北运河沉积物中主要脱氮功能微生物的群落特征

应用分子生物学技术研究北运河沉积物中主要脱氮功能微生物,反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌(Anammox)的群落特征,探讨了微生物群落的季节变化及其与环境因子的响应关系.结果表明,沉积物中反硝化细菌和Anammox的丰度和群落组成随季节变化差异显著.从夏季到冬季,反硝化细菌丰度逐渐增加,Anammox的丰度却逐渐降低;反硝化细菌的多样性均显著的高于Anammox的多样性,反硝化细菌是北运河沉积物中主要的脱氮微生物.从夏季到冬季,沉积物中氮和TOC含量均逐渐升高,温度是决定脱氮微生物群落特征季节变化的关键因子,TN与反硝化细菌的群落丰度显著正相关,C/N与Anammox的丰度显著正相关;反硝化细菌的群落结构主要受到硝氮和pH的影响,pH也是影响Anammox物种时空分布的主要因子.系统发育分析表明,两种脱氮微生物的主要类群均具有较高的耐污性和良好的脱氮效率,反硝化细菌主要从属于Pseudomonas和Halomonas, Anammox物种发育多样性较低,主要为浮霉菌门的Candidatus Brocadia.     

基于16S rRNA高通量测序的北运河水体及沉积物微生物群落组成对比分析

微生物群落在沉积物和水生态系统中的物质循环中发挥重要作用,是水生态系统与沉积物之间污染物质交换的桥梁.但非常规补给水源扰动和闸坝、衬砌截流为主的城市河道水体和沉积物微生物对比研究并不多见,基于此以高度人工化的北运河京津冀段为研究区域,尝试利用高通量测序结果对水体和沉积物微生物群落组成差异进行分析.结果表明,北运河沉积物较水体具有更高的微生物群落α多样性,β多样性则表现为水体中微生物群落较沉积物群落的相似性更高.变形杆菌门(Proteobacteria)丰度在水体与沉积物中无显著差异,且在两种生境条件下均为优势类群.α变形杆菌纲(α-Proteobacteria)、放线杆菌门(Actinobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia)在水体中的丰度较高,而γ变形杆菌纲(γ-Proteobacteria)、δ变形杆菌纲(δ-Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)和酸杆菌门(Acidobacteria)则在沉积物中有着更高丰度.好氧或兼性厌氧菌为主的水体类群和厌氧菌为主的沉积物...     

纳米银和银离子对土壤中硝化微生物及其氨氧化速率的影响

为研究纳米银对土壤硝化微生物及其氮转化的影响,采用土壤培养方式,对不同剂量纳米银(10、50、100 mg·kg~(-1))和银离子(1、5、10 mg·kg~(-1))暴露下黄棕壤和水稻土硝化细菌数量、土壤酶活性、amoA基因丰度、NH_4~+-N与NO_3~--N含量变化以及土壤潜在氨氧化速率进行研究.结果表明,纳米银和银离子暴露后,2种土壤亚硝酸细菌和硝酸细菌数量显著减少;土壤酶活性受到抑制,对脲酶的影响大于过氧化氢酶;土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的amoA基因丰度均降低,对AOB基因丰度的影响大于AOA.在2种土壤中外源添加(NH_4)_2SO_4时,随着纳米银和银离子暴露剂量增加,土壤NH_4~+-N含量累积,NO_3~--N含量减少,氨氧化速率降低,铵态氮向硝态氮的转化受阻.综上所述,纳米银和银离子对土壤硝化微生物产生毒害作用并影响铵态氮转化,且影响程度与土壤理化性质有关.     

焦化厂PAHs污染土壤中微生物群落多样性特征

土壤中微生物在多环芳烃(PAHs)的降解过程中起着重要作用。以华北某焦化厂土壤为研究对象,在5个采样点(每个点分6层)采集30个土壤样品,分析土壤环境因子(理化性质和PAHs浓度)、微生物丰度及群落结构,探讨土壤中微生物组成与环境因子间的关系。结果表明:土壤中细菌丰度为5.33~8.89,与土壤深度呈显著负相关(P<0.01),与土壤PAHs、有机碳、全氮浓度呈正相关(P<0.05);土壤中优势细菌类群(门)为变形菌门(Proteobacteria),其相对丰度占比最高达90%,其次是绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和酸杆菌门(Acidobacteria),其占门水平分类细菌数量的64%~97%;细菌类群与环境因子冗余分析表明,焦化厂土壤中细菌群落结构特征是PAHs污染和环境因子共同作用的结果,其中土壤pH与速效钾、PAHs、全氮浓度对土壤细菌群落组成影响明显,PAHs潜在降解菌Proteobacteria丰度与PAHs、全氮、有效磷、速效钾、有机碳浓度呈正相关。     

武汉东湖沉积物好氧氨氧化微生物时空分布

采用实时荧光定量PCR(qPCR)技术,测定了武汉东湖沉积物中氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)氨单加氧酶基因(amoA)的丰度,并结合沉积物水体环境中各形态氮素的含量,分析氮素含量对AOA和AOB的时空分布的影响.结果显示,AOA amoA基因丰度大于AOB amoA基因丰度,表明AOA对氨氧化过程的贡献较大...     

长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌分布特征研究

海洋生态系统氮素循环对维持海洋生态收支平衡具有重要意义,由厌氧氨氧化细菌(anaerobic ammonia-oxidizing bacteria,ANAMMOX Bacteria)推动的厌氧氨氧化过程是海洋氮素移除的重要途径.本研究采用荧光定量PCR(q PCR)技术,并结合环境理化因子,分析了2011年夏季长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌的种群丰度分布特征.结果表明,厌氧氨氧化细菌的种群丰度在长江口邻近海域的空间分布与环境因子密切相关,总有机碳含量、盐度、铵盐浓度对长江口邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌的种群丰度具有重要调控作用.厌氧氨氧化细菌的丰度分布与总有机碳含量呈显著正相关关系(P0.01,r=0.69),同时又随亚硝酸盐浓度、溶解氧浓度的升高而降低,而盐度对厌氧氨氧化细菌丰度分布的影响较为复杂.     

北运河流域沙河水库沉积物中病原微生物污染特征研究

以北运河上游沙河水库为研究对象,通过采集沙河水库表层(0～20 cm)沉积物与柱状沉积物样品,采用现代分子生物学手段分析了沉积物中微生物群落结构和3种典型病原菌(大肠杆菌、肠球菌、志贺氏菌)的基因丰度,并分析其与环境因子的相关关系.结果表明:水平分布上,沉积物中大肠杆菌的绝对丰度与相对丰度在库下游与点源污染区较高,肠球...     

辽河四平段流域河流沉积物微生物群落多样性和结构分析

沉积物微生物群落在水生态系统的物质循环中发挥着关键的作用,群落结构组成的变化经常与环境的改变有关.以辽河四平段流域为研究区域,运用高通量测序结果对沉积物微生物群落的结构组成和多样性进行分析.结果表明,辽河四平段流域河流沉积物微生物群落α多样性以北河支流最高,干流次之,南河支流最低;β多样性表现为干流、北河支流和南河支流的微生物群落的相似性较低,差异性较大.变形菌门是该流域微生物群落门水平上丰度最高的优势菌门,并且与其他东北地区的河流类似,该流域河流沉积物中的厚壁菌门含量较低;γ-变形菌纲是该流域河流沉积物微生物群落占比最高的菌纲,但是β-变形菌纲在该流域丰度很低;而属于β-变形菌纲Ellin6067菌属在该流域分布很广.环境因子例如沉积物重金属和水体理化性质也会对微生物群落的多样性和种群结构产生多种影响.结果为实现修复辽河四平段流域河流的水体污染工作提供了理论依据.     

西藏尼洋河沉积物中微生物群落结构特征分析

尼洋河是雅鲁藏布江的重要支流,是西藏工布和林芝地区的重要水源地.本研究分析了尼洋河水体理化指标、 12种金属含量和沉积物微生物群落结构特征.结果表明, 2017年和2018年沉积物微生物群落在门水平的结构基本相同,属水平结构相似.变形菌门是尼洋河沉积物的第一优势菌门,其他优势菌门有拟杆菌门、酸杆菌门和放线菌门等;属水平上黄杆菌属丰度较高,气单胞菌属等条件致病菌菌属可被检出;聚类分析发现尼洋河沉积物微生物群落在空间上存在一定的差异性,上游、中游和下游不同河段微生物群落之间差异显著,电站库区沉积物微生物群落具有特异性.相关性分析表明,温度、溶解氧、电导率和铬、锌、锶和钡等金属含量与尼洋河沉积物门水平特定微生物丰度存在显著相关关系.冗余分析表明,总氮、总磷、溶解氧、铬、锶、钡和锰等是尼洋河沉积物中微生物群落结构的主要影响因子.本研究结果可为认识尼洋河沉积物中微生物群落的时空变化特征,识别环境影响因子提供了数据支撑.     

冬季衡水湖沉积物微生物群落结构特征及影响因素

湖泊沉积物中的微生物对有机物和营养盐的转化起着重要作用,其群落结构也会受环境因子的影响。为探究冬季衡水湖沉积物中微生物群落结构差异及影响因素,基于16S rRNA基因高通量测序,分析衡水湖不同湖区表层沉积物中微生物群落结构组成、多样性及与环境因子之间的响应关系。结果表明：不同湖区沉积物中微生物群落多样性表现为湖北区>湖心区>湖南区,湖北区与湖心区沉积物的微生物群落结构存在极显著差异（P<0.01）。在门水平上,湖心区沉积物中绿弯菌门（Chloroflexi）的相对丰度显著高于其他湖区,这与湖心区有机污染严重有关;在属水平上,湖北区沉积物中P9X2b3D02相对丰度显著高于其他湖区,说明该菌属更适宜在水生植物丰富的环境下生长繁衍。有机碳（TOC）浓度是衡水湖水体沉积物微生物群落结构的关键影响因素,TOC浓度与微生物菌属相对丰度的高相关性与沉积物有机污染严重有关。

     

七星河湿地氨氧化古菌多样性和丰度及其与环境因子的相关性分析

以典型东北寒温带沼泽湿地——七星河湿地中芦苇和小叶樟植被下不同深度土壤中氨氧化古菌(Ammonia-Oxidizing Archaea,AOA)为研究对象,以编码氨氧化作用关键酶——氨单加氧酶(AMO)的amo A基因为分子标记,通过构建克隆文库和生物信息学方法分析数据,考察了不同植被环境中AOA多样性和丰度的垂直分布规律,及其与环境因子的相关性.研究结果表明,小叶樟植被土壤中AOA amo A基因多样性显著高于芦苇植被土壤中amo A基因多样性,芦苇植被土壤中AOA amo A基因多样性在深度为40~60 cm土层中最高,AOA多样性与NH+4-N、NO-3-N含量呈正相关;小叶樟植被土壤中AOA amo A基因多样性在深度为20~40 cm土层中最高,AOA多样性与NH+4-N、NO-3-N含量呈正相关.芦苇植被土壤中AOA丰度最低值出现于0~20 cm土层中,到20~40 cm土层中出现最高值,随着深度增加AOA丰度下降,AOA丰度则与NO-2-N含量呈正相关.小叶樟植被土壤中AOA丰度变化趋势与芦苇不同,最高值出现于0~20 cm土层中,随着土层深度增加AOA丰度下降,到40~60 cm出现最低值,AOA丰度与NO-2-N、TOC含量呈正相关.两种植被土壤中AOA丰度均在60~90 cm处有升高趋势.芦苇植被土壤中AOA丰度约是小叶樟植被土壤中AOA丰度的1.49倍.以上结果为湿地AOA生态功能及分布模式的研究提供基础数据,对全球氮循环的研究提供补充.     

太湖表层底泥中产毒蓝藻群落结构和种群丰度的时空变化

为了研究太湖底泥中产毒蓝藻群落结构和种群丰度的时空变化,分别于2010年冬季(2月)、春季(4月)和夏季(6月)采集太湖不同湖区底泥样品,应用基于mcyA基因的聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和实时定量PCR(QPCR)技术分析底泥样品.结果表明,产毒蓝藻在太湖底泥中分布广泛,其群落结构和种群丰度存在空间和季节差异性:不同湖区间群落组成相似性系数变化范围为67%～97%;冬季、春季和夏季底泥中产毒蓝藻群落结构的香农多样性指数变化范围分别为2.774～3.392、1.649～2.619和0.681～1.996,呈逐渐下降趋势;且香农多样性指数与样品中优势基因型所占比例呈极显著负相关(p<0.01,r=-0.95);从冬季到夏季,底泥中蓝藻复苏进入水体中,产毒蓝藻种群丰度逐渐降低.底泥中产毒蓝藻群落结构和种群丰度的动态变化与温度、光照、溶解氧、电导率和pH值密切相关.     

浙江省瓯江氨氧化古菌和氨氧化细菌分布及多样性特征

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)在生物地球化学氮循环过程中发挥着重要作用.河流是关系人类生产和生活的重要生态系统,蕴含大量氮循环功能微生物.本研究采用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和荧光定量PCR(quantitative PCR,q PCR)技术对沉积物AOA、AOB群落进行结构和丰度分析,在瓯江感潮河段尺度上探究AOA、AOB分布规律及影响AOA、AOB群落结构与丰度的因素.结果表明,AOA群落结构差异不显著,影响其分布的主要因素为NH+4和TS;AOB群落结构存在显著差异,序列分析比对表明AOB分为Nitrosospira和Nitrosomonas,其中90%序列为Nitrosospira,EC、p H、NH_4~+、NO_3~-、TC和TN是影响AOB群落组成的重要环境因素;总硫(TS)和电导率(EC)分别是影响AOA和AOB多样性的主要因素;AOA丰度显著高于AOB;EC、NH_4~+-N和NO_3~--N是影响AOA和AOB丰度的主要环境因素.研究表明,瓯江感潮河段沉积物中AOA和AOB群落结构和丰度均显著受环境因素影响,AOA在表层沉积物氨氧化过程中可能占主导位置.     

北运河闸坝区水体氨氧化微生物及硝化活性特征研究

采用分子荧光定量PCR对北运河闸坝区(上游沙河闸和下游杨洼闸)水体中氨氧化细菌(AOB)的amoA基因拷贝数进行定量测定,并研究了闸坝设置和排污口污水排放对AOB的amoA基因拷贝数,硝化活性(NA)和氮素转化的影响.结果表明,1在沙河闸段,AOB的amoA基因拷贝数呈现先上升后下降,排污口处又显著上升的空间变化特征,其变化范围为(1.84±0.09)×10~8~(7.12±0.36)×10~8copies·L~(-1),排污口处最高;在杨洼闸段,amoA基因拷贝数呈现先上升后下降最后趋于平稳的空间变化特征,其变化范围为(3.05±0.15)×10~8~(6.83±0.34)×10~8copies·L~(-1),下游100 m处最高.闸坝的设置和排污口污水的排放对AOB的amoA基因拷贝数和空间分布具有显著影响.2硝化活性(NA)的空间变化特征与AOB的变化特征相同.闸坝的设置和污水排放能促进水体的硝化过程,加快污染物质的降解.3沙河闸排污口处排放的NH_4~+-N可以作为AOB生长的氮源,提高硝化活性,加快NH_4~+-N全向NO_3~--N的转化,促进硝化过程的完全进行;杨洼闸段闸门的开启导致溶解氧的升高和内源NO_3~--N的释放,为AOB的生长提供氮源,提高硝化活性,但造成了NO_2~--N的积累.     

永定河怀来段冬季表层沉积物细菌群落特征及其主要影响因子

对永定河怀来段冬季表层沉积物及上覆水水质指标进行分析,通过高通量测序技术研究沉积物细菌群落结构及多样性,并对沉积物细菌群落结构与环境因子进行相关性分析。结果表明:永定河怀来段冬季表层沉积物OTUs数量平均为7 357;表层沉积物门水平的细菌优势种群包括变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)和厚壁菌门(Firmicutes)等,表层沉积物属水平细菌优势种群并不明显;沉积物细菌Shannon指数为8.135~10.647,ACE指数为6 060.643~7 182.679,Chao1指数为5 553.562~6 967.912,香蒲湿地沉积物中细菌的种类最为丰富,支流冰封水体表层沉积物中细菌种类较少;沉积物有机磷(OP)与氨氮($NH^{+}_{4}$-N)浓度,上覆水总磷(TP)与亚硝氮($NO^{-}_{2}$-N)浓度是沉积物中细菌丰度的主要影响因子,沉积物中细菌丰度与沉积物OP、$NH^{+}_{4}$-N浓度呈负相关,与上覆水TP、$NO^{-}_{2}$-N浓度呈正相关。     

若尔盖花湖沉积物氨氧化与反硝化功能基因丰度垂向分布特征及其环境响应

若尔盖湿地作为中国最大的泥炭沼泽区,是生物地球化学循环的重要场所.本文以若尔盖湿地的花湖为研究对象,采集0～47 cm的沉积物样品,通过实时荧光定量PCR(qPCR)技术,探究沉积物中氨氧化(amoA)和反硝化(nirS、nirK、nosZ clade I)功能基因丰度的垂向分布特征,及其对环境因子的响应.结果表明:花湖沉积物中古菌amoA基因丰度在垂向分布上呈下降趋势,而nirS基因丰度呈上升趋势;古菌和细菌的amoA基因丰度相近,nirS基因丰度则远高于nirK基因,且氨氧化功能基因丰度整体上比反硝化功能基因低1～2个数量级.总氮(TN)、总磷(TP)、氨态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)和亚硝态氮(NO~-_2-N)与古菌amoA基因丰度均呈显著正相关关系(p0.05),而与nirS基因丰度呈显著负相关关系(p0.05).这两种功能基因明显受到花湖沉积物中不同形式氮素浓度的影响与限制.通过研究花湖沉积物氨氧化与反硝化功能基因的垂向分布特征及其对环境的响应,可为深入了解高原湖泊沉积物中的氮循环机理提供参考.     

黄海西北部沉积物中细菌群落16S rDNA多样性解析

为揭示黄海西北部海域不同站位沉积物中细菌群落的多样性,采用16S rDNA文库技术,对黄海西北部辽东半岛和山东半岛近岸5个站位的沉积物中不同季节的细菌群落特征进行解析和评价.结果表明,沉积物中微生物种类丰富,主要分布于5~10个已知的门,另外还存在大量未被认知的序列;各站位沉积物中优势菌均为变形细菌门,占文库序列的46%~60%,其中γ-和δ-变形细菌纲为门中优势类群,但在各个站位中存在明显系统发育学分歧.微生物种群在不同地理区域和季节都存在明显差异,不同功能类群与其特殊生境密切相关.