一个红壤剖面微生物群落的焦磷酸测序法研究

利用定量PCR和454焦磷酸测序法,研究了湖南湘阴县一典型红壤剖面微生物相关基因的多度及微生物(古菌、细菌、真菌)群落结构。结果显示,随剖面深度增加,土壤黏粒含量增多,有机质和全氮含量、碳氮比则下降。每克干土微生物基因拷贝数也趋于下降,其值为:107.09～109.30(古菌16S rDNA),108.10～109.70(细菌16S rDNA),106.54～107.95(真菌18S rDNA),107.24～108.61(古菌amoA基因),104.76～106.25(细菌amoA基因),105.94～107.88(nirK基因),106.81～109.21(nirS基因),107.03～109.46(nosZ基因)。焦磷酸测序得到了6 459条古菌16S rRNA基因序列,平均长度为496 bp;28 626条细菌16S rRNA基因序列,平均长度为448 bp;4 683条真菌18S rRNA基因序列,平均长度为534 bp。OTU(97%相似度)分析表明,微生物群落α-多样性与所测土壤理化性质均无显著相关。Jaccard差异度分析表明同一剖面各土壤层次间微生物群落结构更为相似,而不同位点的三个表层土之间的差异较大;Mantel检验发现,与微生物群落变化相关的主要土壤因子是黏粒含量。在所有土样中,古菌以泉古菌门中的热变形菌纲(89%)为主,其分布与土壤黏粒含量相关。细菌的主要类群为酸杆菌门(33%)、变形菌门(17%)、绿弯菌门(12%)、厚壁菌门(10%)和放线菌门(7%),分类地位不明确的细菌约占11%。其中,酸杆菌门和变形菌门的相对多度在表层土中高于非表层土;而绿弯菌门和厚壁菌门的相对多度则在非表层土中更高,与土壤深度呈显著正相关。所有真菌序列分属于三个门,即子囊菌门(87%)、担子菌门(9%)和球囊菌门(4%),在纲一级的分类水平上,各样品间群落结构无明显差异。

土壤宏基因组学研究方法与进展

土壤微生物驱动着土壤中的物质循环和养分转化。在土壤学的研究中,长期将土壤作为一个黑箱系统来对待,对其中的生物组成及其参与的生化过程知之甚少。土壤中绝大部分微生物目前尚难以分离培养,因此基于传统的培养方法对于认识土壤微生物群落组成和功能有其局限性。宏基因组学直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,或通过测序探究环境中微生物的群落结构和功能(序列驱动),或构建宏基因组文库,筛选新的基因或生物活性物质(功能驱动),克服了传统培养方法的缺陷,极大地丰富了对土壤微生物多样性及其功能的认知。本文在综述土壤宏基因组学研究基本流程的基础上,重点介绍了日益重要的第二代测序平台在土壤宏基因组学研究中的应用及其产生的海量数据的分析处理方法,并简要探讨了宏基因组学在土壤微生物生态学中的应用。最后,作者建议在国家层面上展开相关土壤宏基因组学研究,调查微生物群落及其变化,为生物资源开发、农业生产和环境保护作出应有的贡献。