Diversity of NC10 bacteria associated with sediments of submerged Potamogeton crispus (Alismatales: Potmogetonaceae)

沉水菔草沉積物中NC10細菌的多樣性

來源：PeerJ, volume 6, e6041, 2018

《PeerJ》，第6卷，文章編號e6041，2018年

 

摘要

本研究通過根箱方法模擬沉水植物Potamogeton crispus的根際微環境，調查了NC10門細菌（特別是M. oxyfera-like細菌）在根際沉積物中的存在、空間異質性和遺傳多樣性。研究發現M. oxyfera-like細菌存在于所有根箱區室（根區、近根際和非根際），共鑒定出16個OTUs，多樣性指數表明近根際區室具有更高的細菌多樣性。系統發育分析顯示大多數OTUs屬于group b，并發現一個新的NC10集群。結果表明group b細菌可能在淡水系統的氮生物地球化學循環中起重要作用。

 

研究目的

本研究旨在探究沉水植物Potamogeton crispus根際沉積物中M. oxyfera-like細菌的存在、空間分布和遺傳多樣性，以填補水生植物根際中NC10細菌研究的空白，并評估其在碳氮循環中的潛在作用。

 

研究思路

研究采用根箱方法培養Potamogeton crispus，將根箱分為根區（R）、近根際（分為5個1毫米子區室N1-N5）和非根際（Non）區室。采樣后，使用16S rRNA基因文庫分析細菌多樣性，通過嵌套PCR、克隆和測序技術鑒定M. oxyfera-like細菌。同時，使用丹麥Unisense微電極系統原位測量沉積物的溶解氧（DO）和pH，以評估環境參數。

 

 

測量的數據及研究意義

1 物理化學指標數據：包括NO3-N濃度、NH4-N濃度、pH和氧滲透深度（Dop），來自表1。研究意義是這些數據揭示了根際沉積物的環境條件，例如NO3-N濃度在近根際區室較高，表明根際可能促進氮轉化過程，為M. oxyfera-like細菌的生長提供了底物（如亞硝酸鹽）。

 

2 多樣性指數數據：包括OTU數量、Shannon指數（多樣性）和Chao1指數（豐富度），來自表2。研究意義是評估了細菌群落的多樣性和豐富度，顯示近根際區室（如N2）多樣性最高，表明根際微環境更有利于M. oxyfera-like細菌的生存，可能由于植物根系分泌物提供了甲烷和亞硝酸鹽源。

 

3 系統發育分析數據：OTU的分布和與M. oxyfera的相似性，來自表3和圖2。研究意義是通過系統發育樹將OTUs分類，確認group b為優勢群，并發現一個新集群，這有助于理解NC10細菌的進化關系和在淡水生態系統中的功能角色。

 

 

 

結論

1 M. oxyfera-like細菌存在于Potamogeton crispus的所有根箱區室，但OTU數量較少（每個區室4-6個），多樣性指數與淡水濕地和河流沉積物相似。

2 系統發育分析顯示大多數OTUs屬于group b，并發現一個新的NC10集群，表明group b細菌可能在淡水系統的氮循環和富營養化調控中起關鍵作用。

3 根際微環境（尤其是近根際）更有利于M. oxyfera-like細菌的生存，可能由于根系活動提供了甲烷和亞硝酸鹽。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense微電極系統測量的溶解氧（DO）和pH數據具有重要研究意義。這些原位測量提供了根際沉積物的關鍵環境參數，如氧滲透深度（Dop）和pH值（來自表1），幫助量化了微生物棲息地的氧化還原條件。由于M. oxyfera-like細菌是厭氧菌，其活性依賴于低氧環境，Unisense電極的高精度測量確保了數據可靠性，揭示了根際區室的氧梯度（如Dop從根區到非根際遞減），這直接影響了細菌的分布和氮循環過程。此外，pH測量顯示根際環境偏中性（pH 7.56-7.62），為理解細菌的生理適應性提供了背景。總之，Unisense電極的數據增強了研究的生態相關性，為根際微生物生態學提供了原位驗證。