鄯善库木塔格沙漠北缘细菌群落结构特征及影响因素.pdf
《鄯善库木塔格沙漠北缘细菌群落结构特征及影响因素.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《鄯善库木塔格沙漠北缘细菌群落结构特征及影响因素.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第40卷第8期2023年8月Vol.40No.8Aug.2023干 旱 区 研 究ARIDZONERESEARCHhttp:/DOI:10.13866/j.azr.2023.08.16鄯善库木塔格沙漠北缘细菌群落结构特征及影响因素李娟1,刘阳2,3,刘光琇2,3,程亮1,郭青云1,张威2,3,章高森2,3(1.青海大学农林科学院植物保护研究所,青海 西宁810016;2.中国科学院西北生态环境资源研究院,甘肃 兰州730000;3.甘肃省极端环境微生物资源与工程重点实验室,甘肃 兰州730000)摘要:鄯善库木塔格沙漠是一个与城市相连的沙漠,蕴含着丰富独特的微生物菌株资源。为了探究鄯善库木塔格
2、沙漠的微生物群落结构以及其与环境因子之间的关系,采集了鄯善库木塔格沙漠北缘4个样点的表层(05 cm)和深层(4550 cm)的沙土样本,并测定了其含水量(WC)、pH、总碳(TC)、总氮(TN)、总有机碳(TOC)和电导率(EC);利用高通量测序技术,研究不同采样点、不同深度沙土样本的细菌群落结构;运用Spearman相关性分析环境因子和细菌群落结构之间的相关性,探讨影响细菌群落结构的主要因素。结果表明:鄯善库木塔格沙漠北缘沙土样本呈碱性;门水平上的优势菌是放线菌(Actinobacteria)、厚壁菌(Firmicutes)和变形菌(Proteobacteria),属水平上的优势菌是unc
3、lassified_f_Micrococcaceae、Bacillus、Sphingomonas、Escherichia-Shigella。PCoA分析表明,鄯善库木塔格沙漠北缘不同样点之间的细菌群落结构存在显著差异(P0.05);表层和深层样本的物种多样性没有显著差异。RDA分析表明,WC、TC、TN和pH显著影响表层样本的细菌群落结构(P0.05),TOC含量显著影响深层样本的细菌群落结构(P0.05)。本研究为后期鄯善库木塔格沙漠及相似生境中微生物资源的发掘提供了理论依据。关键词:鄯善库木塔格沙漠;高通量测序;细菌群落结构;环境因子;理化性质由于沙漠高辐射、昼夜温差大、寡营养等特点,使得
4、沙漠中能生存的动植物极少,因此微生物成为了沙漠中的重要组成部分1。鄯善库木塔格沙漠位于新疆东部,鄯善县以南(91259400E,38204050N),面积约为24243 km2,由于距离鄯善县城仅有2 km,被称为“城中沙漠”2,具有“绿不退,沙不进”的特殊地理环境,其特殊的生境蕴含着独特的微生物群落。目前,对于鄯善库木塔格沙漠微生物方面的研究很少,少见的报道是关于从该沙漠中分离到的放线菌菌株产淀粉酶的研究3。传统的微生物培养技术由于培养基成分、接种量、培养温度、培养时间等的限制,可培养出的微生物总量不足10%,极大的限制了人们对整个微生物群落结构的了解4。高通量测序由于准确性高、数据量大、价
5、格成本低等特点,在当今科研领域被广泛使用5。基于高通量测序技术的研究表明,沙漠中的细菌优势菌门主要是放线菌门、厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、蓝藻菌门和绿弯菌门 6-9,然而,目前对于鄯善库木塔格沙漠微生物群落结构的研究鲜见报道。土壤特性和环境因子对土壤微生物群落的结构有很大影响10。沙漠生态系统极端寡营养的特性使得沙子土壤的理化性质对沙漠微生物群落的结构影响较大,有研究表明,盐分是影响古尔班通古特沙漠微生物群落结构的决定因素9,而总磷、SO2-4和HCO-3含量对塔克拉玛干沙漠东缘的细菌群落结构具有显著的影响11。研究环境因子对沙漠微生物群落结构的驱动,对了解沙漠生态系统的脆弱性至关
6、重要。本研究利用16S rRNA基因高通量测序技术,通过对鄯善库木塔格沙漠北缘沙土样本进行细菌群落结构以及环境因子对细菌群落结构的影响进行收稿日期:2023-01-18;修订日期:2023-04-13基金项目:第三次新疆综合科学考察项目(2022xjkk1200);中国科学院“西部之光”计划(xbzg-zdsys-202105);青海省重点实验室项目(2022-ZJ-Y10)作者简介:李娟(1990-),女,博士,主要研究方向为微生物生态学.E-mail:通讯作者:章高森.E-mail:13581368页8期李娟等:鄯善库木塔格沙漠北缘细菌群落结构特征及影响因素研究,以期为后期鄯善库木塔格沙漠
7、的微生物研究提供理论依据。1材料与方法1.1 样品采集样点选取于鄯善库木塔格沙漠北缘无人为干扰和无植被的区域(图1),样本采集于2018年9月,共4个采样点(K1、K2、K3、K4),每个采样点分别采集表层(S:05 cm)和深层(D:4550 cm)两个深度。表层样本佩戴无菌手套直接采集,深层样本先使用铁锹挖取并用卷尺测量4550 cm深度后,佩戴无菌手套采集样本。每个采样点按照五点法分别采集3个平行样本,3个平行样本间距约50 cm,每个样本采集约100 g,共采集24份样本。采集的样本装于无菌密封采样袋中,低温运输于实验室,于-20 进行保存。1.2 样品理化性质的测定样品含水量(WC)
8、通过烘干法进行测定12。pH样品按照去离子水为1:2.5(W/V)混匀静置30 min后用pH计进行测定13。电导率(EC)样品按照去离子水为 1:5(W/V)混匀静置 30 min 后用电导仪(DDSJ-308A,上海雷磁)进行测定13。样品的总碳(TC)、总有机碳(TOC)和总氮(TN)使用元素分析仪(Elementar Vario-EL,德国)进行测定14。1.3 样品总DNA的提取和16S rRNA 基因扩增称取 0.5 g 样品,使用土壤试剂盒(Qiagen,德国)对样品的总DNA进行提取。吸取1 L提取好的 样 本 DNA,使 用 DNA 浓 度 测 定 仪(NanoDrop200
9、0)测定其浓度。选取16S rRNA 基因的V3V4区进行扩增,所用的特异性引物是338F-806R8。PCR 扩增条件为:94 预变性5 min;95 变性30s;55 退火 30 s;72 延伸 45 s;72 后延伸 10min,共 30个循环。将PCR扩增产物浓度大于0.5ngL-1的样本进行扩增子测序。1.4 扩增子测序及数据分析样本的16S rRNA V3V4区扩增产物在 Illumina Miseq PE300 平台上进行测定。通过QIIME软件包对原始数据进行质量过滤15;使用软件fastp和FLASH对序列数据进行去杂;去杂后的序列以97%的相似度聚类为操作分类单元(OTUs
10、);使用Uparse软件对OTU进行聚类,运用了USEARCH11-uparse算法;采用 RDP classifier 软件对 97%相似水平的OTU代表序列进行分类学比对;物种由SILVA138细菌数据库进行注释。采用SPSS软件(version 23.0)对沙子土壤样本的环境因子和Alpha多样性指数进行统计分析,使用单因素方差分析进行差异显著性检验。利用Mothur计算不同随机抽样下的Alpha多样性指数,再使用软件Origin 2021绘制稀释曲线图。运用R语言(版本3.3.1)的vegan包进行冗余分析(RDA),用来反映不同样点的环境因子与细菌群落之间的相关性。使用 R 语言(版
11、本 3.3.1)的 heatmap 包绘制heatmap图。利用 Spearman 相关系数显示不同样点的环境因子与不同门之间的相关性。基于 Bray-注:底图采用自然资源部标准地图制作,审图号为GS(2020)4634号,对底图边界无修改。图1 鄯善库木塔格沙漠北缘采样点示意图Fig.1 Sampling map of the northern margin of Shanshan Kumtag Desert135940卷干旱区研究Curtis距离的主坐标分析(PCoA)用来分析不同样点间的细菌群落相似性和差异性。LEfSe软件用来分析所有表层和深层样点之间的差异物种,LDA阈值设置为2。2
12、结果与分析2.1 样本的理化性质沙子土壤样本环境因子分析表明,各样点之间的理化性质差异较大,总体来说沙土样本呈碱性(表1)。表层不同样本的pH、EC、TC、TOC和WC均呈显著差异(P0.05),只有TN不显著;深层不同样本除了EC不显著,pH、TC、TN、TOC和WC均呈显著差异。2.2 细菌群落组成对鄯善库木塔格沙漠北缘24个沙土样本测序后进行分析,双端测序共获得2585300个序列,获得的总碱基数目为1556350600。双端序列拼接质控优化后的序列是1292650条,优化后的碱基数目是563481141。OTU在97%相似度水平下聚类后得到2450个OTU,在SILVA138数据库中注
13、释后共得到48 个门,125 个纲,287 个目,466 个科,867 个属,1378个种。鄯善库木塔格沙漠北缘不同样点的微生物群落组成存在一定差异,将平均相对丰度小于 1%的类群归为其他(others)。按照相对丰度的高低依次排序,在门水平相对丰度大于1%的菌门是放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、Deinococcota、Patescibacteria(图2)。整体来说,无论是表层样本还
14、是深层样本,优势菌门(相对丰度10%)是一样的,都是放线菌门、变形菌门和厚壁菌门。K2和K3样点的放线菌门相对丰度(47.3%61.1%)表1 不同样点样本的理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of samples at different points样本名称K1_1_SK1_2_SK1_3_SK2_1_SK2_2_SK2_3_SK3_1_SK3_2_SK3_3_SK4_1_SK4_2_SK4_3_SK1_1_DK1_2_DK1_3_DK2_1_DK2_2_DK2_3_DK3_1_DK3_2_DK3_3_DK4_1_DK4_2_DK4_3_D
15、WC0.641.301.550.520.530.420.720.530.490.470.370.300.280.350.260.260.350.280.340.450.560.250.350.37pH9.469.499.678.668.88.989.149.219.229.429.39.328.898.838.979.179.069.059.299.299.358.768.818.64EC/(mScm-1)150143171334350236594523616258282408663633278345332358406424287334282466TN/%0.0400.0350.0440.04
16、00.0370.0290.0330.0290.0300.0260.0320.0430.0340.0370.0350.0210.0270.0210.0290.0280.0420.0340.0260.037TC/%0.6700.7450.7320.4850.4090.4940.3830.4380.3360.5130.6130.5080.6160.5160.6880.4300.4560.3530.5270.3850.4080.5710.4980.510TOC/%0.2810.3210.3000.1970.1960.1820.2380.1600.1780.1850.2360.1890.2350.231
17、0.2470.1610.2140.1520.1390.1280.1760.2150.2200.211注:EC为电导率;TN为总氮;TC为总碳;TOC为总有机碳;WC为含水量。13608期李娟等:鄯善库木塔格沙漠北缘细菌群落结构特征及影响因素明显高于K1和K4样点(26.8%44.9%),而K2和K3样点的厚壁菌门的相对丰度(10.9%13.4%)明显低于K1和K4样点(20.9%40.3%)。变形菌门在各样点的相对丰度相差不明显。尽管各样点的优势菌门相同,但是在同一个样点中,表层和深层的物种相对丰度是有差异的。比如在K1样点深层样本中拟杆菌门、芽单胞菌门和Deinococcota的相对丰度分别
18、是2.8%、3.9%和2.4%,而在K1样点表层中的相对丰度分别是0.7%、0.2%和0.4%。绿弯菌门在K4样点表层中的相对丰度为1.3%,而在K4样点深层样本中相对丰度是0.5%。在属水平,相对丰度(1%)依次从高到低分别为:unclassified_f_Micrococcaceae、Bacillus、Sphingomonas、Escherichia-Shigella、Microbacterium、Brevundimonas、Pseudomonas、Citrobacter、Acinetobacter、Sphingobium、Stenotrophomonas、norank_f_norank
19、_o_Frankialesnorank、norank_f_Longimicrobiaceae、Enterococcus、Deinococcus、Romboutsia 和 Flavisolibacter(图3)。其中最优势的属为unclassified_f_Micrococcaceae(21.5%53.9%)、Bacillus(4.1%38.5%)、Sphingomonas(5.5%21.3%)和Escherichia-Shigella(17.4%)。不同样点的优势属相对丰度存在差异。unclassified_f_Micrococcaceae 的相对丰度表现为:K2K3K4K1;Bacillus
20、和Escherichia-Shigella的相对丰度表现为:K1K4K3K2;Sphingomonas 的相对丰度表现为:K3K2K4K1。norank_f_norank_o_Frankialesnorank、norank_f_Longimicrobiaceae、Deinococcus和Flavisolibacter在K1样点深层样本中的相对丰度(5.3%)明显高于其余样点;Romboutsia在K2样点表层样本中的相对丰度最高。同图2 门水平上沙子样本细菌群落结构Fig.2 Bacterial community structure of sand samples at phylum lev
21、el图3 属水平上沙子样本细菌群落结构Fig.3 Bacterial community structure of sand samples at genus level136140卷干旱区研究一样点中,表层和深层在属水平上物种的相对丰度也存在明显差异。Bacillus在K1样点表层样本的相对 丰 度(38.5%)明 显 高 于 K1 样 点 深 层 样 本(24.8%);Microbacterium在K4样点深层样本的相对丰度(5.9%)明显高于K4样点表层样本(3.3%)。2.3 表层和深层样本物种差异分析LEfSe 结果表明,在门水平上 Campilobacterota和NB1-j在表层
22、样本中显著富集(P0.05),Sumerl-eota在深层样本中显著富集(P0.05)。属水平上表层显著富集的物种有17个(图4),分别是Collinsella、Helicobacter、norank_f_norank_o_WCHB1-41、norank_f_norank_o_Actinomarinales、norank_f_noran-k_o_Clostridia_vadinBB60_group、Prevotellaceae_UC-G-001、Psychrobacter、norank_f_Bacteroidales_RF16_group、Streptomonospora、Family_xll
23、l_AD3011_group、Chelativorans、Parabacteroides、Prevotellaceae_NK3B31_group、Aerococcus、Fusobacterium、unclassified_f_Oscillospiraceae 和 Pseudochrobactrum(P0.05),深层显著富集的物种有14个,分别是norank_f_norank_o_Frankiales、norank_f_Longimicrobiaceae、norank_f_LWQ8、unclassified_f_Oxalobacteraceae、Rubellimicrobium、Geoderm
24、atophilus、Noviherbaspirillum、norank_f_norank_o_Saccharimonadales、unclassified_f_Nocardioidaceae、Oxalicibacterium、Ramlibacter、Ammoniphilus、norank_f_Symbiobacteraceae和Dietzia(P0.05)。2.4 细菌Alpha多样性和Beta多样性鄯善库木塔格沙漠北缘细菌Alpha多样性指数统计结果(表2)显示,样品的覆盖度均达到99.9%以上,证明测序的数据可靠有效。整体来看,表层和深层之间的样本香农指数、辛普森指数、Chao 1指数、A
25、CE指数和系统发育树多样性指数没有显著差异,表明表层和深层样本的多样性没有明显差异。不同样点之间的Chao 1指数和ACE指数存在显著差异(P0.05),而香农指数、辛普森指数和系统发育树多样性指数没有显著差异,表明不同样点之间细菌群落的丰富度明显不同,而多样性没有显著差图4 属水平上表层和深层样本的物种差异分析Fig.4 Species difference analysis in surface and deep samples at genus level13628期李娟等:鄯善库木塔格沙漠北缘细菌群落结构特征及影响因素异。表层样点K4的丰富度最高,深层样点K1的丰富度最高。利用PCoA
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 鄯善 库木塔格 沙漠 细菌 群落 结构 特征 影响 因素
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。