Cộng đồng vi sinh vật đất và nấm qua gradient pH trong đất trồng trọt
Tóm tắt
Đất được thu thập qua một thí nghiệm đã bón vôi lâu dài (pH 4.0–8.3), trong đó sự biến đổi của các yếu tố khác ngoài pH đã được giảm thiểu, được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng trực tiếp của pH lên sự phong phú và thành phần của hai nhóm chính trong vi sinh vật đất: nấm và vi khuẩn. Chúng tôi giả thuyết rằng các cộng đồng vi khuẩn sẽ bị ảnh hưởng mạnh bởi pH hơn là các cộng đồng nấm. Để xác định tỷ lệ phong phú tương đối của vi khuẩn và nấm, chúng tôi đã sử dụng PCR định lượng (qPCR), và để phân tích thành phần và đa dạng của các cộng đồng vi khuẩn và nấm, chúng tôi đã sử dụng kỹ thuật tuần tự song song có mã vạch. Cả tỷ lệ phong phú tương đối và đa dạng của vi khuẩn đều có quan hệ dương với pH, trong đó tỷ lệ phong phú gần như tăng gấp đôi giữa pH 4 và 8. Trái lại, tỷ lệ phong phú tương đối của nấm không bị ảnh hưởng bởi pH và độ đa dạng của nấm chỉ có liên hệ yếu với pH. Thành phần của các cộng đồng vi khuẩn được xác định chặt chẽ bởi pH của đất; có sự biến đổi thành phần cộng đồng vi khuẩn dọc theo khoảng cách 180 mét của thí nghiệm này cũng như so với đất thu thập từ nhiều biôma khác nhau ở Bắc và Nam Mỹ, nhấn mạnh sự chi phối của pH trong việc cấu trúc các cộng đồng vi khuẩn. Ảnh hưởng trực tiếp rõ ràng của pH lên thành phần của cộng đồng vi khuẩn có lẽ do phạm vi pH hẹp cho sự phát triển tối ưu của vi khuẩn. Thành phần cộng đồng nấm ít bị ảnh hưởng bởi pH hơn, điều này phù hợp với các nghiên cứu văn hóa thuần túy, cho thấy nấm thường có các phạm vi pH rộng hơn cho sự phát triển tối ưu.
Từ khóa
#vi khuẩn #nấm #pH #vi sinh vật đất #đa dạng #thành phần #đất nông nghiệp #biến đổi #PCR định lượng #tuần tự song song có mã vạchTài liệu tham khảo
Aciego Pietri, 2007, Nitrogen mineralisation along a pH gradient of a silty loam UK soil, Soil Biol Biochem, 40, 797, 10.1016/j.soilbio.2007.10.014
Aciego Pietri, 2007, Relationships between soil pH and microbial properties in a UK arable soil, Soil Biol Biochem, 40, 1856, 10.1016/j.soilbio.2008.03.020
Aciego Pietri, 2009, Substrate inputs and pH as factors controlling microbial biomass, activity and community structure in an arable soil, Soil Biol Biochem, 41, 1396, 10.1016/j.soilbio.2009.03.017
Axelrood, 2002, Molecular characterization of bacterial diversity from British Columbia forest soils subjected to disturbance, Can J Microbiol, 48, 655, 10.1139/w02-059
Bååth, 1996, Adaptation of soil bacterial communities to prevailing pH in different soils, FEMS Microb Ecol, 19, 227, 10.1016/0168-6496(96)00008-6
Bååth, 2003, Comparison of soil fungal/bacterial ratios in a pH gradient using physiological and PLFA-based techniques, Soil Biol Biochem, 35, 955, 10.1016/S0038-0717(03)00154-8
Baker, 2009, Environmental and spatial characterisation of bacterial community composition in soil to inform sampling strategies, Soil Biol Biochem, 41, 2292, 10.1016/j.soilbio.2009.08.010
Beales, 2004, Adaptation of microorganisms to cold temperature, weak acid preservatives, low pH, and osmotic stress: a review, Comp Rev Food Sci F, 3, 1, 10.1111/j.1541-4337.2004.tb00057.x
Bennett, 2009, Woodland trees modulate soil resources and conserve fungal diversity in fragmented landscapes, Soil Biol Biochem, 41, 2162, 10.1016/j.soilbio.2009.07.030
Borneman, 2000, PCR primers that amplify fungal rRNA genes from environmental samples, Appl Environ Microbiol, 66, 4356, 10.1128/AEM.66.10.4356-4360.2000
Buée, 2009, 454 pyrosequencing analyses of forest soils reveal an unexpectedly high fungal diversity, New Phytol, 184, 449, 10.1111/j.1469-8137.2009.03003.x
Caporaso, 2010, QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data, Nature Methods, 7, 335, 10.1038/nmeth.f.303
Davis, 2009, Assessment of the diversity, abundance, and ecological distribution of candidate division SR1 reveals a high level of phylogenetic diversity but limited morphotypic diversity, Appl Environ Microbiol, 75, 4139, 10.1128/AEM.00137-09
Dimitriu, 2010, Relationship between soil properties and patterns of bacterial β-diversity across reclaimed and natural boreal forest soils, Microb Ecol, 59, 563, 10.1007/s00248-009-9590-0
Domsch, 1980, Compendium of Soil Fungi
Fazi, 2005, Bacterial communities associated with benthic organic matter in headwater stream microhabitats, Environ Microbiol, 7, 1633, 10.1111/j.1462-2920.2005.00857.x
Fierer, 2007, Toward an ecological classification of soil bacteria, Ecology, 88, 1354, 10.1890/05-1839
Fierer, 2008, The influence of sex, handedness, and washing on the diversity of hand surface bacteria, Proc Natl Acad Sci USA, 105, 17994, 10.1073/pnas.0807920105
Fierer, 2006, The diversity and biogeography of soil bacterial communities, Proc Natl Acad Sci USA, 103, 626, 10.1073/pnas.0507535103
Fierer, 2005, Assessment of soil microbial community structure by use of taxon-specific quantitative PCR assays, Appl Environ Microbiol, 71, 4117, 10.1128/AEM.71.7.4117-4120.2005
Fierer, 2009, Global patterns in belowground communities, Ecol Lett, 12, 1238, 10.1111/j.1461-0248.2009.01360.x
Frey, 2004, Chronic nitrogen enrichment affects the structure and function of the soil microbial community in temperate hardwood and pine forests, For Ecol Manag, 196, 159, 10.1016/j.foreco.2004.03.018
Hamady, 2010, Fast UniFrac: facilitating high-throughput phylogenetic analyses of microbial communities including analysis of pyrosequencing and PhyloChip data, ISME J, 4, 17, 10.1038/ismej.2009.97
Hamady, 2008, Error-correcting barcoded primers for pyrosequencing hundreds of samples in multiplex, Nat Methods, 5, 235, 10.1038/nmeth.1184
Hartman, 2008, Environmental and anthropogenic control of bacterial communities in wetland soils, Proc Natl Acad Sci USA, 105, 17842, 10.1073/pnas.0808254105
Jesus, 2009, Changes in lands use alter the structure of bacterial communities in Western Amazon soils, ISME J, 3, 1004, 10.1038/ismej.2009.47
Jones, 2009, A comprehensive survey of soil acidobacterial diversity using pyrosequencing and clone library analyses, ISME J, 3, 442, 10.1038/ismej.2008.127
Kirchman, 2002, The ecology of Cytophaga–Flavobacteria in aquatic environments, FEMS Microbiol Ecol, 39, 91
Kunin, 2010, Wrinkles in the rare biosphere: pyrosequencing errors can lead to artificial inflation of diversity estimates, Environ Microbiol, 12, 118, 10.1111/j.1462-2920.2009.02051.x
Lauber, 2009, Pyrosequencing-based assessment of soil pH as a predictor of soil bacterial community composition at the continental scale, Appl Environ Microbiol, 75, 5111, 10.1128/AEM.00335-09
Lauber, 2008, The influence of soil properties on the structure of bacterial and fungal communities across land-use types, Soil Biol Biochem, 40, 2407, 10.1016/j.soilbio.2008.05.021
Li, 2006, Cd-hit: a fast program for clustering and comparing large sets of protein or nucleotide sequences, Bioinformatics, 22, 1658, 10.1093/bioinformatics/btl158
Lozupone, 2006, UniFrac—an online tool for comparing microbial community diversity in a phylogenetic context, BMC Bioinformatics, 7, 731, 10.1186/1471-2105-7-371
Lozupone, 2005, UniFrac: a new phylogenetic method for comparing microbial communities, Appl Environ Microbiol, 71, 8228, 10.1128/AEM.71.12.8228-8235.2005
Männistö, 2007, Bacterial communities in Arctic fjelds of Finnish Lapland are stable but highly pH dependent, FEMS Microbiol Ecol, 59, 452, 10.1111/j.1574-6941.2006.00232.x
McCaig, 1999, Molecular analysis of bacterial community structure and diversity in unimproved and improved upland grass pastures, Appl Environ Microbiol, 65, 1721, 10.1128/AEM.65.4.1721-1730.1999
Nevarez, 2009, Physiological traits of Penicillium glabrum strain LCP 08.5568, a filamentous fungus isolated from bottled aromatised mineral water, Int J Food Microbiol, 130, 166, 10.1016/j.ijfoodmicro.2009.01.013
Nicol, 2008, The influence of soil pH on the diversity, abundance and transcriptional activity of ammonia oxidizing archaea and bacteria, Environ Microbiol, 10, 2966, 10.1111/j.1462-2920.2008.01701.x
Nilsson, 2007, Growth of ectomycorrhizal mycelia and composition of soil microbial communities in oak forest soils along a nitrogen deposition gradient, Oecologia, 153, 375, 10.1007/s00442-007-0735-x
Philippot, 2009, Mapping fine-scale spatial patterns of size and activity of the denitrifier community, Environ Microbiol, 11, 1518, 10.1111/j.1462-2920.2009.01879.x
Price, 2009, Fasttree: computing large minimum-evolution trees with profiles instead of a distance matrix, Mol Biol Evol, 26, 1641, 10.1093/molbev/msp077
Pruesse, 2007, SILVA: a comprehensive online resource for quality checked and aligned ribosomal RNA sequence data compatible with ARB, Nucleic Acids Res, 35, 7188, 10.1093/nar/gkm864
Rosso, 1995, Convenient model to describe the combined effects of temperature and pH on microbial growth, Appl Environ Microbiol, 61, 610, 10.1128/aem.61.2.610-616.1995
Rousk, 2008, Examining the fungal and bacterial niche overlap using selective inhibitors in soil, FEMS Microbiol Ecol, 63, 350, 10.1111/j.1574-6941.2008.00440.x
Rousk, 2009, Contrasting soil pH effects on fungal and bacterial growth suggests functional redundancy in carbon mineralisation, Appl Environ Microbiol, 75, 1589, 10.1128/AEM.02775-08
Rousk, 2010, The microbial PLFA composition as affected by pH in an arable soil, Soil Biol Biochem, 42, 516, 10.1016/j.soilbio.2009.11.026
Rousk, 2010, Investigating the mechanisms for the opposing pH-relationships of fungal and bacterial growth in soil, Soil Biol Biochem, 42, 926, 10.1016/j.soilbio.2010.02.009
Shaw, 2008, It's all relative: ranking the diversity of aquatic bacterial communities, Environ Microbiol, 10, 2200, 10.1111/j.1462-2920.2008.01626.x