活性污泥体系细菌细胞大小的分布规律研究

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在传统生态学中,个体大小一直是研究者关注的重点,影响着物种在食物链中的位置及生物体间的相互作用关系,是人们理解和预测群落结构的重要工具。但在微生物生态学领域,微生物的肉眼不可见性和难培养性,使人们通常难以将微生物的大小信息纳入相关的微生物生态学研究。近些年来,高通量测序技术的发展使人们可以大量的从DNA层面获取群落中的基因丰度信息,这也促使许多研究者将环境中微生物的基因丰度作为其阐释群落结构及变化的单一工具。但DNA层面的丰度信息具有许多难以克服的问题,使其无法等同于环境中细菌的细胞丰度和生物量,更无法取代细菌的细胞大小所具有的生态学意义。本研究将高通量测序技术与粒径过滤分选、荧光显微镜计数法相结合,还原了细菌在各粒径范围内的绝对数量分布,探究了我国5个不同省份的6个活性污泥样品中菌群的细胞大小分布规律。基于细菌在不同粒径分级组中的分布,定义不同分类操作单元(zero-radiusoperational taxonomicunits,zOTU)的细胞大小,主要结果如下:(1)我们定义了活性污泥体系中104个zOTUs的细胞大小,同一 zOTU的细胞大小在不同来源活性污泥样品中的变化不大(变异系数的中值为0.148),这也说明了本研究采用的实验方法的可靠性。(2)对12个在全球各污水厂中普遍分布的核心OTUs进行了细胞大小定义,发现这些细菌在细胞体积上的跨度要远大于其在丰度上的跨度,暗示忽略细胞大小信息对判定菌群中实际的重要类群具有较大影响。(3)16S rRNA基因序列相似度大于95%的近缘物种间细胞大小相似的可能性显著高于远缘物种,但近缘物种中也存在着一些细胞大小并不相近的细菌,暗示细菌的细胞大小存在着一定的属内差异。(4)细菌的细胞大小与其细胞中所含的16S rRNA基因拷贝数间具有显著的正相关性(Ptwo-tailed<0.05),且细菌的细胞较大是其具有高cDNA/DNA 比值的必要非充分条件。这些结果从细菌的细胞大小稳定性、物种分类、cDNA/DNA比值、系统发生关系等多个方面探究活性污泥体系中菌群的细胞大小分布规律,为环境中菌群的细胞大小鉴定及相关微生物生态学研究提供重要参考。
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