八月每日一文（8.21~25）

八月未央

8.21

硝酸盐通过积累NC10菌群减少瘤胃培养体系中的甲烷释放

一粒米

越来越多的证据表明，在动物的瘤胃中，增加硝酸盐可以减少甲烷的产生缓解温室效应。但硝酸盐可能被还原成亚硝酸盐对动物产生毒害作用，厌氧氨氧化、厌氧甲烷氧化可以去除亚硝酸盐。为了验证反硝化依赖型厌氧甲烷氧化（DAMO）细菌与古菌以及厌氧氨氧化微生物是否均在动物瘤胃中存在，并发挥作用，Lihui Liu等在AMB Express（IF=1.825，二区）上发表了名为"Nitrate decreases methane production also by increasing methane oxidation through stimulating NC10 population in ruminal culture"的文章，研究者主要采用了实时定量荧光PCR法，通过对分别对添加了NaNO3或NaNO3+ NH4Cl以及NH4Cl的瘤胃培养体系进行参数测定（亚硝酸盐含量、甲烷含量测定、H2含量、pH等）与菌群分析，得出以下结论：①添加硝酸盐可以减少瘤胃培养体系甲烷的释放；②在本次瘤胃培养体系中利用ANME-2d引物以及NC10引物，用实时荧光定量PCR法可以检测到NC10细菌（DAMO细菌）存在，并且在添加了硝酸盐的实验组中NC10的比例都有所上升，但未检测到ANME-2d（DAMO古菌）的存在；③尽管前人的实验在瘤胃胃液中检测到了厌氧氨氧化细菌，但本研究中未检测到厌氧氨氧化细菌的存在；④全部过程中虽然添加了硝酸盐但并不引起系统中亚硝酸盐含量的明显升高。

表1 本研究中所用的引物列表

表2 不同处理组气体产生情况（mL） 

表6 不同处理对各类微生物数量的影响

全文免费下载链接：

http://sci-hub.bz/10.1186/s13568-017-0377-2

8.22

nosZ基因在农田生态系统的生态位分化

李小圆

N₂O是重要的温室气体，在大气中的浓度迅速增加是导致全球变暖的原因之一。近年来，随着农业氮肥的过量输入，农田生态系统成为N₂O的主要来源。细菌/古菌中nosZ基因参与的氧化亚氮还原过程是目前可知唯一能将N₂O还原为N₂的过程。系统发育及基因组证据表明nosZ基因可被划分为两个分支，nosZ I型（典型）和II型（非典型）。然而这两种类型的nosZ基因对土壤生态系统中生物及非生物因素的响应是否相似仍未可知。近日，瑞典科学家Juhanson等在Soil Biology & Biochemistry（IF=4.857，TOP）杂志发表“Spatial and phyloecological analyses of nosZ genes underscore niche differentiation amongst terrestrial N2O reducing communities”文章，对这一问题进行了研究。本研究采用454测序与qPCR相结合的方法，从44公顷空间尺度的农田进行样品采集，对土壤微生物16S rRNA基因、氨氧化功能基因（amoA）、反硝化功能基因（nirS, nirK）及N₂O还原基因（nosZ clade I and II）的丰度、群落结构及其对环境响应变化进行研究。研究表明，①农田生态系统中nosZ基因存在明显的生态位分化，相比非典型nosZ基因（clade II），典型nosZ基因（clade I）的系统发育分布更为广泛，表明两种类群存在不同的作用机制。②进一步分析表明，生物因素（特别是反硝化微生物丰度）对非典型nosZ基因（clade II）的群落结构影响更大。③不同类型nosZ基因的丰度及群落组成差异造成农田中N2O产生与消耗的差异。该研究为农田生态系统中N₂O的污染治理提供了理论基础。

图2 不同类型nosZ基因丰度与多样性热图

（a）nosZ  I型 与 II型基因相对丰度的比值；（b）nosZ  I型系统发育多样性(Faith's PD)；（c）nosZ  II型系统发育多样性(Faith's PD)

图3 不同类型nosZ基因边缘主成分分析（EPC）和方差分割分析（VPA）

全文免费下载链接：

http://sci-hub.bz/10.1016/j.soilbio.2017.08.013

卢瑟菌点评： 

本文所关注的科学问题很好，一是涉及热门方向“温室效应相关气体（N2O）”，二是涉及关键、新发现的微生物功能基因（nosZ II）。此外，在解析影响微生物群落的因素时，要同时考虑到生物因素和非生物因素。

8.23

化学分散剂增强了海洋石油和凝析油降解菌的活性

微风

据统计，每年有7亿升原油通过自然地球物理过程被引入海洋环境。海水中的石油降解已经受到越来越多的人关注。添加化学分散剂（Chemical dispersants）是处理海洋溢油事件的常见做法，其可将油分散到水体中，并通过增加原位降解菌对烃的生物可利用性来刺激石油的生物降解。但目前对化学分散剂添加后如何影响降解菌群落结构及代谢活性还不清楚。近日，Julien Tremblay等人在The ISME Journal（IF=9.328）上发表了一篇题为Chemical dispersants enhance the activity of oil- and gas condensate-degrading marine bacteria的文章，文章就化学分散剂在石油降解中的作用进行了研究。作者在实验室条件下，模拟了夏季和冬季环境中石油泄漏时添加或不添加化学分散剂的处理，并评估了加拿大东部原油和天然气产地附近近地表海水中原位菌群对烃类物质的自然衰减潜力。作者通过色谱分析来确定烃类（烷烃和芳烃PAHs）物质的降解速率，并将宏基因组与宏转录组测序结合，重建优势细菌类群基因组并评估其降解相关基因的丰度和活性。研究结果显示，① 在采集自三个不同产油地的样品中，暴露于油、油与分散剂混合物和仅分散剂中处理下，微生物群落均会发生显著且快速的结构变化。② 向原油中加入分散剂能显著提高油的降解速率，并有助于高丰度的、含多拷贝烷烃羟化酶（alkB）基因的Thalassolituus（宏基因组bin到的）细菌石油降解相关基因的表达。作者认为海洋螺菌目（Oceanospirillales）成员——Thalassolituus，在添加化学分散剂的海洋溢油处理环境中发挥重要作用。

图1 不同处理的总残留烷烃浓度随处理时间的变化

图2 不同处理下宏基因组获得的（a）丰度最高20个微生物群落及（b）食烷菌属的微生物变化

免费下载链接：

http://sci-hub.cc/10.1038/ismej.2017.129

卢瑟菌点评： 

本文科学问题简明扼要，主要集中在“扩散剂对原位微生物群落结构及活性的影响”。模拟处理（mesocosms）、速率测定及多组学结合的方法，较为完整地回答了所关注的问题。

8.24

放线菌次生代谢物对沉积物微生物群落的影响

坚果儿

海洋沉积物中含有复杂的微生物群落，相比于其他生境微生物群落，如海水，关于沉积物的研究相对较少。此外，沉积物中的某些细菌能产生抗生素和其他生物活性次生代谢物，这些化合物是如何影响微生物群落结构的，这方面了解甚少。17年2月，来自加州大学圣地亚哥分校的Paul R. Jensen等在Applied and Environmental Microbiology (IF=3.807, TOP)上发表了一篇题为“Effects of Actinomycete Secondary Metabolites on Sediment Microbial Communities”的文章，在这项研究中，作者首先使用高通量测序等技术，来评估不同位点浅层热带海洋沉积物中天然微生物群落组成。结果显示，复杂的群落大部分是不可培养的类群，具有明显的空间异质性，而已知的产抗生素的类群仅占总体多样性的一小部分。作者后又将海洋沉积物来源的放线菌属Salinispora可培养菌株的培养液进行有机提取，用于生态模拟处理实验（mesocosm experiments），以研究次生代谢物如何塑造沉积物群落组成。作者鉴定出了提取物处理后持续减少的掠食性细菌（predatory bacteria）及其他类群，表明它们可能是化感作用（allelopathic interaction）的靶标微生物。作者又进一步测试了相关类群对提取物的敏感性，发现与上述模拟实验的结果基本一致。相反，在提取物处理后也存在一些被富集的细菌类群，表明其可从化感相互作用中获益。结果表明细菌次生代谢物对沉积物微生物群落具有复杂和显著的影响。

图1 五个重复沉积物样品（S1-S5）微生物多样性

（a）稀释曲线衡量了相对于测序深度以99% 16S rRNA基因序列相似度聚类的OTU数目；（b）门水平群落组成。

图3 T3处理和对照实验细菌群落科水平差异的系统发生表示

蓝色和绿色节点分别指示在S. arenicola处理或培养基对照中减少的种系分支。 未受影响的分支为红色阴影。

表1 对放线菌S. arenicola培养提取物敏感性菌株测试结果 

全文免费下载链接：

http://aem.asm.org/content/83/4/e02676-16.short

卢瑟菌点评： 

自然环境的微生物生态学研究受多种因子（生物、非生物等）影响，极为复杂，可能导致很多结果为假阳性。结合单因素模拟实验对所得结果进一步验证是微生物生态研究的趋势。希望本文研究思路能给大家带来启示。

8.25

青藏高原土壤真菌多样性与植被多样性和生产力的关系

参天大葱

真菌是生态系统的重要组成成分，一方面，土壤真菌在物质分解和营养元素循环中扮演重要的角色；另一方面，真菌又可作为动、植物病原菌或与动、植物互惠共生。从海洋到陆地、从平原到高原，前人已对真菌多样性-植物多样性的关系进行了一些研究。然而，不同地域、不同尺度的研究常出现不一致的结论。当前，对于高原地区植被-真菌之间多样性-多样性、生产力-多样性的关系依然存在较大空白。

2017年，New Phytologist（IF=7.330，TOP）刊登了“Soil fungal diversity in natural grasslands of the Tibetan Plateau: associations with plant diversity and productivity”一文，文章作者对青藏高原（Tibetan Plateau）地区土壤真菌多样性与植被多样性和生产力之间的关系进行了研究。作者选择7-8月份作为采样时期，此时正值植被生长最为旺盛的时期。为使研究具有代表性，作者共选择60个样点，东西跨度960km，南北跨度815km。这些样点的植被类型包括高山草甸（alpine meadow）、高山干草原（alpine steppe）、荒漠干草原（desert steppe）；年均温由-5.2到4.7℃；年平均降水量66-560mm。通过Illumina对土壤样品ITS2序列进行高通量测序，以此描述各样点的真菌群落结构和多样性。

最优普通最小二乘法（OLS）多元回归模型、偏最小二乘回归（PLSR）和方差分割分析（VPA）表明，植被丰富度（Richness）和真菌丰富度（Richness）之间存在正相关。但当将真菌按照功能分组（fungal functional guilds）后，并没有发现植被丰富度与功能组丰富度之间存在相关性。相较于植被多样性，植被生产力与真菌多样性之间相关性更弱，因此排除生产力作为影响真菌多样性的主要驱动力。本研究指出了植物多样性在对土壤真菌丰富度的影响中起到主导作用，此外，其他因子如碳氮比（C/N）、磷、溶解有机碳等也会对土壤真菌丰富度产生影响。

图1 真菌丰富度（Richness）、植被丰富度和生产力之间的关系

(a-c)偏最小二乘回归法；(d)方差分割分析。

表2 环境因子对真菌功能组丰富度的影响（OLS多元回归模型）

免费下载链接：

http://sci-hub.bz/10.1111/nph.14606

卢瑟菌点评： 

生态学研究中常见地理尺度包括local（1m-1km）、regional（1km-100km）、continental（100km-10,000km）、global（>10,000km）等（引自：en.wikipedia.org/wiki/Spatial_scale），不同尺度的采样研究可能会得到截然不同的生态学结论，做自然环境微生物生态研究时需要考虑到采样尺度的因素。另外，本文为我们提供了“如何在多因子影响下寻找主要因子”的思路方法。

注：标题前带有 表示主编力荐文章

本期审阅、校稿、排版：卢瑟菌

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