青藏高原湖泊沉积物与水体细菌群落共发生网络和群落构建过程差异解析

研究高原湖泊沉积物和水体细菌群落结构的差异对于水生态治理与保护具有重要的科学意义。本文选取青藏高原中东部共19个湖泊为研究对象,采集沉积物和水体样本,使用高通量测序技术和统计分析,解析湖泊沉积物和水体细菌群落结构、空间分布特征、共发生网络模式、群落构建过程的差异及其原因。研究结果表明沉积物细菌群落alpha多样性指数(Chao1指数、Shannon多样性指数、Faith s系统发育指数和Pielou均匀度指数)均显著高于水体细菌群落。沉积物和水体细菌的优势门均为Proteobacteria(相对丰度为45.33%和41.77%),而水体细菌群落结构具有较强的空间异质性。主坐标分析和相似性分析结果表明沉积物和水体中细菌群落结构差异极显著,海拔和纬度分别是青藏高原湖泊沉积物和水体细菌群落结构变化最显著的驱动因子。沉积物和水体细菌群落均具有明显的距离衰减模式,而沉积物细菌比水体细菌群落在空间上的周转率小。采样湖泊沉积物细菌群落共发生网络复杂度和稳定性高于水体细菌。沉积物和水体细菌群落的平均归一化随机率值分别为0.24和0.72,表明确定性过程在沉积物细菌群落构建的过程中起到了重要的作用,而水体细菌群落的主导构建过程为随机性过程。本文在高原湖泊沉积物和水体中细菌群落特征、空间分布模式、生态网络稳定性、群落构建过程及其差异方面的研究,为深入理解高原湖泊细菌多样性和群落结构形成机理提供了科学支撑。

氟唑菌酰羟胺对烟草赤星病的防效及对烟叶和土壤的安全性

为明确烟草赤星病菌对新型杀菌剂氟唑菌酰羟胺的敏感性水平以及该药在烟叶和土壤中的安全性,采用菌丝生长速率法和孢子萌发法测定了烟草赤星病菌对氟唑菌酰羟胺的敏感性,并在云南、四川、贵州、福建、重庆等省市开展了田间防效试验,分析了其在烟叶上的残留降解,同时采用高通量测序分析了其对土壤细菌和真菌群落结构和共发生网络的影响。结果表明,烟草赤星病菌在不同发育阶段对氟唑菌酰羟胺敏感性差异较大,其中菌丝生长阶段最为敏感,对169株病株的EC50值为0.0064~0.1832 mg/L。氟唑菌酰羟胺2次施药对烟草赤星病的田间防效达到69.42%~88.09%,并增加了烟叶产量。另外,氟唑菌酰羟胺在鲜烟叶和干烟叶的降解半衰期范围为3.2~8.8 d。氟唑菌酰羟胺使用后土壤中链霉菌属、假单胞菌属、木霉菌属、拟青霉属等有益菌显著富集,且细菌和真菌共发生网络的复杂度增加。因此,氟唑菌酰羟胺可用于烟草赤星病的防治。

广西北部湾茅尾海夏冬季浮游细菌群落结构及其影响因子

海洋浮游细菌在生物地球化学循环过程中具有不可替代的作用。为解析广西北部湾茅尾海夏冬季浮游细菌群落结构及其关键环境影响因子,于2017年6月(夏季)和2017年12月(冬季)在该海域设置7个站点,采集0.5m处表层海水样品,利用16S核糖体RNA(16S rRNA)基因高通量测序技术,分析茅尾海浮游细菌群落结构与多样性。结果表明:茅尾海海域浮游细菌隶属于11个门、36个纲、86个目、188个科和506个属;主要浮游细菌类群为变形菌门(Proteobacteria,52.47%)、厚壁菌门(Firmicutes,17.34%)、放线菌门(Actinobacteria,16.39%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,7.54%)和蓝细菌门(Cyanobacteria,5.38%),共占浮游细菌总丰度的99.12%。北部湾茅尾海夏季浮游细菌群落Chao 1指数和Richness指数均显著(P<0.05)高于冬季。主坐标分析(PCoA)和相似性分析(ANOSIM)结果表明,不同季节浮游细菌群落结构存在极显著差异(R=0.586,P<0.001)。在目分类水平上进行组间差异分析(Welch′s t-test),具有季节性丰度显著差异的类群共有15个(P<0.05),其中尤泽比氏菌目(Euzebyales)、红杆菌目(Rhodobacterales)、马尾藻海演化枝11(SAR11)、黄杆菌目(Flavobacteriales)、乳杆菌目(Lactobacillales)、芽孢杆菌目(Bacillales)、假单胞菌目(Pseudomonadales)在夏季样品中显著增高;海洋螺菌目(Oceanospirillales)、丙酸杆菌目(Propionibacteriales)、涅瓦菌目(Nevskiales)、弧菌目(Vibrionales)、伯克氏菌目(Burkholderiales)、分枝杆菌目(Mycobacteriales)、红螺菌目(Rhodospirillales)、亚硝化单胞菌目(Nitrosomonadales)在冬季样品中显著增高。夏季浮游细菌属的共发生网络表现出更复杂的网络拓扑结构。物种间的相互作用主要以正相关为主,且夏季(70.3%)高于冬季(68.9%)。Partial Mantel检验相关分析表明,浮游细菌群落与温度、盐度、溶解氧、总溶解氮和总溶解磷呈显著正相关(P<0.05)。其中,温度(R=0.326,P<0.001)和总溶解磷(R=0.512,P<0.001)与群落结构的相关程度较高,是显著影响浮游细菌群落结构的关键环境因子。综上,本研究成果,为进一步揭示北部湾海洋浮游细菌多样性,以及为茅尾海海域生态修复与资源利用提供科学参考依据。

种植绿肥对作物产量和细菌群落稳定性的影响

为深入研究青海高原地区长期种植绿肥,减施化肥条件下小麦/油菜产量及土壤理化性状及微生物群落的变化,通过2011年建立的定位试验,设GF0(毛苕子作为绿肥,不施用化肥)、GF60(毛叶苕子配施60%化肥)、GF70(毛叶苕子配施70%化肥)、GF80(毛叶苕子配施80%化肥)、GF90(毛叶苕子配施90%化肥)、GF100(毛叶苕子配施100%化肥)、F0(休耕并且不施化肥)、F100(休耕并且施用100%化肥)共8个处理,利用高通量测序等技术,研究了种植利用绿肥减施化肥条件下小麦和油菜的产量、土壤性质和微生物群落结构的变化特征.结果表明,在保证小麦、油菜不减产的基础上,种植绿肥后茬作物减施化肥达到30%左右.绿肥配施减量化肥对土壤肥力有显著的提升作用,特别是土壤有机碳和全氮含量有明显的提高,分别提高1.34%~7.46%、2.16%~7.48%.化肥与绿肥配施增强了土壤微生物群落多样性,其中酸杆菌门和变形菌门是本研究土壤中的优势菌群.共生网络分析表明,绿肥处理提高了细菌群落的稳定性和抗干扰能力,同时绿肥应用增加了细菌群落中的关键物种.本研究表明,不同土壤微生物丰度受种植模式、施肥量影响很大,长期种植绿肥、减施化肥提高了土壤微生物丰度和多样性,增强微生物群落的稳定性.种植绿肥条件下化肥减肥量30%左右保证作物稳产可为当地的施肥管理提供参考.

不同施肥处理下采煤矿区复垦土壤微生物功能多样性与共现性特征

土壤微生物功能多样性是土壤质量改善的重要指标,研究采煤矿区复垦土壤微生物功能多样性与共现性特征,对于矿区复垦及生态重建具有重要的理论和实践指导意义。本研究以玉米为复垦作物,采集了采煤矿区复垦1年后的撂荒(UL)、不施肥(CK)、施磷钾肥(PK)、单施化肥(NPK)、化肥解磷菌肥配施(NPKB)、单施有机肥(M)、有机肥化肥配施(MNPK)、有机肥化肥解磷菌肥配施(MNPKB)8个处理下的0~20 cm耕层土壤,利用Biolog-ECO微平板法结合多元分析对不同处理下土壤微生物群落的碳源利用情况、功能多样性和共现性特征进行探究。结果表明,复垦施肥能够显著提高土壤微生物对31种碳源的利用能力,并且可以显著提高土壤微生物群落的多样性和丰富度,其中MNPK处理与NPK处理的效果最佳。主成分分析(PCA)和双向聚类分析均表明,欠施肥处理组(UL、CK和PK)和完全施肥处理组(NPK、NPKB、M、MNPK和MNPKB)的组间碳源利用特征存在明显分异,而组内各处理的碳源利用图谱相似。完全施肥处理组的土壤微生物群落功能活性显著高于欠施肥处理组。共发生网络分析结果显示,与欠施肥处理组相比,完全施肥处理组微生物的碳源利用呈现出更强的网络共现性,拥有更复杂的网络组成。说明即使1年的短期复垦施肥处理也能明显提高采煤矿区的土壤微生物功能多样性,且NPK均衡的完全施肥处理有助于复垦土壤微生物恢复其复杂、稳定的群落结构,其中有机肥化肥配施与单施化肥的复垦效果最佳,在采煤矿区复垦实际中应用潜力更大。

增温对土壤丰富和稀有微生物的差异性影响

全球变暖深刻影响土壤微生物分布,目前的研究多关注丰富类群,对稀有物种关注较少。将稻田土壤置于5、15、25和35℃4个温度下培养96 h,采用高通量测序技术对土壤16S rDNA进行测序分析。研究表明,稀有类群的alpha和beta多样性均高于丰富类群。随温度升高,稀有类群的Chao1指数显著降低,而丰富类群的Pielou和Shannon指数降低更为明显。PCA分析表明,丰富类群和稀有类群均对温度表现出明显响应,且响应方式一致,但丰富类群更为敏感。另丰富类群PCA图与总细菌群落高度一致,表明丰富类群主导微生物群落结构。生态网络图中,丰富类群的度和中介中心性始终高于稀有类群,主导网络的复杂性。网络中的关键微生物既有丰富类群也有稀有类群,说明部分稀有类群在微生物群落构建同样起重要作用。

盐度影响珠江口浮游细菌形成特殊生态位

通过对珠江口水域进行水样的高通量测序,获得16S rRNA基因序列,分析结果表明,盐度是影响珠江口浮游细菌Alpha和Beta多样性的主要环境参数之一,并且低盐度样品中浮游细菌具有相对高的遗传多样性。将盐度分为低、中、高3个组,通过群落组成分析验证表明,该研究区域内总样本与盐度分组样本浮游细菌的优势菌和核心菌的分类学信息差异较大。总样本中优势菌是变形杆菌门,核心菌多为酸杆菌门。低盐度组样本中核心菌主要为C111科,中盐度和高盐度组均为OCS111科,来自酸杆菌门。低盐度浮游细菌与中高盐度浮游细菌的核心菌物种完全不重合。对盐度进行交叉细分,并对浮游细菌进行共发生网络分析,结果表明,细分的盐度分组下,珠江口浮游细菌群落形成紧密联系且彼此独立的模块,且模块内部物种组成关系复杂。

典型气田的指示微生物异常分子诊断:以杭锦旗气田为例

【目的】油气微生物勘探技术因其多解性小、信噪比高、受环境影响小和经济快速的特点,日益受到勘探者的重视。然而,多数微生物勘探应用是基于非原位的实验室培养分析,不能准确而全面反映漫长地质历史过程中油气资源微生物的原位动态变化规律。本研究以杭锦旗气田为例,分析气区上方和背景区的微生物群落结构和发育特征差异,识别地表油气微生物异常。【方法】对采集自杭锦旗的新召和什股壕大营圈闭土壤样本中细菌16S rRNA基因进行测序,结合理化参数,比较微生物多样性差异,分析理化参数对微生物分布的影响,识别微生物异常。通过共生网络分析,探索气藏上方地表土壤中微生物群落构建过程和功能组成。【结果】群落组成分析发现在杭锦旗地区,放线菌门和变形菌门是主要的微生物类群,占菌落总体丰度的72.47%,理化参数相关性分析表明该地区的微生物分布与理化参数无明显相关关系。群落多样性分析显示,气区和背景区的群落结构存在显著差异。共生网络分析发现气区微生物群落呈现出非随机性和连通性,表明确定性因素在微生物群落构建中占主导作用。模块化的共发生网络揭示微生物群落形成了特定的功能模块,不同模块的节点可能具有不同的功能。【结论】通过对杭锦旗气区和背景区的微生物多样性分析发现了新召和什股壕气区的指示菌属。根据对杭锦旗气区的共生网络分析,发现关键指示类群为出芽单胞菌属、土壤红色杆形菌属、假诺卡氏菌属、短芽孢杆菌属、气微菌属和类诺卡氏菌属,主要的功能模块包括碳氮循环和有机物质降解模块,共同参与气田上方土壤中烃类物质的降解。

我国五大淡水湖泊湿地土壤细菌和古菌群落的地理分布及共现性特征

淡水湖泊湿地生态系统中,微生物在生物地球化学循环和能量流动方面具有重要作用,是湿地行使其生态功能的重要参与者。以我国五大淡水湖泊湿地为研究对象,基于16S rRNA基因测序数据的分析,利用距离衰减关系模型、冗余分析、Mantel检验、方差分解分析和共发生网络分析探究了土壤细菌和古菌群落构建在不同湖泊湿地之间的差异及其共现性特征。结果发现:在地理气候因子(样点经纬度、海拔和年均降水)与土壤理化因子(pH,TOC,NH4+-N和NO3--N)的共同驱动下,五大淡水湖泊湿地细菌和古菌群落存在显著的生物地理分布特征;各湿地共有的优势类群和具有共发生网络模块化结构的微生物类群,是参与湿地生态系统中产甲烷、甲烷氧化、硫酸盐还原、硝化等一系列核心生物地球化学过程并相互依存或竞争的类群。虽然五大淡水湖泊在微生物群落组成上存在一定的生物地理学差异,但微生物群落在湿地生态系统中所发挥的功能方面联系紧密,更具整体性。

阴虚质、平和质女性渐衰期血液生化指标与肠道菌群多样性特征分析

目的:分析阴虚质与平和质女性在渐衰期血液生化指标和肠道菌群方面的差异,丰富"体衰相关论"的内涵。方法:按照《中医体质分类与判定标准》在北京市自然人群中招募35~49岁的女性志愿者60人,分为阴虚质组和平和质组各30人,并进行血液和粪便取样。对血液样本运用生化法进行分析;对粪便样本运用16s rDNA测序技术进行肠道菌群特征分析并绘制共发生网络图(Network图)进行讨论。结果:血液生化指标方面,与平和质组比较,阴虚质组三酰甘油、血红蛋白、血小板分布宽度、血小板体积、红细胞分布宽度标准差、大血小板比例的数值均较低,白细胞、红细胞分布宽度变异系数的数值均较高。肠道菌群特征方面,阴虚质组的菌群门类为厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门和疣微菌门,比平和质组多了疣微菌门;阴虚质组平均相对丰度最大的前3位菌属从大到小依次为不明韦荣球菌科属、不明瘤胃菌科属和考拉杆菌属,而平和质组为不明瘤胃菌科属、分节丝状菌属和寡养单胞菌属;阴虚质组存在负相关关系的菌属,其中关系最复杂的是拟杆菌属,平和质组不存在负相关关系菌属。结论:渐衰期的阴虚质女性比平和质脂肪合成降低,食物消化吸收率降低,炎症反应更明显,各类贫血和血管性疾病等发病风险更高,免疫功能相对下降,机体具有更明显的衰老特征,为"体衰相关论"提供一定的微观依据。