原标题：当喀斯特地貌遇上土壤酸化，和尚洞微生态系统别有洞天！
最近，派森诺生物与我国地质大学协作，在《Frontiers in Microbiology》（最新影响因子：4.165）宣布论文，提醒了喀斯特地貌的生态系统中，微生物群落组成的改动与土壤pH值以及土壤酸化之间的内在联络。
研讨布景
喀斯特地貌，是具有溶蚀力的水对可溶性岩石（大多为石灰岩）进行溶蚀效果等所构成的地表和地下形状的总称，广泛散布于我国的云南、四川、重庆、贵州、湖南、湖北、广东、广西等多个省份。因而，我国是东亚重要的喀斯特地貌集合区。但是，近年来，由人类频频活动诱发的酸雨及亚热带季风气候引起的继续增强的降雨量，对我国的喀斯特地貌产生了显着影响，引发了包含土壤酸化在内的一系列改动，对生态和农业都造成了不良后果。
研讨意图
现在对喀斯特地貌特征下的土壤样本已有不少研讨，但是对喀斯特生态系统下的不同生境进行整合研讨的事例相对匮乏。本研讨旨在对具有典型喀斯特地貌特征的和尚洞生态系统中洞外洞内、自上而下的不同生境进行研讨，旨在探求不同生境中的微生物群落组成与生境pH值等影响要素间的互作联络。
研讨办法
测序技能：Illumina MiSeq高通量测序渠道
测序形式：微生物组细菌16S rRNA基因V4区测序
试验目标：湖北省长阳县具有喀斯特地貌特征的和尚洞表里的土壤样本和水样本
试验设计：和尚洞外，别离搜集4份被森林掩盖的山顶土壤（MT）、3份农田土壤（FL）、3份洞顶土壤（CT）；在洞内，在接近洞口的亮堂处、洞中部的昏暗处、和洞内不透光的漆黑处别离搜集外表沉积物样本（SP、SD、SA）各3份、风化的碳酸岩样本（WP、WD、WA）各3份；在洞中部昏暗处搜集1份水滴样本（DW3），在洞内漆黑处搜集2份水滴样本（DW1、DW2）。
研讨成果
A，碳酸盐基岩及酸雨在我国的地域散布；B，酸雨对可溶性碳酸盐基岩的溶蚀效果模型；C和D，我国湖北省和尚洞地貌纵切面图解以及洞表里取样点示意图。
对和尚洞中搜集的样品进行剖析发现，除了4个山顶土壤（MT）之外的其他样本均为微碱性，pH值介于7.28-8.35之间。水滴样本（DW）中的TOC含量最低，而来源于山顶（MT）和洞上方（CT）的洞外土壤样本及洞内亮堂处的风化碳酸盐岩石样本（WP）中的TOC含量较高。在样本DW、MT、FL中未检测到NH4+，而在CT中有NH4+存在。大大都样本中NO3-的含量比NO2-高，CT在外。在一切固体样本中，硫酸盐的含量均比较类似，介于0.11-0.57 mM之间。水滴样本中的NO3-和SO42-含量比大大都固体样本更高。
对31份样品的微生物组成进行高通量测序发现，在门水平，Proteobacteria和Actinobacteria的丰度在简直一切样本中都是最优势的。如Proteobacteria在风化岩石样本WA1、WA2、WA3、WD3及山顶土壤样本MT1、MT2、MT3中的占比为20-40%，在水滴样本中的占比乃至超越60%。而Verrucomicrobia和Acidobacteria在固体样本中的含量比在水滴样本中要高。
结合聚类剖析的丰度最优势的前10个门的组成散布热图
进一步剖析显现，Actinobacteria、Proteobacteria和Acidobacteria在碱性土壤中更占优势。Actinobacteria在一切的风化碳酸盐岩石样品及外表沉积物样品SD1和SD3中丰度较高（40%-60%）。在Proteobacteria门中，Alphaproteobacteria在酸性土壤和高TOC含量的碳酸盐岩石样本中的丰度最高，而在低TOC含量的水滴样本和碱性沉积物中含量较低。在低TOC含量的样本中，Gammaproteobacteria和Betaproteobacteria的含量较高。
和尚洞不同生境中Proteobacteria门中不同物种的相对丰度散布
一起，Alpha多样性剖析显现，洞中外表沉积物样本的菌群多样性程度最高，而水滴样本最低。
和尚洞不同生境中的微生物群落多样性
根据OTU的进一步剖析标明，归于OTU_13的Pseudonocardiales（Actinobacteria）和归于OTU_22的Solirubrobacterales（Actinobacteria），在风化的碳酸盐岩石中相对丰度较高。而归于Chthoniobacterales（Verrucomicrobia）的OTU_47在洞外土壤样本CT和MT中相对丰度较高。在水滴样本中丰度最高的为归于Moraxellaceae（Gammaproteobacteria）的OTU_54。
和尚洞不同生境样本中相对丰度≥2%的OTU聚类剖析热图
根据Unifrac间隔的加权PCoA主坐标剖析显现，洞外外表掩盖土壤样本MT、FL、CT和洞内亮堂及漆黑处的外表沉积物样本SP、SA具有类似的菌群组成结构；风化的碳酸盐岩石样本和洞内昏暗处外表沉积物样本SD较为类似；而水滴样本的菌群组成结构较为共同，与其它样本差异显着。
和尚洞不同生境样本根据Unifrac间隔的加权PCoA主坐标剖析
而LEfSe剖析进一步显现，不同的喀斯特地貌生境样本的要害物种组成从门到属均具有显着差异。Actinobacteria在碳酸盐岩石样本（WA、WD、WP）中占有显着优势。Acidobacteria（18.85%）、Verrucomicrobia（12.9%）、Planctomycetes（9.9%）、Alphaproteobacteria（55%）和Deltaproteobacteria（20%）在洞外的表层掩盖土壤样本（MT、FL、CT）中普遍存在。而在洞表里表沉积物样本（SA、SD、SP）中占比较大的为Chloroflexi（9.97%）、Nitrospirae（7.19%）、Gemmatimonadetes（4.61%） 以及Firmicutes（3.53%）。Proteobacteria（尤其是Gammaproteobacteria和Betaproteobacteria）在水滴样本（SW）中占有优势。而在属水平上，Crossiella、Euzebya和Rubrobacter在碳酸盐岩石样本（WA、WD、WP）中占有优势；Bradyrhizobium和Acidothermus在洞外的表层掩盖土壤样本中占有优势；Gaiella在洞表里表沉积物样本占有优势；Sediminibacterium、Brevundimonas、Acidovorax、Hydrogenophaga、Polaromonas、Acinetobacter、Perlucidibac和Pseudomonas在水滴样本中占有优势。
LEfSe剖析显现不同生境下的显着差异物种散布特征。属水平字母简称顺次代表：A，Crossiella；B，Euzebya；C，Rubrobacter；D，Bradyrhizobium；E，Acidothermus；F，Gaiella；G，Sediminibacterium；H，Brevundimonas；I，Acidovorax；J，Hydrogenophaga；K，Polaromonas；L，Acinetobacter；M，Perlucidibaca；N，Pseudomonas
本研讨的另一个亮点在于，搜集了不同生境样本的12种环境参数，并经过RDA剖析衡量这些影响要素与和尚洞生态系统中微生物组成结构之间的相互联络。成果显现，在门水平，pH值（物种组成多样性贡献率为14.9%，P = 0.03）、TOC（9.8%，P = 0.022）和K+浓度（7.1%，P = 0.03）是与物种组成结构联络最为严密的三种环境因子。在纲水平，对Proteobacteria门下物种进行RDA剖析所能解说的信息量占比为53%，其间pH值和TOC占28.6%。不同门水平的物种组成结构与pH、TOC、K+的相关性不尽相同。在不同生境的样本中，跟着pH值的添加，Acidobacteria、Verrucomicrobia和Planctomycetes的相对丰度显着削减；而在酸性样本中，Gemmatimonadetes和Firmicutes的相对丰度较高。pH值越高，Gammaproteobacteria和Betaproteobacteria的相对丰度越高。Acidobacteria、Verrucomicrobia和Planctomycetes的相对丰度和样本中的TOC含量呈正相关。农田土壤样本（FL）、大大都洞内沉积物样本及水滴样本的菌群组成结构与pH值呈正相关，与TOC和K+浓度呈负相关。在洞内风化岩石样本中，只要Actinobacteria与K+浓度呈正相关。经过对洞外表层土壤样本OTU水平的Shannon多样性指数与pH值之间进行线性回归剖析发现，两者之间具有较强的相关性。
不同环境参数对不同生境下菌群组成结构影响的RDA剖析。A和B，一切生境样本门水平的RDA剖析；C，一切生境样本Proteobacteria门下纲水平的RDA剖析；D，洞外表层土壤样本（MT、FL、CT）门水平的RDA剖析。
洞外表层土壤样本OTU水平的Shannon多样性指数与pH值之间的线性回归剖析
总结
本研讨标明，由酸雨和继续增强的季风性降雨导致的土壤酸化，使得包含洞外表层土壤、洞内沉积物、洞内风化的碳酸盐岩石及落下的水滴在内的整个喀斯特生态系统的细菌菌群组成发生了显着改动。这一改动主要与各生境中pH值、TOC和K+浓度改动有关，这些环境要素对喀斯特地貌不同生境的细菌菌群多样性和物种组成具有显着影响。
本研讨的测序和数据剖析作业由上海派森诺生物科技股份有限公司完结。
文章索引：
Yun Y, Wang H, Man B, Xiang X, Zhou J, Qiu X, Duan Y and Engel AS (2016) The Relationship between pH and Bacterial Communities in a Single Karst Ecosystem and Its Implication for Soil Acidification. Front. Microbiol. 7:1955. doi: 10.3389/fmicb.2016.01955
点击链接，检查原文献： http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fmicb.2016.01955
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