79%）,其次为厚壁菌门（Firmicutes, 10.04%）,拟杆菌门（Bacteroidetes, 7.26%）,蓝藻菌门（Cyanobacteria, 4.01%）.在属分类水平上,相对丰度最高的是hgcI_clade（16.39%）.赣江南昌段细菌丰度和多样性在城区上游、城区中心和城区下游采样点间没有显著差别,在不同月份有显著差别.除变形菌门（Proteobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia）外,其它门水平分类细菌相对丰度在不同月份都有显著差异;不同采样点中,只有Proteobacteria差异显著（主要是Betaproteobacteria差异显著）,其它门水平分类细菌相对丰度在不同采样点的差异均不显著.温度和流量是影响河流细菌群落的主要因子,其中温度与细菌可操作分类单元（OTU）相关性更高,流量则与门分类水平细菌相关性更高,暴雨径流中Firmicutes取代Actinobacteria和Proteobacteria成为丰度最高的菌群.温度、流量和电导率（EC）是影响OTU的最佳环境因子组合,流量和温度是影响门水平细菌群落的最佳环境因子组合.河水化学指标对细菌群落的影响小于温度、流量等水文气象条件.     

除草剂硝磺草酮对土壤微生物生态效应研究

采用室内培养试验,研究了硝磺草酮对土壤酶活性和微生物群落功能多样性的影响.结果表明,土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性随硝磺草酮浓度增加呈现先增加后降低的趋势,但比对照处理都有所升高,分别增加了22.6%~41.0%和3.4%~54.2%,且在硝磺草酮浓度为50mg/kg时达到最大.与之相反,尿酶活性则降低了12.0%~18.6%,但差异性不明显(P > 0.05).施用一定浓度的硝磺草酮激活了土壤微生物活性,微生物群落丰富度、均匀性和多样性都呈增长趋势,单孔的平均颜色变化率(AWCD)值和利用速率均随硝磺草酮浓度增加而增大,微生物群落对碳水化合物类、氨基酸类、多聚物类、羧酸类、胺类和酚酸类利用率整体上均有所提高,与对照相比,最大增幅分别达到5.3、1.0、4.4、3.2、0.2和6.8倍,但不同浓度硝磺草酮处理下土壤微生物在利用碳源的类型上是存在一定的差异.     

基于Miseq的好氧反硝化菌源水脱氮的种群演变

为了研究好氧反硝化菌源水脱氮过程中水体微生物群落的演变,利用Miseq高通量测序法对投菌和对照两系统水体样本的微生物信息进行统计,并对两组样品进行了优化序列统计,OTU分布统计和分类学分析的基础分析;以及细菌群落结构,PCA,Rank-Abundance,Hcluster,Specaccum和OTU分布的高级分析.结果显示,投加贫营养好氧反硝化菌的源水系统的氮素得到有效去除,脱氮效果明显;层次聚类和主成分分析显示两系统内的群落结构发生变化,投菌系统与对照系统主要表现为变形菌和拟杆菌门;细菌主要门类和水质参数的相关性分析得出,水质指标对两系统群落变化作用明显;与此同时,投菌系统中有关氮循环的细菌有上升的变化过程. Miseq高通量测序研究源水脱氮过程的微生物种群演变可行,为研究原位生物脱氮过程的水体微生物群落演变提供技术支撑.     

冶炼企业周边农田土壤的多环芳烃污染及其细菌群落效应

多环芳烃是一类持久性有机污染物,进入土壤后可能产生多方面生态效应。为研究多环芳烃对土壤微生物的影响,选取南京某冶炼企业周边农田样品,在分析污染物含量基础上,采用高通量测序、定量PCR等方法综合评价了土壤细菌多样性和组成以及多环芳烃降解细菌丰度等特征。17个土壤样品中,多环芳烃总量为0.25~31.08 mg·kg-1,并具有随污染源距离增加而降低的空间分布特征。与土壤理化性质如p H相比较,多环芳烃污染对土壤细菌的总体多样性和群落组成影响不显著。进一步分析发现多环芳烃与潜在降解微生物的相对丰度和降解功能基因(芳香环羟基化双加氧酶,PAH-RHDα)拷贝数显著正相关。污染较重样品的克隆、测序分析表明,土壤中PAH-RHDα基因主要属于革兰氏阳性细菌nid A3/fad A1类群,且与分支杆菌相关序列较为接近。这些结果综合评价了冶炼企业周边农田土壤多环芳烃污染对微生物群落的影响,提示土壤污染在多环芳烃潜在降解细菌中的富集作用,将为后续污染土壤生物修复提供重要科学依据。     

Changes of microbial composition during wastewater reclamation and distribution systems revealed by high-throughput sequencing analyses

This study employed 454-pyrosequencing to investigate microbial and pathogenic communities in two wastewater reclamation and distribution systems. A total of 11972 effective 16S rRNA sequences were acquired from these two reclamation systems, and then designated to relevant taxonomic ranks by using RDP classifier. The Chao index and Shannon diversity index showed that the diversities of microbial communities decreased along wastewater reclamation processes. Proteobacteria was the most dominant phylum in reclaimed water after disinfection, which accounted for 83% and 88% in two systems, respectively. Human opportunistic pathogens, including Clostridium, Escherichia, Shigella, Pseudomonas and Mycobacterium, were selected and enriched by disinfection processes. The total chlorine and nutrients (TOC, NH₃-N and NO₃-N) significantly affected the microbial and pathogenic communities during reclaimed water storage and distribution processes. Our results indicated that the disinfectant-resistant pathogens should be controlled in reclaimed water, since the increases in relative abundances of pathogenic bacteria after disinfection implicate the potential public health associated with reclaimed water.     

城市河流异养菌耐药状况及微生物群落结构特征

为深入了解城市河流中细菌的耐药状况和微生物群落结构特征,在西安市浐河和灞河河段8个采样点以及某污水处理厂二级出水排放口采集水样,利用细菌培养技术、PCR检测和DGGE(变性梯度凝胶电泳)分析技术,对河流中异养菌耐药率、四环素抗性基因以及微生物群落结构进行研究. 结果表明:浐河和灞河水样中异养菌对SMZ(磺胺甲恶唑)、TET(四环素)、CIP(环丙沙星)和CTX(头孢噻肟)的平均耐药率分别为18.3%、6.2%、2.7%和1.3%,耐药率高低顺序与污水厂排放水中的异养菌相同. 城市河流中异养菌浓度与其耐药率并不存在显著的相关性. 与上游河段相比,污水厂排放口下游河段的异养菌浓度没有明显增加,但对多种抗生素的耐药率却有所升高. 浐河和灞河中四环素抗性基因主要是tetA和tetB,检出率分别为100%和75%,这意味着城市河流中异养菌对TET的耐药性可能主要通过编码外输泵蛋白的抗性机制来实现. 污水厂排放水进入城市河流,并未显著影响河流中的微生物群落结构,但却使某些原有的敏感物种消失,而病原菌或条件致病菌在邻近污水厂排放口的下游河段则有所增加.