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        再登頂級雜志《Journal of Hazardous Materials》,天昊客戶利用16S擴增子解析塑料微球對土壤細菌影響


        原創 上海天昊生物 

        客戶“昊”文章

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        英文題目:Deciphering the diversity and functions of plastisphere bacterial communities in plastic-mulching croplands of subtropical China
        中文題目:中國亞熱帶地區覆蓋農田塑料微球細菌群落的多樣性和功能研究

        期刊名:Journal of Hazardous Materials

        影響因子:10.582 (一區Top)

         

        近期,湖南農業大學資源與環境學院等單位合作,在國際頂級環境科學期刊《Journal of Hazardous Materials》(IF=10.582,一區Top)上發表最新了研究成果。研究者通過對中國亞熱帶地區55塊地膜農田的土壤和殘膜進行分析,探討了相關細菌群落的多樣性和功能,強調了探索農田中塑料殘留物的生態和健康風險的必要性。
        在本項研究中,天昊生物有幸承擔了微生物細菌16S擴增子相對定量測序工作,在恭喜客戶取得好成績的同時,讓我們簡單看下這篇文章。


         
        塑料薄膜被廣泛用于農業生產中,以實現作物的高水分利用效率、高產量、早期收獲和改善果實質量等作用。然而中國農田消耗的大部分塑料,在作物收獲后沒有回收,導致農田中塑料薄膜的積累增加。塑料降解過程中積累的塑料微球和有機化合物等對土壤微生物構成威脅,其對土壤的不利影響因此也備受關注。
         
        本研究利用細菌16S擴增子測序對中國亞熱帶地區55塊地膜農田土壤及進行了分析。試驗土壤取樣基于五點取樣法,在每個取樣點的塑料薄膜覆蓋區域和周圍對照區域內設置長100 cm,寬100 cm的樣方,土壤取樣深度為0-20 cm,之后將樣本干冰運回實驗室進行DNA提取及細菌16S擴增子V4-V5區測序?;跈z測結果,分析了相關細菌群落的多樣性和功能。
         
        研究首先關注了塑料微球細菌群落的α多樣性和系統發育多樣性情況。根據測定發現,塑料微球細菌群落多樣性指數明顯低于周圍土壤(圖1)。因為膜碎片可能對微生物的定殖和生長有不均勻的影響。碎片降解過程中產生的物質,如鄰苯二甲酸酯,對微生物有毒,可以部分解釋塑料球的細菌α多樣性低于周圍土壤的原因。


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        1、基于observed richness (A)、Chao 1 index (B)、Shannon index (C)、net nearest taxa index (D)、net relatedness index (E)Faith’s phylogenetic diversity (F)的塑料微球和周圍土壤樣品之間微生物群落的α多樣性和系譜關系比較。

         

        根據NMDS分析、Procrustes分析和Bray–Curtis相似性分析,發現塑料微球土壤樣品的細菌群落組成與周圍土壤樣品顯著不同(2)。這表明薄膜碎片可能提供了一個新的生態位,選擇性地容納來自周圍土壤的微生物。


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        2、NMDS分析對所有地點塑料微球的群落多樣性進行解析(A)。Procrustes分析說明了塑料微球的群落剖面(ASVs水平)和周圍土壤樣品之間的潛在關系(B)。根據相對豐度數據計算周圍土壤和塑料微球樣本間的群落組成相似性差異(C)。

         
        通過將ASVRDP數據庫進行比對后,研究者從所有樣本中鑒定出了相似的優勢菌門。但大多數門的相對豐度在塑料微球和周圍土壤之間有顯著差異。與周圍土壤樣品相比,塑料微球樣品中富含Proteobacteria、Bacteroidetes、CyanobacteriaVerrucomicrobia菌門 (3)。


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        3、在門分類水平上塑料微球和周圍土壤樣品相對豐度之間的顯著性差異。

         

        為了表征塑料微球內細菌分類群和周圍土壤之間的復雜相互作用,研究者基于ASV矩陣進行了共存網絡分析(4)。與周圍土壤樣品相比,塑料微球的生態網絡節點更多,但相互作用更少。


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        4、塑料微球和周圍土壤樣品中細菌群落的共存網絡分析。每個網絡的節點基于ASV的門附屬關系著色,并根據連接程度確定大小。連接節點的邊用綠線表示共存互作,紅色表示共生排斥。

         

        接下來,研究者使用基于網絡的PICRUSt工具評估細菌群落的功能途徑。首先將ASV表格上傳到服務器,隨后使用PICRUSt進行分析,再利用STAMP進行功能數據的統計分析和可視化。與周圍土壤樣品相比,塑料微球樣品中代謝相關的功能顯著豐富。與輔因子、維生素、氨基酸、萜類和聚酮化合物代謝相關的序列更高,包括細菌趨化性、聚糖降解、生物素代謝、脂多糖生物合成、酮體合成和降解等,在塑料球樣品中有較多出現使用(5)。STAMP生成的功能基因熱圖顯示塑料微球和周圍土壤之間與碳、氮和磷循環相關的功能基因豐度存在顯著差異(6)。


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        5、PICRUST分析顯示,塑料微球中細菌群落的代謝功能(途徑)顯著豐富。

         

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        6、顯示與塑料微球和周圍土壤樣品之間的碳(A)、氮(B)和磷(C)循環相關的基因組豐度差異的熱圖。

         

        以上這些結果證明,塑料微球和周圍土壤微生物菌群之間存在著多樣性和功能的差異。薄膜碎片可以作為微生物定居的獨特基質,影響農田的生態和功能可持續性。本研究結果進一步強調了對于農田中塑料殘留物的生態和健康風險監控的必要性。

         

         

        END

         

        天昊生物微生物擴增子測序相關鏈接:

         

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