不同调酸剂对种植玉米红壤微生物群落的影响

为研究红壤微生物丰度和群落组成对不同调酸剂的响应,分析影响碳/氮关键代谢过程微生物的变化,通过盆栽实验,设置不施肥（CK）、钙镁复合剂（L）、钙镁复合剂配施猪粪（ML）和钙镁复合剂配施秸秆（SL）4个处理,采用宏基因组测序技术,分析土壤细菌、真菌和古菌以及碳/氮代谢关键过程微生物。结果表明：L、ML和SL处理显著提高土壤pH值和交换性钙/镁,显著降低土壤交换性酸。调酸剂增加了细菌优势菌中的变形菌门相对丰度,降低了绿弯菌门和酸杆菌门相对丰度;降低了真菌优势菌中的毛霉菌门相对丰度;增加了古菌优势菌中的广古菌门和深古菌门的相对丰度,降低了奇古菌门的相对丰度。冗余分析结果显示,速效钾是影响土壤细菌和真菌群落结构的主要环境因子,土壤pH和有机碳是影响土壤真菌和古菌群落结构组成的关键因子。碳代谢过程的贡献度方面,变形菌门的贡献度在SL处理中最高,放线菌门和芽单胞菌门的贡献度在ML处理中最高。氮代谢过程中,各处理绿弯菌门对硝化作用的贡献率均超过80%。调酸降低了绿弯菌门和酸杆菌门在反硝化与硝酸盐异化还原过程中的贡献度,L与SL处理的变形菌门贡献度低于ML处理,而ML处理的放线菌门贡献度高于L与SL处...     

宏基因组技术构建土壤宏基因组文库研究进展

土壤中大部分的微生物不能被培养,从而限制了对土壤微生物的开发利用,宏基因组技术可以解决这一难题,成为开发微生物资源的一种工具.阐述了宏基因组文库的构建、土壤宏基因组文库的特点及筛选文库获得的一些成果,并分析了构建土壤宏基因组文库存在的问题.     

基于宏基因组学方法分析施肥模式对设施菜田土壤微生物群落的影响

[目的]采用宏基因组测序技术,研究施肥对细菌、真菌和古菌群落组成和结构的影响,为设施菜田可持续健康发展提供科学依据.[方法]设施蔬菜施肥长期定位试验始于2009年,试验地位于天津市西青区,为春季番茄和秋冬季芹菜轮作体系.在春茬番茄(第20茬蔬菜)盛果期,选择定位试验中的6个等氮磷钾投入处理,包括全部使用化肥氮(4/4C...     

海子水牛瘤胃微生物的宏基因组学分析

为系统探讨海子水牛瘤胃内的微生物组成及木质纤维素降解酶系,本试验利用基于高通量测序的宏基因组学技术对海子水牛(2.5岁左右,平均体重为493 kg)瘤胃液样本进行组学分析。结果表明,共获得了77 283 638条reads,并拼接出744 712个scaffold。经prodigal分析后,共预测出827 044个基因。通过基因注释发现海子水牛瘤胃中含有多种木质纤维素降解微生物,如生黄瘤胃球菌(Ruminococcus flavefaciens)、白色瘤胃球菌(Ruminococcus albus)、产琥珀酸丝状杆菌(Fibrobacter succinogenes)及栖瘤胃普雷沃氏菌(Prevotella ruminicola)。此外,还发现有38 011个基因编码蛋白质具有木质纤维素降解酶活性,其中糖苷水解酶(GH)基因数量最多(17 877个),糖基转移酶(GT)(8 637个)、碳水化合物结合模块(CBM)(4 693个)和碳水化合物酯酶(CE)基因(4 214个)数量次之,多糖裂合酶(PL)(1 296个)和辅助氧化还原酶(AA)基因(934个)数量较少。在GH基因中,归属于GH2、GH43、GH97、GH3家族的基因较多,且编码蛋白质具有寡糖降解酶活性的基因数量最多。此外还发现了少量的纤维小体组分蛋白基因。结合其他物种肠胃宏基因组中GH基因比对分析,发现海子水牛瘤胃中的纤维素酶、半纤维素酶和分支降解酶比例与奶牛瘤胃较为接近。由此可见,海子水牛瘤胃内含有丰富的木质纤维素降解微生物及酶系,这将为筛选具有工业应用潜力的酶基因奠定理论基础。     

不同碳源对凡纳滨对虾育苗标粗水体生物絮团的结构、营养成分、细菌群落及其水质的影响

为研究凡纳滨对虾育苗标粗阶段生物絮团形成所需要的适合碳源,设计3种不同碳源添加组(葡萄糖组、淀粉组和蔗糖组),每个处理组设置3个重复,实验期20 d,以分析不同碳源添加后对水体生物絮团的形成、营养成分、细菌群落结构及水质指标的影响。结果显示,在碳源添加量均为投喂量的80%时,形成的生物絮团可有效调节水质,降低水体中的氨氮和亚硝酸盐氮水平。3个碳源添加组水样中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度显著低于对照组,淀粉组水样中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度显著高于葡萄糖组和蔗糖组;最终对虾存活率统计结果显示,葡萄糖组、淀粉组、蔗糖组和对照组分别为72.9%、54.2%、69.8%和44.3%;淀粉组的生物絮团沉降体积(BFV)显著低于葡萄糖组,蔗糖组BFV最高,在13～15 d后3组均趋于稳定;葡萄糖组和蔗糖组的粗蛋白含量均显著高于淀粉组,葡萄糖组和蔗糖组则差异不显著;葡萄糖组和蔗糖组生物絮团中组氨酸、精氨酸、蛋氨酸等必需氨基酸和天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸等非必需氨基酸含量都显著高于淀粉组;葡萄糖组、淀粉组和蔗糖组的必需氨基酸指数(EAAI)值分别为0.93、0.89和0.92。3种类型生物絮团在门级水平的细菌群落共有18余种,其中变形菌门和拟杆菌门在各组占有比例均最高,淀粉组拟杆菌门含量显著高于其他2组,蔗糖组浮霉菌门和放线菌门含量显著高于葡萄糖组和淀粉组。研究表明,添加不同碳源可影响水体生物絮团的形成、营养成分、细菌群落结构和多样性,不同程度地改善水质。以必须氨基酸指数及存活率为评价指标,则葡萄糖和蔗糖都是凡纳滨对虾育苗标粗水体中适宜的碳源选择。     

温泉土壤宏基因组文库构建及普鲁兰酶筛选

[目的]构建温泉土壤宏基因组文库并进行普鲁兰酶活性筛选,以期获得高活力、耐高温的新型普鲁兰酶基因.[方法]采用间接法提取温泉土壤样品中宏基因组DNA,经Sephadex G200（含2％ PVPP）凝胶柱和电洗脱两步纯化后,扩增16S rRNA序列,通过序列比对和系统发育进化树分析温泉土壤微生物的多样性;然后以pCC1FOS为载体构建温泉土壤宏基因组文库,并对所获得的宏基因组文库进行活性筛选.[结果]利用宏基因组技术提取温泉土壤样品中微生物的基因组DNA,构建了一个约含1 146个克隆的温泉土壤16S rRNA文库,经遗传进化分析,发现温泉土壤样品中的大部分微生物未被研究过,主要来源于厚壁菌门（Firmicutes）,其次为恐球菌—栖热菌门（Deinococcus-Thermus）和变形杆菌门（Proteobacteria）.用提取获得的宏基因组DNA成功构建了温泉土壤微生物宏基因组Fosmid文库,文库约含2.7万个克隆,平均插入片段长度为40.0 kb,文库外源DNA总容量为1.2×10^9bp;通过活性筛选共获得9个可表达普鲁兰酶活性的克隆.[结论]宏基因组文库技术是获取极端环境微生物新酶的有效手段,可为进一步挖掘普鲁兰酶的应用潜力及研究其耐热机理奠定基础.     

基于宏基因组的青海农用沼气池微生物组成和功能分析

以产气性能不同的青海农用沼气池为研究对象,利用宏基因组技术分析了全年温度最高和最低时期污泥样品的微生物组成和功能特征。物种注释显示发酵系统中蕴藏着丰富的微生物种群。在细菌类群中,拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门丰度最高,占所有菌群相对丰度的72. 37%～74. 00%,参与关键的发酵作用。在4种样品中,互养菌门(相对丰度1. 62%～4. 73%)丰度偏低,与沼气产气的变化规律相一致,可能是沼气生产重要的功能类群。在属水平上,优势类群依次是海螺菌属(相对丰度6. 75%)、梭菌属(相对丰度4. 56%)、密螺旋体属(相对丰度3. 60%)和假单胞菌属(相对丰度3. 01%)。古菌类群中,产甲烷菌属(相对丰度25. 41%～31. 65%)是最优势类群,也是最主要的产气功能类群。功能注释表明,产气好比产气差的样品具有更多的有效基因,参与甲烷代谢相关路径的功能基因丰度更高。在样品中,甲烷代谢途径涉及的氢代谢-营养型产甲烷菌参与CO2还原反应,所有代谢通路完整,且产气好的样品功能酶基因丰度趋高。研究结果表明,在青海农用沼气发酵系统中,甲烷产生的途径主要依赖于H2氧化/CO2还原的合成。     

基于宏基因组学方法分析化肥减施对热带地区菜地土壤微生物群落的影响

为了探究化肥减量配施有机肥对热带地区蔬菜轮作土壤细菌、真菌和古菌群落组成和结构的影响,在海南省文昌市开展田间定位试验,采用宏基因组测序技术分析不同施肥方式下土壤细菌、真菌和古菌群落结构和组成的变化特征,并结合土壤理化性质,探究不同施肥处理下驱动细菌、真菌和古菌群落变化的关键土壤环境因子。结果表明：与全量化肥配施有机肥（M100NPK）相比,化肥减量75%配施有机肥（M75NPK）提高了土壤SOM、TN、NH₄⁺-N和NO₃^--N的含量,化肥减量50%配施有机肥（M50NPK）处理提高了土壤TK和AK的含量。3种施肥处理（M50NPK、M75NPK和M100NPK）显著增加了土壤细菌、真菌和古菌群落的丰度。与M100NPK处理相比,M50NPK和M75NPK增加了细菌群落主要优势菌门中变形菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteria）的相对丰度,而降低了放线菌门（Actinobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）的相对丰度,同时也增加了真菌群落主要优势菌门中担子菌门（Basidiomycota）的相对丰度,降低了子囊菌门（Ascomycota）的相对丰度;古菌群落主要优势菌门中奇古菌门（Thaumarchaeota）的相对丰度在M75NPK处理呈现增加趋势,在M50NPK处理呈现降低趋势。与不施肥（CK）处理相比,M50NPK、M75NPK和M100NPK增加了土壤细菌和真菌的Shannon指数和Ace指数,而降低了土壤细菌和真菌的Simpson指数,同时也增加了土壤古菌的Simpson指数,但降低了土壤古菌的Shannon指数和Ace指数。可是施肥处理之间Alpha多样性均无显著性差异。土壤细菌、真菌和古菌群落结构组成对不同化肥减量配施有机肥的响应无显著性差异。土壤pH、TP、TN、SOM和AK是导致细菌、真菌和古菌群落结构变化的主要驱动因子。研究结果表明,与M75NPK和M100NPK相比,M50NPK不会改变土壤性质、微生物群落多样性和结构,但可降低过量化肥施用可能带来的环境风险。因此,M50NPK是热带地区蔬菜种植的优化施肥方式。     

瘤胃微生物基因组文库中BAC末端序列分析

基于前期从瘤胃微生物基因组文库中筛选的功能酶克隆菌,利用T7和pIBRP引物,测定功能酶克隆菌的BAC末端序列,并利用NCBI Blast系统对BAC末端序列进行分析.结果表明:共得到26条BAC末端序列,经Blast比对分析,与已知编码基因的匹配度低,而大部分BAC末端序列与阪崎肠杆菌和环境中的微生物匹配度高,说明瘤胃中的微生物与其它环境中的微生物具有一定的相似性,进一步丰富了对瘤胃微生物的认识.     

Common and distinguishing features of the bacterial and fungal communities in biological soil crusts and shrub root zone soils

Soil microbial communities in dryland ecosystems play important roles as root associates of the widely spaced plants and as the dominant members of biological soil crusts (biocrusts) colonizing the plant interspaces. We employed rRNA gene sequencing (bacterial 16S/fungal large subunit) and shotgun metagenomic sequencing to compare the microbial communities inhabiting the root zones of the dominant shrub, Larrea tridentata (creosote bush), and the interspace biocrusts in a Mojave desert shrubland within the Nevada Free Air CO₂ Enrichment (FACE) experiment. Most of the numerically abundant bacteria and fungi were present in both the biocrusts and root zones, although the proportional abundance of those members differed significantly between habitats. Biocrust bacteria were predominantly Cyanobacteria while root zones harbored significantly more Actinobacteria and Proteobacteria. Pezizomycetes fungi dominated the biocrusts while Dothideomycetes were highest in root zones. Functional gene abundances in metagenome sequence datasets reflected the taxonomic differences noted in the 16S rRNA datasets. For example, functional categories related to photosynthesis, circadian clock proteins, and heterocyst-associated genes were enriched in the biocrusts, where populations of Cyanobacteria were larger. Genes related to potassium metabolism were also more abundant in the biocrusts, suggesting differences in nutrient cycling between biocrusts and root zones. Finally, ten years of elevated atmospheric CO₂ did not result in large shifts in taxonomic composition of the bacterial or fungal communities or the functional gene inventories in the shotgun metagenomes.