岱海水体及沉积物细菌多样性及群落组成特征

采用高通量测序技术,研究了内蒙古岱海流域入湖河流、湖水及沉积物细菌多样性及群落组成.结果显示,细菌多样性从高到低依次为：沉积物>河流>湖泊.聚类分析表明入湖河流、湖水和沉积物细菌群落可分为明显不同的3支,说明这3种生境中细菌群落结构有较大差异.物种注释结果表明,河流中优势细菌菌群为髌骨细菌(Patescibacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria);湖水中优势细菌菌群为放线菌门(Actinobacteria);而沉积物中优势细菌菌群为变形菌门和绿弯菌门(Chloroflexi).典范对应分析及Monte Carlo检验表明,电导率和悬浮物含量对水体中(河流与湖泊)细菌群落影响显著,二者共解释了细菌群落变化的86.5%;而冗余分析及Monte Carlo检验表明,泥深、磁化率和总有机碳对沉积物中细菌群落影响显著,三者共解释了细菌群落变化的47.9%.近30年来,岱海地区气候变化和人类活动导致湖水咸化,沉积物碳氮指标显著增长.岱海水体及沉积物细菌多样性及群落组成的差异及其主要驱动因...     

太湖富营养化湖区秋季水体和沉积物中硝化微生物分布特征及控制因素

微生物参与下的氮循环是富营养化湖泊十分重要的生物地球化学循环过程.采用基于amoA功能基因和16S rRNA基因的荧光定量PCR、PCR-DGGE与高通量测序等分子生物学技术,调查秋季太湖不同水体和表层沉积物中氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)群落丰度和组成,探讨影响硝化微生物分布的关键环境因子.结果表明,中度富营养化的梅梁湾湖区水体表层、中层和底层水样和表层底泥中AOA amoA基因的丰度分别低于轻度富营养化的湖心区,而不同层水样中AOB amoA基因的丰度分别高于湖心区.梅梁湾湖区和湖心区水样中AOA群落组成基本相似,2个湖区表层沉积物样品中AOA群落组成亦基本相似,水体中AOA群落组成与表层沉积物中AOA群落组成有差异,AOA群落丰度显著受硝态氮、pH和DO影响;表层沉积物中AOB群落丰度有明显差异且显著受总氮含量影响,表层沉积物中NOB群落丰度也有明显差异且显著受亚硝态氮含量影响.太湖梅梁湾湖区和湖心区水体与表层沉积物AOA群落包括Nitrosopumilium和Nitrosotalea两大属;表层沉积物AOB群落主要包括亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)和亚硝化螺菌(Nitrosospira)两大属,NOB群落主要包括硝化刺菌(Nitrospina)和硝化螺菌(Nitrospira)两大属,其中硝化螺菌属是淡水湖泊中比较少见的亚硝酸盐氧化菌.影响太湖水体和沉积物中AOA和AOB丰度的最主要环境因子为总氮、总磷与铵态氮.研究表明典型富营养指标(总氮、总磷、铵态氮、硝态氮和硝态氮等)是影响太湖梅梁湾和湖心区水体和沉积物中AOA或AOB丰度以及硝化微生物群落丰度的重要因素.     

细菌群落在神农架大九湖泥炭藓与表层沉积物的垂向变化及其生态意义

为了探讨泥炭藓共生细菌和泥炭表层沉积物细菌群落的垂向变化以及它们在湿地生态系统中的作用,对大九湖泥炭湿地泥炭藓植株的不同部位和下伏泥炭沉积物进行了分层采样.利用克隆文库和荧光定量PCR技术对样品中的细菌进行了定性和定量分析.结果表明,尽管细菌的16S rRNA基因拷贝数在同一个数量级(108个拷贝/克样品),并以变形菌和酸杆菌占优势,但细菌群落组成由泥炭藓上部至下部再到泥炭沉积物不同深度存在显著的空间变化.泥炭藓上部以蓝细菌(Cyanobacteria)和a变形菌门(alpha-Proteobacteria)为主,中部则以酸杆菌门(Acidobateria)为主,泥炭藓下部和最表层泥炭以?变形菌门和酸杆菌门为主,地表以下的泥炭样品以酸杆菌门占优势.细菌组成的这种空间分布规律与细菌的生态功能密切相关.泥炭藓上部的蓝细菌通过光合作用与泥炭藓共生.酸杆菌门的细菌一方面能适应泥炭湿地低pH的环境条件,另一方面还在泥炭藓植株的降解及泥炭的形成中发挥重要作用,并可能参与泥炭湿地酸性条件的形成.在泥炭藓不同部位均发现了甲基胞囊菌科(Methylocystaceae)的克隆,暗示甲烷氧化不仅局限于泥炭藓死亡的透明细胞中,而是在泥炭藓的整个植株中均可能存在着活跃的甲烷氧化过程.这一工作对深刻理解和定量研究泥炭地的微生物地球化学过程,特别是甲烷通量以及甲烷循环具有重要意义.     

太湖水体和沉积物细菌群落分布格局及其驱动因素

水体和沉积物是湖泊生态系统中迥异但又紧密相连的两类生境,栖息在这两类生境中的细菌在维持生态系统平衡和驱动元素循环中起着关键性作用。为了探究湖泊水体和沉积物细菌群落的分布格局,本文对太湖四个湖区水体和沉积物中细菌群落进行调查,基于高通量测序技术和统计分析手段,分析这两类生境中的细菌群落组成和多样性水平、分布特征及其驱动因素。结果表明:放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和蓝细菌门(Cyanobacteria)是水体细菌群落中最主要的细菌门,而沉积物中Proteobacteria占据优势地位。在两类生境中,太湖西部区域细菌群落丰富度和独特性(LCBD)相对较高,各区域群落结构表现出显著性差异。对水体而言,电导率、pH值、PC1(重金属组成)和沉积物孔隙度是驱动细菌丰富度的重要因子,PC1、水温及pH值是影响细菌群落LCBD的重要因子,而细菌网络复杂性随pH值的增加而增加,且在高pH环境中占主导地位;对沉积物而言,其丰富度和LCBD的重要影响因子均是沉积物中总磷和锂,细菌网络复杂性随金属元素施加的环境压力增大而降低,但随总磷、磷酸盐和铵态氮浓度的...     

城市河流细菌群落特征及影响因素——以鄱阳湖流域赣江南昌段为例

为了了解赣江细菌群落特征,探讨环境因子对城市河流细菌群落结构组成的影响,本文基于高通量测序分析鄱阳湖流域赣江南昌段2015年4月至2016年3月5个采样点(G1~G5)的细菌群落特征.采用R语言"Vegan"程序包中的"Bioenv"程序、冗余分析方法分析环境因子对河水细菌群落的影响,基于Bayesian统计方法的Source Tracker模型估算南昌城区对赣江细菌群落的改变比例.结果表明:赣江南昌段的优势菌门为放线菌门(Actinobacteria,34.05%)和变形菌门(Proteobacteria,31.59%),其次为厚壁菌门(Firmicutes,15.49%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,9.12%);气温和流量是河流细菌群落主要影响因子,其中气温是影响OTU丰度的最佳单参数,影响门丰度的最佳单参数是流量;水文气象条件(气温和流量)对河流细菌群落的影响大于水化学指标,包括营养盐(溶解有机碳、总磷和铵态氮)、水化学离子(HCO_3~-、Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)、Na~+、K~+和Mg~(2+))和重金属元素(Mn、Cd、Cr、Pb、Cu、As、Ba和Fe).除Proteobacteria外,其余门的细菌相对丰度在5个采样点之间不存在显著差异;Source Tracker模型结果表明南昌城区对赣江细菌群落结构组成的影响为6.33%~34.67%,对赣江南支细菌群落的影响显著高于其他河段;南昌城区对细菌群落的影响较小,主要的影响门类为Proteobacteria.     

珠江下游浮游细菌群落结构的时空分布特征

浮游细菌群落对河流变化具有高度响应性,并可能影响河流生境的生物地球化学过程.因此,了解浮游细菌群落的时空特征,阐明其在河流生态系统中的生态功能具有重要科学意义.于2016年6月和12月对珠江下游浮游细菌群落结构的时空特征进行调查研究,并采用16S rRNA高通量测序技术对样品组分进行分析.结果表明细菌群落主要由变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、抗微菌门(Verrucomicrobia)和蓝细菌门(Cyanobacteria)组成.其中变形菌门相对丰度最高,主要包括β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria).季节上,丰水期Shannon-Wiener和Chao 1多样性指数高于枯水期其中芽孢杆菌纲(Bacilli)和黄杆菌纲(Flavobacteriia)差异显著;空间上,珠江下游可分为西江沿线、珠三角河网中部和广州市周边3个区域.采用RDA分析表明水温(WT)、溶解氧(DO)、磷酸盐(PO_4~(3-)-P)、硅酸盐(SiO_4--Si)、总磷(TP)和透明度(SD)是驱动细菌群落变化最显著的环境因子,可影响细菌的增殖代谢.其中WT和SD是影响季节差异的重要因素将丰水期和枯水期区分开;而DO、化学需氧量(COD)和营养盐(PO_4~(3-)-P、SiO_4~(2-)-Si、TP)是影响空间差异的重要因素将西江沿线、珠三角河网中部和广州市周边区分开.PICRUSt功能预测分析表明,转运体(Transporters)、ABC转运体(ABC transporters)、DNA修复和重组蛋白(DNA repair and recombination proteins)等是珠江下游浮游细菌群落所表达的主要功能其中转运体和ABC转运体功能丰水期明显高于枯水期.研究结果可为珠江下游生态环境保护提供科学参考依据.     

青藏高原东北部湖泊细菌群落结构特征季节性差异及驱动机制

微生物是湖泊生态系统重要的有机组分。了解不同时期青藏高原湖泊细菌群落特征、环境驱动因子及其群落构建过程的差异,对高原湖泊水生态管理具有重要的指导意义。分别于2020年6和12月采集青藏高原东北部5个湖泊水样,基于高通量测序技术、统计分析和模型分析,解析高原湖泊群在非冰封期和冰封期细菌群落结构、环境驱动因子和中性过程、确定性过程以及随机性过程在细菌群落构建过程的贡献。结果表明：（1）非冰封期湖泊细菌群落的Chao1丰度指数、Simpson和Shannon多样性指数低于冰封期,Spearman相关性分析结果表明非冰封期细菌群落的Chao1丰度指数和多样性指数与水温和海拔显著相关,而冰封期细菌群落的Chao1指数和多样性指数与总氮显著相关;（2）水体细菌群落的优势门均为变形菌门（Proteobacteria）,非冰封期细菌中拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）的平均相对丰度明显高于冰封期。另外,主坐标分析和相似性分析结果表明非冰封期和冰封期的细菌群落组成差异极显著;（3）冗余分析结果表明不同时期湖泊群细菌群落结构的...     

基于环境DNA宏条形码的丹江口水库浮游生物多样性及群落特征

为了解丹江口库区浮游生物群落的多样性,本研究于2020年7月在丹江口库区丹库、汉库和入库支流等区域共计9个样点采集水体样品,抽滤并提取总DNA样本后,基于18S和16S分子标记进行单分子实时测序,分别探究真核和原核浮游生物群落的多样性及其群落特征.结果表明：（1）真核浮游生物群落的主要优势类群包括节肢动物、链型植物、绿藻门、硅藻门等;本研究在种水平上鉴定出库区分布广泛且相对丰度较大的物种,包括弯曲隐藻、对蛋白核隐藻和空球藻等,它们与库区化学需氧量密切相关;库区化学需氧量是影响真核浮游生物群落格局的重要环境因子.（2）原核浮游生物群落的主要优势类群为变形菌门;原核生物中相对丰度较大的不动杆菌Acinetobacter是污水污染的指示菌群;群落中起重要作用的Limnohabitans与水体的富营养化密切相关;尽管库区蓝藻相对丰度较低,但与蓝藻关系密切的CL500-29_marine_group和hgcI_clade两类细菌在浮游生物群落中也起着重要作用;原核生物群落中的各类物种均指示丹江口水库的水生态健康存在一定风险,需要加强监测以预防生态环境的恶化.（3）丹江口水库不同区域的浮游生物群落异质性较大,tb-RDA分析显示丹江口的浮游生物群落可以分为丹库型、汉库型和入库支流型,其组间差异要大于组内差异.综上所述,丹江口水库的浮游生物群落具有明显的空间异质性,整个库区的群落结构与水体富营养化、水体有机污染和污水污染等方面相关,需要加强对丹江口库区的水生态监测.     

细菌群落组成对微囊藻水华分解过程的响应

为探究细菌群落组成对微囊藻水华腐败分解过程的响应,在太湖梅梁湾沿岸进行为期11 d的原位围隔实验,模拟蓝藻水华聚集分解过程,并监测了此过程中水体环境因子和细菌群落组成.结果表明,水体理化因子和细菌群落组成在微囊藻水华分解的过程中发生了显著变化.冗余分析显示细菌的群落组成与水体氧化还原环境(溶解氧或氧化还原电位)、pH值、浮游植物生物量和营养盐浓度(总磷、硝态氮浓度)密切相关.研究还发现了某些与微囊藻水华分解密切相关的特殊细菌类群,其中隶属于黄杆菌科(拟杆菌门)的一个类群在微囊藻厌氧分解的阶段占据显著优势,其功能有待于进一步研究.     

洞庭湖和鄱阳湖水体细菌空间分布特征及驱动机制

为了探讨洞庭湖和鄱阳湖水体细菌的群落组成、空间分布特征及其驱动机制,于2017年9月,采用高通量测序技术、基于16S rRNA分子标记进行单分子测序,分别对两湖共57个位点的水体细菌群落组成进行了研究,同步监测了水体的理化指标。结果表明：洞庭湖和鄱阳湖共发现水体细菌20门42纲93目191科533属,在门水平上,洞庭湖和鄱阳湖的水体细菌组成均以放线菌门、蓝细菌门和变形菌门为主;主成分分析结果表明,两湖水环境条件有显著性差异,鄱阳湖的空间差异性大于洞庭湖;Mantel分析表明显著影响蓝细菌类群和其他类群组成的因素较为一致,在洞庭湖以物理环境因子和营养盐因子为主,而鄱阳湖以物理环境因子为主;零模型分析结果显示随机性过程为两湖水体细菌的群落构建机制的主要成分,占比分别为58.8%和79.7%。总体来说,鄱阳湖水环境空间异质性更高,水体细菌受到一些水文水动力学因子介导的物理环境因子影响,且其群落构建机制由随机性过程主导;洞庭湖水环境空间异质性较低,水体细菌受到物理环境因子和营养盐因子的共同影响,其群落构建机制由随机性过程和确定性过程共同决定。认识两湖水体细菌在空间上的分布及影响因素差异,对两湖...     

丹江口水库浮游植物群落时空变化及其与环境因子的关系

研究丹江口水库在完成高水位蓄水期间浮游植物群落的时空动态特征可为丹江口水库的水质保护与生态系统结构优化及健康管理提供一定科学依据。本研究基于2018—2020年的水库浮游植物监测数据,结合同期水库水体的理化参数,分析了丹江口水库浮游植物在不同年度、季度及空间的变化特征,以及影响浮游植物群落结构变化的主要环境因子。结果显示该区域共检测出浮游植物7个门类,其中蓝藻门、硅藻门、绿藻门、隐藻门为优势类群。2018—2020年浮游植物年均密度分别为1.96×10⁶、2.55×10⁶和5.07×10⁶ cells/L,呈现出逐年增高趋势。浮游植物季度密度表现为秋季>夏季>春季>冬季,在夏秋季节蓝藻门和绿藻门占优势,春冬季节硅藻门和隐藻门占优势,同时硅藻门在四季中均占据生长优势。空间上库区浮游植物密度明显高于支流,且汉江库区浮游植物密度高于丹江库区,其中蓝藻门和绿藻门主要在库区大量出现,而支流则以硅藻门和隐藻门为主。RDA分析显示,影响丹江口水库浮游植物的主要环境因子是水温,其次为化学需氧量、氨氮和总磷。在不同季节和...     

动态调水过程水文和理化因子共同驱动丹江口水库库湾浮游植物季节变化

丹江口水库是南水北调中线工程水源地,库湾是水库型湖泊水质安全敏感区,动态调水过程库湾水质直接关系到调水安全.为探究动态调水过程中丹江口水库库湾浮游植物季节变化规律和驱动因子,2018年7月—2019年7月,从丹库入库口到渠首调水口,按季节对18个样点进行水质和浮游植物群落组成分析.从整个丹库来看,浮游植物全年总丰度变化范围为0.43×10~3～4.7× 10~6 cells/L,夏季最高,秋季最低;Shannon-Wiener指数春季最高,秋季最低.春季群落为硅藻—绿藻型,夏季为绿藻—硅藻型,秋季为蓝藻型,冬季为蓝藻—绿藻—硅藻型,秋季蓝藻相对丰度最高.位于丹库准保护区内的库湾胡寨,秋季水体电导率、总氮、总磷和叶绿素a浓度最大,蓝藻丰度最高.从入库口经库湾到调水口,浮游植物群落组成存在明显演替.从水文因子来看,秋季水库水位较高,调水流速和流量增加,线性回归分析表明,水位对ShannonWiener指数的影响最为明显,水位越高则多样性指数越低;流量和流速与Shannon-Wiener指数也呈负相关,但相关性较低.方差分解分析发现,水文因子和理化因子共同影响了浮游植物群落组成;偏Mantel分析显示3个库湾浮游植物群落组成与水温、氧化还原电位、化学需氧量、总氮和总磷浓度相关;典范对应分析也表明,总氮是影响库湾浮游植物群落组成最显著的环境因子.人类干扰活动改变了库湾水质理化性质,强干扰提高了蓝藻门丰度.因此,控制库湾人类干扰强度,尤其在水位和调水量较高的秋季,对于改善水体藻类组成、保护整个丹江口水库水质具有重要意义.     

Temporal changes in Sphingomonas and Mycobacterium populations in mangrove sediments contaminated with different concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)

The change in community diversity and structure of the indigenous, dominant, polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH)-degrading bacterial genera, Sphingomonas and Mycobacterium, due to contamination in the environment is not very well known. A combination of PCR-DGGE with specific primers and a cultivation-dependent microbiological method was used to detect different populations of Sphingomonas and Mycobacterium in mangrove sediments. The structure of the entire bacterial community (including Sphingomonas) did not show a shift due to environmental contamination, whereas the diversity of Mycobacterium populations in mangrove sediments with higher PAH contamination increased from exposure between Day 0 and Day 30. The isolated Mycobacterium strains migrated to the same position as the major bands of the bacterial communities in Mycobacterium-specific DGGE. A dioxygenase gene system, nidA, which is commonly found in PAH-degrading Mycobacterium strains, was also detected in the more highly contaminated sediment slurries. The present study revealed that Mycobacterium species were the dominant PAH-degraders and played an important role in degrading PAHs in contaminated mangrove sediments.     

丹江口水库浮游植物时空变化特征

为研究丹江口浮游植物的群落特征,探讨影响浮游植物时空分布的环境因子,于2014年5月2015年4月对丹江口水库进行了为期1年的调查.此次调查共采集到浮游植物66种,隶属于7门21科38属.浮游植物全年平均生物量为0.35 mg/L,平均密度为9.08×10~5cells/L.优势种为脆杆藻、小环藻、直链藻和栅藻,其中脆杆藻所占比例最大,平均生物量为0.089 mg/L,占总生物量的25.43%.近些年丹江口水库营养水平的提高可能是脆杆藻生物量升高的主要原因.绿藻和蓝藻在夏季大量繁殖,硅藻为春、秋和冬季优势门类.汉江库区浮游植物生物量大于丹江库区,两个库区的浮游植物种类组成存在明显的差异,丹江库区优势门类为硅藻门,而汉江库区为绿藻门.浮游植物生物量与环境因子的相关分析表明,浮游植物生物量的主要影响因子是总磷浓度、pH值和溶解氧浓度.RDA分析表明,影响浮游植物组成的主要环境因子是溶解氧浓度、pH值、总磷浓度和水温.为控制浮游植物的生物量,防止其异常增殖造成水华,应严格控制外源营养盐特别是磷元素的输入.本研究可为丹江口水库的水质改善及富营养化防治提供一定的科学依据.     

不同生态处理方法对黑臭河道底泥细菌多样性与群落结构的影响

底泥细菌代谢是城市河道底泥代谢物的主要来源,最终决定城市河道的生态状况.本文研究了黑臭河道底泥经添加硝酸钙、生物促生剂和种植沉水植物处理后底泥中细菌群落结构的响应,以期为城市黑臭河道细菌群落的改善和综合治理提供理论依据.实验结果表明:经过不同生态处理后,上覆水中,添加硝酸钙组总氮(TN)含量显著高于对照组,添加生物促生剂组溶解氧浓度显著高于对照组.沉积物中,所有处理组的氧化还原电位值(ORP)均显著高于对照组,种植沉水植物组和添加硝酸钙组TN含量均显著低于对照组,沉积物理化性质得到一定改善.对不同生态处理组底泥细菌群落的研究发现,处理组底泥细菌群落产生了较大变化,且不同处理组细菌群落变化不同,生物促生剂组底泥中细菌的Sobs指数和Chao 1指数显著高于对照组和硝酸钙组,且生物促生剂组Shannon指数和PD指数显著高于硝酸钙组.Proteobacteria(Deltaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria)、Chloroflexi、Firmicutes、Bacteroidetes和Spirochaetae是各实验组的主要优势菌门;非度量多维尺度分析表明:硝酸钙和生物促生剂的投加可明显改变底泥细菌群落结构组成.在属水平上,uncultured_Anaerolineaceae、Ferribacterium、uncultured_Xanthomonadales_Incertae_Sedis是导致底泥细菌群落发生变化的主要菌属.冗余分析结果表明,底泥ORP的变化是驱动细菌群落结构变化的关键环境因素.     

Impact of anthropogenic activities on the sediment microbial communities of Baiyangdian shallow lake

Microorganisms are recognized as sensors of external disturbance in freshwater ecosystems.In this study,sediment samples from regions with strong human activity interference(four sites),moderate human activity interference(five sites) and minor human activity interference(five sites) in Baiyangdian Lake were collected;and their physiological and chemical properties and heavy metals contents were analyzed.The structures of bacterial and fungal communities were tested using 16 S ribosomal Ribonucleic Acid(rRNA) and Internal Transcribed Spacer 2(ITS2) high-throughput sequencing technologies.The results indicated that Proteobacteria was the most abundant bacterial phylum.Ascomycota,Basidiomycota and Ciliophora were the dominant phyla of fungi.Obvious differences of microbial genera among the three regions we re obse rved,especially fungal genera.With intensified disturbance by human activities,the Simpson and Shannon indices of bacteria significantly decreased.The fungal communities were clustered into three groups in accordance with the different human disturbance levels.The bacterial communities of sediment samples under moderate and minor human disturbance appeared similar,but different from those under strong human disturbance.Redundancy analysis indicated that zinc,total phosphorus,copper,and lead were the dominant factors that influenced the bacterial community.Nitrifiers and sulfate-reducing bacteria were influenced by pH,nitrate(NO3),and total nitrogen.The fungal community was significantly affected by total phosphorus.This study reveals that sediment microbial community structures among different regions of a shallow lake are mainly impacted by human activities.