砷尾矿污染土壤的细菌群落结构多样性及其相关环境影响因子分析

以湖南石门雄黄尾矿污染土壤为对象,研究纵向不同深度、横向不同距离土样中的重金属污染程度以及细菌群落结构变化规律,查明砷污染土壤的核心微生物组成并将其与土壤理化指标进行共存网络图分析。结果表明:该尾矿区的土壤各项重金属指标严重超标,尤以铅(626.54 mg·kg^(−1),Ei=105.48)、砷(1804.75 mg·kg^(−1),Ei=565.75)、镉(31.46 mg·kg^(−1),Ei=7491.5)的生态危害性最强;土壤采样深度与重金属综合潜在生态风险指数(RI)呈显著正相关(r=0.79,P=0.000),而横向样品中RI与采样距离显著负相关(r=−0.85,P=0.000)。在污染土壤中,变形杆菌门(Proteobacteria,54.35%±17.16%)和放线杆菌门(Actinobacteria,22.39%±10.64%)占主导地位,属层级中假单孢杆菌属(Pseudomonas,16.47%±11.84%)、不动杆菌属(Acinetobacter,8.07%±7.11%)以及硫酸状杆菌属(Acidithiobacillus,7.53%±14.68%)相对丰度较高;而26个共享类群占据了该尾矿污染土壤中微生物群落总平均相对丰度90%以上,尽管不同属的具体相对丰度在不同样品间的分布趋势差异较大。纵剖采集的污染土样中,铁原体属(Ferroplasma)、硫酸状杆菌属(Acidithiobacillus)、硫化杆菌属(Sulfobacillus)、乳杆菌属(Lactobacillus)和硝化螺旋菌属(Nitrospira)占优势,与理化的共存网络图分析(相关系数|r|≥0.6,P<0.05)显示部分类群与亚铁、游离态砷和镉成显著正相关,而与pH成显著负相关;横向采集的土样中,以嗜酸菌属(Acidiphilium)、假单孢杆菌属(Pseudomonas)、棒状杆菌属(Corynebacterium)、硫杆菌属(Thiobacillus)等为主,部分类群与总砷、铅成显著正相关,而与结合态或包蔽型砷成显著负相关。综上,该研究不仅对目标区域尾矿不同重金属污染程度进行了分析,同时探讨了污染土壤中核心响应类群的组成多样性,为筛选潜在重金属抗性菌群或工程菌群提供理论基础。

厌氧砷还原细菌(Clostridium sp.ZY1)分离鉴定及基因组分析

为了进一步了解砷矿区重金属污染环境中砷还原微生物多样性,利用厌氧富集手段,针对砷矿区底泥样品进行厌氧砷还原功能微生物资源的分离及纯培养,并结合基因组学对分离菌株进行初步分析。经过富集分离获得菌株ZY1,通过16S rRNA基因相似性及系统发育树分析,表明菌株ZY1属于梭菌属(Clostridium),菌株ZY1的最适pH范围为6.4~7.1,NaCl的耐受范围为0%~3%,菌株ZY1能够耐受100 mmol/L五价砷(As(Ⅴ)),三价砷(As(Ⅲ))的耐受浓度仅为1.98 mmol/L。菌株ZY1基因组大小为4.4 Mbp,包含31个Scaffolds, N50为318 327 bp, GC含量为30.6%,预测得到4 210个基因。基因组信息表明,菌株ZY1具有砷还原的相关基因簇,并具有较好的抗逆代谢通路。研究结果可为矿山酸性废水底泥微生物多样性研究提供参考,并为砷污染环境的修复及生态治理研究提供菌种资源。

我国主要有色金属矿区周边农田土壤酶活性及影响因素

为明确我国主要有色金属矿区周边农田的重金属污染情况,并探究此类农田中土壤酶活性及其主要影响因子,以我国18个省份共计29个采样点的农田为研究对象,分析了我国有色金属矿区周边农田的土壤理化性质及土壤酶活性和重金属含量与酶活性的相关性。结果表明:我国不同采样点农田的土壤酶活性之间差异显著,3种酶活性整体表现为:β-1,4-葡萄糖苷酶<脲酶<酸性磷酸酶。相关性分析显示,β-1,4-葡萄糖苷酶活性与土壤水溶性有机碳(WSOC)显著正相关(P<0.01);脲酶活性与WSOC显著正相关(P<0.05);酸性磷酸酶活性与WSOC极显著正相关(P<0.01),与土壤含水率(SMC)、总磷(TP)显著正相关(P<0.05)。冗余分析结果显示,这3种土壤酶活性的主要影响因子的排序为WSOC>TP>SMC>AP>TN>AK>pH>TK。研究表明,WSOC、TP和SMC是我国主要有色金属矿区周边农田土壤酶活性的主要影响因子。

驯化对作物微生物组多样性和群落结构的影响及作用途径

植物与共存微生物的相互作用对植物的生长、发育、健康等具有重大影响。人类驯化导致现代作物品种与其野生祖先在生理遗传特性、生长环境等方面存在明显差异,这必然会影响作物与其微生物组的相互作用。理解驯化对作物微生物组的影响及其作用机理,是充分应用微生物组进行作物改良或人工育种的重要理论基础。结合课题组前期研究基础,该文综述了驯化对作物地下和地上部分细菌和真菌(尤其是益生菌和病原菌)群落组成和多样性影响的研究现状;并结合驯化对作物植株形态、根系构型、根系分泌物等生理特征以及生长环境的影响,分析了驯化塑造作物微生物组的作用途径,提出了该领域值得重点关注的研究和发展方向。

丛枝菌根真菌数个种的基因组和转录组研究概况

丛枝菌根真菌(AMF)在自然界分布广泛,能与大部分维管植物的根系形成菌根共生体。它们在调节植物群落结构和全球的碳、氮、磷循环等方面发挥着重要的生态功能,也是农林、环境领域最具应用前景的微生物类群。受限于培养方法、研究手段等,长期以来对AMF基因组、转录组特征的认识非常有限。最近10年,AMF基因组和转录组的相关研究在高通量测序技术的推动下取得了较快发展;研究结果也显著提高了对AMF遗传发育、代谢生理、共生机制等的认识。本文综述了目前已完成测序的AMF种类的基因组、转录组信息。结果发现,已测序的AMF种类普遍具有基因组大、转座子丰富、AT碱基含量高、含大量未知功能基因与特异性基因、缺少部分共生相关基因等特点。在转录层面,总结了不同AMF种类、AMF不同共生结构、共生阶段以及与不同寄主植物共生时的转录本特征。结果发现,不同种类AMF的转录本大小差异明显。不同共生阶段或不同共生结构中的AMF转录本也具有较大的差异,且差异表达的基因大部分与养分交易、信号转导等密切相关。相比之下,同种AMF与不同寄主植物共生时的转录本表现出较高的保守性。最后,本文提出了本领域需要重点关注的研究方向,包括AMF纯培养技术的革新、AMF基因功能的解析、非模式AMF类群的研究以及对AMF蛋白组的研究。