基于高通量测序的大豆连作土壤细菌群落多样性分析

研究应用基于Illumina公司的Miseq高通量测序平台,深度解析东北黑土大豆短期连作和长期连作土壤细菌群落结构多样性。通过对细菌16S rRNA序列V4区的高通量测序,短期(3年)和长期连作(20年)大豆田土壤分别得到180 980和221 424条有效序列,注释为1 254和1 432个细菌可操作分类单元(operational taxonomic unit,OTU),且长期连作土壤细菌群落丰富度和多样性均高于短期连作土壤。在细菌门分类水平上,短期和长期连作土壤中细菌优势菌群构成为相同的8个细菌菌门(所占比例>1%),依次包括变形菌门、酸杆菌门、疣微菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、芽单胞菌门和硝化螺菌门,其所占总比例之和分别达到细菌菌门总数的85.5%和86.3%。在细菌属分类水平上,短期和长期连作土壤中细菌TOP10优势菌群构成相同,包括疣微菌门的Spartobacteria属、酸杆菌门的Gp1、Gp4、Gp3和Gp6属、芽单胞菌门的Gemmatimonas属、硝化螺菌门的Nitrospira属、变形菌门的Sphingomonas属和Bradyrhizobium属以及厚壁菌门的Bacillus属,且10个细菌菌属所占比例之和分别达到细菌菌门总数的71.3%和69.0%。结果表明:东北黑土区大豆经过长期连作后土壤细菌优势菌菌群结构变化较小,但群落丰富度和多样性较短期连作略有增加,且对大豆养分吸收和生长有促进作用的根瘤菌Bradyrhizobium属和硝化细菌Nitrospira属所占比例增加。研究结果对解释大豆长期连作根病抑制性土壤形成机制具有一定价值。

水稻秸秆堆肥发酵粗制肥料中微生物多样性研究

研究基于Illumina平台的高通量测序技术,初步解析等量的、不同氮源添加(尿素和牛粪)的水稻秸秆经堆肥发酵后制得粗制肥料中细菌和真核微生物群落结构和多样性。添加尿素和牛粪发酵成的粗制肥料中分别得到897个和954个细菌可操纵分类单元(Operational taxonomic unit,OTU),以及508个和585个真核微生物OTU,且添加牛粪处理的细菌和真核微生物群落丰富度和多样性均高于添加尿素处理。添加尿素制得粗制肥料以放线菌门(Actinobacteria,71.9%)的Streptomyces(40.9%)和Cellulosimicrobium(22.2%)菌属为最优势的细菌类群,以真菌子囊菌门(Ascomycota,70.0%)的Pichia(46.1%)菌属为主要优势的真核微生物类群。添加牛粪制得粗制肥料以变形菌门(Proteobacteria,58.5%)的Pseudomonas(47.8%)菌属为最优势的细菌类群,以真菌子囊菌门(Ascomycota,42.5%)的Aspergillus(23.9%)菌属和接合菌门(Zygomycota,20.5%)的Mucor(9.4%)菌属为主要优势的真核微生物类群。研究结果表明,不同的氮源添加可导致水稻秸秆堆肥发酵制得粗制肥料中形成具有不同优势种群结构的细菌和真核微生物群落,并会导致腐熟各阶段发挥作用的微生物类群的差异。

响应土壤阴离子类型的盐碱土古细菌群落多样性研究

为初步解析我国黑龙江苏打盐碱地(HA)、新疆荒漠盐碱地(XD)、山西平原盐碱地(SY)、江苏滨海盐碱地(JD)和天津滨海盐碱地(TB)5个地区的土壤古细菌群落结构多样性,以及其响应土壤不同阴离子类型的分布特征,采用基于Illumin-Hiseq平台的高通量测序技术获得489~604个古细菌可操纵分类单元(OTU).OTU多样性分析结果表明XD的古细菌群落物种丰富度最高,SY和HA分别具有最高和最低的古细菌群落多样性和均匀度;OTU的物种注释结果表明HA以奇古菌门(Thaumarchaeota)为优势菌门,其他土壤均以广古菌(Euryarchaeota)为优势;综合5个样品古细菌群落结构、优势古细菌属和土壤阴离子进行的典范对应分析(CCA)结果显示,XD古细菌群落结构和Haloterrigena属(XD中最优势,相对丰度20.2%)明显的响应土壤SO_4^(2-)浓度;HA古细菌群落结构和Nitrososphaera属(HA中最优势,62.3%)明显的响应土壤HCO_3^-/CO_3^(2-)浓度和pH;JD、SY和TB古细菌群落结构、Halorubrum属(JD和TB中最优势,24.4%和15.6%),和Natronomonas属(SY和JD中第二优势,8.1%和9.2%)明显的响应土壤Cl^-浓度.研究结果说明我国不同地域分布的盐碱土受其土壤阴离子类型及其浓度的影响,呈现不同的古细菌群落结构和分布特征.研究结果为我国不同类型盐碱土古细菌资源的挖掘提供依据,也为揭示我国不同类型盐碱土古细菌群落的生态功能提供参考.

萝卜泡菜细菌多样性的高通量测序分析

本文基于Illumina平台的高通量测序,解析萝卜泡菜发酵液中亚硝酸盐浓度峰值期(第3 d)和回落期(第7 d)时细菌群落结构多样性。亚硝酸盐浓度峰值期和回落期样品中分别得到373和349个可操纵分类单元(OTU),分属于135和127个细菌属,且峰值期细菌群落丰富度、多样性以及均匀度指数均高于回落期。峰值期发酵液样品中以变形菌门细菌(相对丰度72.1%)最为优势,以Erwinia(45.0%)、Aeromonas(7.4%)、Pseudomonas(6.6%)、Shigella(6.0%)和Delftia(5.1%)为主要优势菌属。厚壁菌门(18.9%)为第二优势菌门,Lactococcus(10.5%)为其中的主要优势属。回落期发酵液样品中以厚壁菌门(84.0%)最为优势,优势属包括明Leuconostoc(27.5%)、Lactococcus(19.9%)、Weissella(19.2%)和Pediococcus(16.3%)等。而变形菌门相对丰度降为10.5%。结果表明伴随着亚硝酸盐浓度变化,萝卜泡菜发酵过程中细菌群落结构多样性也发生演替,与发酵液中亚硝酸盐的形成和降解密切相关。

不同天然奶酪发酵剂和非发酵剂微生物多样性的高通量测序研究

为探究天然奶酪中发酵剂和非发酵剂微生物群落结构,应用Illumina-Hi Seq高通量测序技术,对江苏省主要销售的5组进口天然奶酪表皮和内部的细菌16Sr DNA序列V4区进行测序。所有样品的有效序列均在50000条以上,可操纵分类单元(OTU)数量为118~646。多样性指数分析和主成分分析结果表明,天然奶酪表皮比内部具有更高的细菌群落丰富度和不同的群落结构。样品中发酵剂细菌属为乳球菌属(Lactococcus)、链球菌属(Streptococcus)、乳杆菌属(Lactobacillus),均位于相对丰度前五,总相对丰度在51~97%。样品中非发酵剂微生物分布于细菌厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)和软壁菌门(Tenericutes),相对丰度在2~16%。具有产耐热乳糖酶功能的非发酵剂微生物栖热菌属(Thermus,相对丰度0.02%~3.53%)在奶酪中首次被发现,为发掘天然奶酪中的微生物资源提供了可能。本研究也为解析天然奶酪中微生物与其风味质构的关系提供了基础数据。