科洛火山小椅山火山灰細(xì)菌多樣性及其與環(huán)境因子的關(guān)系

賀雙俊，楊健，劉濤，張爽，王偉東，晏磊

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院/黑龍江省寒區(qū)環(huán)境微生物與農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大慶 163319）

火山活動(dòng)被定義為行星或衛(wèi)星周?chē)殡S固體、液體或氣體釋放而產(chǎn)生的內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)。隨著火山地質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，形成了許多豐富多樣的極端山體地貌微環(huán)境，從酸性溫泉到深海以及內(nèi)陸玄武巖棲息地。由于火山環(huán)境在地球上廣泛分布，了解火山環(huán)境中微生物生命的多樣性和特征具有重要的地質(zhì)學(xué)意義?；鹕江h(huán)境可以作為模型系統(tǒng)來(lái)理解原核生物多樣性和分布特征的典型模式。這些研究提高了我們對(duì)火山巖石與板塊俯沖和碰撞相關(guān)的地質(zhì)活動(dòng)演替對(duì)地殼的生長(zhǎng)的決定作用[1-2]，為深入認(rèn)識(shí)地球化學(xué)環(huán)境對(duì)地球表面和地下微生物多樣性主要影響。因此，探索火山環(huán)境的微生物多樣性有助于揭示地球上存在的早期微生物生命的潛力。近年來(lái)，許多研究表明，火山噴發(fā)活動(dòng)不僅影響局部乃至全球的生態(tài)系統(tǒng)和氣候，而且由于火山灰對(duì)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的影響，對(duì)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生重要的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。這也有助于深入挖掘地質(zhì)歷史時(shí)期火山噴發(fā)的火山灰層中的新細(xì)菌資源[3]，為了解火山環(huán)境的微生物多樣性和碳氮元素的全球循環(huán)提供重要的核心思路[4-5]。在伴隨著火山地質(zhì)活動(dòng)演替形成的山體地貌可能會(huì)因?yàn)樯锘顒?dòng)而發(fā)生不同程度顯著的變化，最近研究表明夏威夷基拉韋厄火山（KVD）沉積環(huán)境中具有豐富的細(xì)菌多樣性，而且大部分微生物多樣性多基于與環(huán)境樣品未培養(yǎng)的微生物或特定的16S rRNA基因序列特征相異的新菌群落研究密切相關(guān)。據(jù)已報(bào)道研究在與火山灰沉積物中微生物的生物礦化及參與地質(zhì)元素化學(xué)循環(huán)中原核生物群落分布的種群代謝多樣性[6-8]。另外，目前對(duì)于不同環(huán)境火山灰分離培養(yǎng)及參與風(fēng)化的細(xì)菌多樣性與環(huán)境因子的相關(guān)性關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)：日本櫻島火山火山灰中分離培養(yǎng)獲得的細(xì)菌菌群豐度與平均溫度、pH 值、環(huán)境變量呈顯著相關(guān)，而只與碳吸收保持統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而且溫度越低，細(xì)菌豐度和土壤碳氮積累增加較慢[9]。

科洛火山群坐落于黑龍江省黑河市嫩江縣小興安嶺西側(cè)，作為地質(zhì)生物演化、棲息繁衍的重點(diǎn)典型區(qū)域之一。小椅山火山屬火山錐山體噴發(fā)于更新世晚期，火山錐周邊遍及各種火山灰、火山浮渣、火山石、火山彈及熔巖臺(tái)地等熔巖裸露，植被稀少，具備發(fā)育良好的微型火山地貌。小椅山火山環(huán)境生態(tài)條件惡劣，且保藏豐富的微生物資源，同時(shí)對(duì)地球物理化學(xué)循環(huán)推動(dòng)作為貢獻(xiàn)成員，對(duì)極地生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建和維持起到關(guān)鍵作用。因此，截至目前，國(guó)內(nèi)對(duì)小椅山火山生境微生物棲息環(huán)境變化規(guī)律和地球化學(xué)循環(huán)作用機(jī)理尚不清楚，尤其對(duì)于適應(yīng)于小椅山火山地質(zhì)環(huán)境自然生態(tài)微生物多樣性與火山環(huán)境內(nèi)部有機(jī)質(zhì)、碳、氮、磷及鐵、硫等環(huán)境元素共同組成的相互關(guān)系尚無(wú)定論。研究為全面深入科洛火山群—小椅山火山灰中對(duì)地球化學(xué)循環(huán)、生物礦化、巖石風(fēng)化等作用的地質(zhì)微生物資源庫(kù)提供科學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 主要試劑儀器

主要試劑：總鐵測(cè)定試劑盒（廣東環(huán)凱微生物科技有限公司，中國(guó)）；細(xì)菌引物338F 和806R（上海英駿生物技術(shù)有限公司，中國(guó)）；dNTP Mix（10 mM），Phusion HF MM（M0541L），Phusion（BioLabs，美國(guó)）；VAHTSTMDNA Clean Beads（南京諾唯贊生物科技有限公司，中國(guó)）；MinElute PCR Purification Kit（QIAGEN，德國(guó)）；瓊脂糖（BIOWEST，西班牙）；去離子水（天根生化科技北京有限公司，中國(guó)）；無(wú)水乙醇（500 mL）（北京化工廠，中國(guó)）。

主要儀器：pH 計(jì)（PHB-4 型，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司，中國(guó)），總有機(jī)碳（TOC）用HT1300 干法測(cè)定；總有機(jī)碳碳氮元素分析儀（multi N/C 2100型，耶拿，德國(guó)）；分光光度計(jì)（A003 型，上海菁華科技儀器有限公司，中國(guó)）；Nanodrop（2000 型，賽默飛世爾科技有限公司，中國(guó)）；PCR 儀（2720 型，Applied Biosystems，美國(guó)）；微型離心機(jī)（1795 型，天根生化科技有限公司，中國(guó)）；高通量測(cè)序儀（HiSeq2500，Illumina，美國(guó)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品采集

小椅山位于中國(guó)黑龍江省黑河市嫩江科洛斷陷盆地中心區(qū)域（125°99′E，49°31′N(xiāo)），研究于2018 年10 月（秋季）對(duì)科洛火山群小椅山火山灰進(jìn)行采樣。在火山口頂部、中部、底部3 個(gè)位點(diǎn)分別采集0～5 cm深度范圍內(nèi)的火山灰，按照1∶1∶1 比例混合，得到小椅山火山灰混合樣品，記為XYS1，XYS2，XYS3 三個(gè)樣品重復(fù)，并迅速裝入滅菌袋，低溫運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室，分別4 ℃和-20 ℃低溫保存?zhèn)溆?，一部分為后續(xù)理化分析，另一部分為高通量測(cè)序分析做準(zhǔn)備。如圖1 所示即小椅山火山灰采樣區(qū)域概況圖。

圖1 小椅山火山灰采樣區(qū)域概況圖Fig.1 Overview of volcanic ash sampling area in Xiaoyishan

1.2.2 環(huán)境因子測(cè)定

實(shí)驗(yàn)以2.5∶1 水樣比作為操作標(biāo)準(zhǔn)收集濾液上清液，火山灰樣品pH 采用PHB-4 型帶玻璃電極的數(shù)字pH 計(jì)測(cè)定?；鹕交覙悠房傆袡C(jī)碳（TOC）采用碳氮元素分析儀測(cè)定（multi N/C 2100 型，耶拿，德國(guó)），硝態(tài)氮（NO3-N）利用過(guò)硫酸鉀消解—紫外分光光度法測(cè)定，總鐵（TI）通過(guò)總鐵試劑盒測(cè)定。

1.2.3 細(xì)菌多樣性分析

采用MOBIO Power SoilRDNA 提取試劑盒（MOBIO Lab，CA，USA），提取小椅山火山灰樣品總DNA，以一對(duì)通用的細(xì)菌引物338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′） 和806R （5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′）用來(lái)擴(kuò)增細(xì)菌16S rRNA基因的V3+V4 可變區(qū)域；采用20 μL 反應(yīng)體系：ddH2O 13.25 μL，10xPCR Ex Taq Buffer 2.0 μL，DNA template（100 ng·mL-1）0.5 μL，primel（10 mmol·L-1）10 μL，prime2（10 mmol·L-1）1.0 μL，dNTP Mix（10 mmol·L-1）2.0 μL，Ex Taq DNA polymerase（5 U·mL-1）0.25 μL。PCR 擴(kuò)增的條件為：95 ℃預(yù)變性5 min，然后95 ℃變性30 s、58 ℃退火20 s、72 ℃延伸6 s，共30 個(gè)循環(huán)，最后再72 ℃退火7 min，擴(kuò)增產(chǎn)物保持在4 ℃條件下。合格的基因組樣品在北京百邁客生物科技有限公司進(jìn)行高通量測(cè)序。

建庫(kù)測(cè)序：提取樣品總DNA 后，根據(jù)保守區(qū)設(shè)計(jì)得到引物，在引物末端加上測(cè)序接頭，進(jìn)行PCR 擴(kuò)增并對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行純化、定量和均一化形成測(cè)序文庫(kù)，建好的文庫(kù)先進(jìn)行文庫(kù)質(zhì)檢，質(zhì)檢合格的文庫(kù)基于Illumina Novaseq 6000 測(cè)序平臺(tái)得到的原始圖像數(shù)據(jù)文件，經(jīng)堿基識(shí)別（Base Calling）分析轉(zhuǎn)化為原始測(cè)序序列（Sequenced Reads），結(jié)果以FASTQ（簡(jiǎn)稱為fq）文件格式存儲(chǔ)，其中包含測(cè)序序列（Reads）的序列信息以及其對(duì)應(yīng)的測(cè)序質(zhì)量信息。采用Trimmomatic v0.33 軟件對(duì)原始測(cè)序序列進(jìn)行質(zhì)控，對(duì)低質(zhì)量Raw reads 過(guò)濾，然后對(duì)小椅山火山灰三個(gè)重復(fù)樣品測(cè)序共獲得229 877 對(duì)Raw Reads 進(jìn)行過(guò)濾質(zhì)控；使用cutadapt（v1.9.1）軟件進(jìn)行引物序列的識(shí)別與去除，采用FLASH（v1.2.7）軟件和overlap 進(jìn)行高質(zhì)量Reads 拼接，均產(chǎn)生58643 條Clean Reads 拼接序列；使用UCHIME v4.2 軟件去除嵌合體，鑒定得到高質(zhì)量序列（Effective Reads）；最后進(jìn)行聚類(lèi)/去噪，劃分OTUs/ASVs（后面統(tǒng)一稱之為Feature），并根據(jù)Feature 的序列組成得到其物種分類(lèi)?；谔卣鳎‵eature）分析結(jié)果，進(jìn)一步對(duì)樣品在各個(gè)分類(lèi)水平上進(jìn)行α 多樣性分析（Alpha Diversity），β 多樣性分析（Beta Diversity），顯著物種差異分析，相關(guān)性分析，功能預(yù)測(cè)分析等等，可以挖掘樣品之間的差異。

1.2.4 細(xì)菌多樣性同環(huán)境因子的關(guān)系

運(yùn)用CANOCO 5.0 軟件（http：//canoco5.com/）對(duì)環(huán)境因子，微生物豐度變化和環(huán)境因子之間進(jìn)行冗余分析（redundancy analysis，RDA），運(yùn)用Pastv2.16軟件（http：//folk.uio.no/ohammner/pastD）對(duì)群落與環(huán)境因子間的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析。RDA 模型的選擇原則：先用species-sample 數(shù)據(jù)（97%相似性的樣品OTU表）做PCA 分析，看分析結(jié)果中Lengths of gradient的第一軸的大小，如果在3.0～4.0 之間，選RDA 和CCA 均可，如果小于3.0，RDA 的結(jié)果要好于CCA。

2 結(jié)果與分析

2.1 小椅山火山灰環(huán)境因子

小椅山火山灰的pH，TOC，TI，NO3-N 環(huán)境因子的測(cè)定結(jié)果：pH 為7.31，呈中性，其TOC 含量為7.32%，NO3-N 含量為21.356 μg·g-1，TI 含量為1.875 mg·g-1。利用Canoco5.0 對(duì)species-sample 數(shù)據(jù)（97%相似性的樣品OTU 表）做DCA 分析，得到的第一軸的大小為2，故選擇RDA 模型。再利用Canoco5.0 對(duì)不同的環(huán)境因子進(jìn)行RDA 分析（圖2），篩選主要對(duì)小椅山火山灰有影響的環(huán)境因子，研究小椅山火山灰的不同環(huán)境因子之間的相關(guān)性。RDA 前兩軸的累積貢獻(xiàn)率為100%，其中第一主軸為96.84%（表1），已超過(guò)50%，包含大部分信息，故將其作為主分量軸，且主要是由第一主軸決定。從環(huán)境因子箭頭與排序軸的夾角可以看出：火山灰中TOC、TI 和NO3-N 構(gòu)成了RDA 的第一排序軸，TOC、TI 和NO3-N 與排序軸呈正相關(guān)；pH 構(gòu)成了第二排序軸。從環(huán)境因子之間的相關(guān)性來(lái)看，TI、NO3-N、TOC 相互之間均呈現(xiàn)正相關(guān)；pH 與TI、NO3-N、TOC 呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

表1 環(huán)境因子與小椅山火山灰細(xì)菌群落組成的相關(guān)系數(shù)分析Table 1 Correlation coefficient analysis between environmental factors and composition of bacterial communities in tephra of Xiaoyishan

表2 小椅山火山灰中細(xì)菌Alpha 多樣性Table 2 The alpha diversity of bacteria in Xiaoyishan volcano tephra in the koluo-volcano region

圖2 火山灰中不同環(huán)境因子之間的RDA 分析Fig.2 RDA analysis of different environmental factors in tephra

2.2 小椅山火山灰細(xì)菌多樣性分析

2.2.1 Alpha 多樣性指數(shù)

通過(guò)Alpha 多樣性分析可以反映樣品內(nèi)的微生物群落的豐富度和多樣性。常用的度量指數(shù)主要包括Chao1 指數(shù)體現(xiàn)群落豐富度，以及Shannon 指數(shù)和Simpson 指數(shù)均體現(xiàn)群落均勻度情況。小椅山火山灰細(xì)菌多樣性測(cè)序共獲得61 338 條序列，這些序列根據(jù)97%的相似性標(biāo)準(zhǔn)可劃分為2 182 個(gè)操作分類(lèi)單位（OTU），小椅山火山灰細(xì)菌的Shannon 指數(shù)為9.202 9，Simpson 指數(shù)為0.989 4，Chao l 指數(shù)為2 182。其中Shannon 指數(shù)越高，表明群落多樣性越高；Chao 1 指數(shù)越大，表明群落的豐富度越高。圖3 為小椅山火山灰細(xì)菌16S rRNA 基因高通量測(cè)序稀釋曲線圖，從圖3 可看出，曲線逐漸趨于平緩，其測(cè)序程度已經(jīng)覆蓋到小椅山火山灰樣品的所有物種，可以基本反映樣品測(cè)序的真實(shí)情況。

圖3 小椅山火山灰細(xì)菌的16S rRNA 基因高通量測(cè)序稀釋曲線Fig.3 The dilution curve of 16s rRNA gene of bacteria form Xiaoyishan volcanic ash based on high throughput sequencing

2.2.2 小椅山火山灰細(xì)菌組成

小椅山火山灰中細(xì)菌的群落組成和優(yōu)勢(shì)群落如圖4 反映了門(mén)水平和屬水平上的系統(tǒng)發(fā)育分類(lèi)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果表明，小椅山火山灰細(xì)菌共獲得53 003 條序列，999 個(gè)OTU 分布，其中在門(mén)水平上，涵蓋了Proteobacteria（25.151%），Actinobacteria（22.042%），F(xiàn)irmicutes（17.088%），Bacteroidetes（8.369%），Acidobacteria（7.054%），Gemmatimmonadetes（5.173%），Others（5.065%），Chloroflesi（3.509%），Verrucomicrobia（3.383%），Patescibacteria（1.998%）等32 個(gè)菌門(mén)。在屬水平上，Lactobacillus（8.394%）屬于厚壁菌門(mén)，Gemmatimonas（2.287%）屬于芽單胞菌門(mén)，其他細(xì)菌類(lèi)群Others（72.112%），Uncultured bacterium 未鑒定的細(xì)菌（17.207%）可能是新的細(xì)菌類(lèi)群，它們的分類(lèi) 地位未能確定，待繼續(xù)進(jìn)一步研究。

圖4 小椅山火山灰中細(xì)菌在門(mén)和屬水平上的群落組成（a：門(mén)水平；b：屬水平）Fig.4 The community composition of bacteria in the tephra of Xiaoyishan（a：phylum level，b：genus level）

2.3 小椅山火山灰細(xì)菌多樣性同環(huán)境因子的關(guān)系

小椅山火山灰細(xì)菌多樣性同環(huán)境因子的關(guān)系經(jīng)由RDA 分析結(jié)果如圖5 所示。由圖可知，從射線長(zhǎng)度方面，4 個(gè)影響因子的射線長(zhǎng)度相差較小。從射線與射線的夾角大小方面：Actinobacteria 與TOC、NO3-N 和TI 的夾角最小，即TOC、NO3-N 和TI 對(duì)Actinobacteria 的影響顯著；Acidobacteria、Proteobacteria及Gemmatimmonadetes 與TOC、NO3-N 和TI 的夾角相對(duì)較小，即TOC、NO3-N 和TI 對(duì)Acidobacteria、Proteobacteria 及Gemmatimmonadetes 的影響顯著。Bacteroidetes 與pH 的夾角相對(duì)偏小，即pH 對(duì)Bacteroidetes 的影響顯著。綜上，小椅山火山灰中不同菌屬對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)存在著較大差異。

圖5 火山灰細(xì)菌多樣性同環(huán)境因子的RDA 分析Fig.5 RDA analysis of bacterial diversity in tephra with environmental factors

3 討論

科洛火山位于大興安嶺山地與松嫩平原的過(guò)渡地帶，五大連池火山群以北，屬小興安嶺西段余脈，火山面積約350 平方公里。其中小椅山火山地理位置特殊，作為科洛火山群中保存完整火山錐并有火山口。火山錐附近有火山灰、火山浮石、火山彈和熔巖臺(tái)地，其東南60 公里為五大連池火山群，地處東北寒區(qū)地帶，這導(dǎo)致火山環(huán)境極端特殊，通過(guò)對(duì)理化因子的測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)該火山灰中大部分環(huán)境因子參數(shù)TOC、NO3-N、TI 作為優(yōu)勢(shì)菌門(mén)，Proteobacteria 變形菌門(mén)（25.151%），Actinobacteria 放線菌門(mén)（22.042%），F(xiàn)irmicutes 厚壁菌門(mén)（17.088%），Acidobacteria 酸桿菌門(mén)（7.054%）的生長(zhǎng)提供充足的能量來(lái)源，這與實(shí)驗(yàn)室前期對(duì)科洛火山小孤山細(xì)菌與TOC、NO3-N 環(huán)境因子相關(guān)性結(jié)果相類(lèi)似[7]。小椅山火山屬溢流式噴發(fā)自中—晚更新世以來(lái)，區(qū)內(nèi)火山活動(dòng)逐漸活躍，該時(shí)期的火山活動(dòng)仍受NE 向基底斷裂控制，而且火山均由堿玄質(zhì)火山渣錐和熔巖流組成，山體結(jié)構(gòu)完整，小椅山火山錐的主體是由紅色火山渣與黑色火山渣構(gòu)成，其黑紅色火山渣主體界線顏色差異反映出火山環(huán)境鐵離子的不同氧化價(jià)態(tài)，以此說(shuō)明此火山TI 環(huán)境因子影響顯著[8]。總碳、銨態(tài)氮環(huán)境因子相關(guān)性影響顯著以及pH 中性，不過(guò)，也受一些人為因素影響如旅游、人工種植、人為取石開(kāi)采等的影響；自然界中鐵循環(huán)與碳氮循環(huán)有著緊密聯(lián)系，部分碳氮鐵循環(huán)過(guò)程中還存在著偶合反應(yīng)，這與在RDA 分析中，NO3-N、TOC 與TI 互為正相關(guān)的結(jié)果相對(duì)應(yīng)[6]。

目前研究對(duì)科洛火山環(huán)境樣品是通過(guò)結(jié)合高通量測(cè)序的方法進(jìn)行研究，可知火山灰細(xì)菌主要分布在變形菌門(mén)Proteobacteria、放線菌門(mén)Actinobacteria、厚壁菌門(mén)Firmicutes、擬桿菌門(mén)Bacteroidetes、酸桿菌門(mén)Acidobacteria、芽單胞菌門(mén)Gemmatimonadetes、疣微菌門(mén)Verrucomicrobia、綠彎菌門(mén)Chloroflexi 等?；趯偎椒治?，Lactobacillus是小椅山火山灰細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)菌群，通常存在含鹽堿地根際土壤生境中生存。小椅山火山灰細(xì)菌還包括Gemmatimonas，它們屬于芽單胞菌門(mén)，芽孢桿菌科，被認(rèn)為主要是好氧或兼性厭氧的異養(yǎng)菌，對(duì)可利用的TOC 有較快的應(yīng)激。另外，火山灰環(huán)境中的微生物在氮素循環(huán)不同環(huán)節(jié)中的作用能夠利用銨態(tài)氮經(jīng)微生物活動(dòng)如：硝化細(xì)菌的硝化作用將其生物氧化轉(zhuǎn)變成為硝態(tài)氮供給自身營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充；而且許多來(lái)源于變形桿菌門(mén)的生絲微菌科多為低碳和化學(xué)異養(yǎng)菌，這些生物能夠利用硝態(tài)氮作為氮源與低能度碳源情況下才能正常生長(zhǎng)，其不能在營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)。其中，在門(mén)水平上火山灰優(yōu)勢(shì)細(xì)菌群落與土壤化學(xué)性質(zhì)的RDA 相關(guān)性結(jié)果（圖5）：絕大多數(shù)優(yōu)勢(shì)菌門(mén)都與土壤化學(xué)因子有特定的相關(guān)性關(guān)系。Gemmatimonadetes（芽單胞菌門(mén)）與土壤pH 呈顯著正相關(guān)關(guān)系，Proteobacteria（變形菌門(mén)）與土壤全氮呈顯著正相關(guān)關(guān)系。故此結(jié)果與研究學(xué)者[10-16]對(duì)土壤細(xì)菌群落的環(huán)境因子相關(guān)性影響結(jié)果類(lèi)似。因此Proteobacteria 與TOC 呈顯著正相關(guān)關(guān)系；Bacteroidetes 與土壤全氮呈顯著正相關(guān)關(guān)系，以此說(shuō)明土壤全氮可能是影響Proteobacteria 和Bactemidetes 豐度的重要影響因子，這與貴州黃壤中細(xì)菌群落組成與環(huán)境因子的顯著性關(guān)系結(jié)果相類(lèi)似[17]。火山灰噴發(fā)時(shí)代年齡差異不僅是微生物群落組成的主要因素也與其他因素，如空間異質(zhì)性、有機(jī)碳含量、外源降雨和風(fēng)等氣候外界因素共同影響微生物多樣性和群落分布動(dòng)態(tài)。

小椅山火山灰樣品微生物多樣性與外部環(huán)境因子RDA 分析（圖5），分析結(jié)果表明火山灰中不同菌屬對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)也存在著較大差異，其中TOC、NO3-N、TI 與大多數(shù)菌屬均呈正相關(guān)，為研究小椅山火山灰細(xì)菌群落多樣性重要環(huán)境因素影響，這可以解釋為硝態(tài)氮在環(huán)境因子里是具有代表性的元素之一，為優(yōu)勢(shì)菌門(mén)生長(zhǎng)提供能量來(lái)源，所以是影響火山灰細(xì)菌多樣性的重要環(huán)境因素。另外除去環(huán)境的外部因素，還有其他微生物之間的相互作用的內(nèi)部因素[17-20]，同樣也是影響微生物群落結(jié)構(gòu)的重要因素。比如，好氧微生物[21]的生命活動(dòng)對(duì)氧氣的消耗造成局部的厭氧環(huán)境，有利于環(huán)境中銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化至硝態(tài)氮營(yíng)養(yǎng)積累供給微生物所需；微生物對(duì)有機(jī)物的硝化作用等十分重要。

4 結(jié)論

通過(guò)高通量測(cè)序分析小椅山火山灰微生物多樣性，以及結(jié)合小椅山火山灰環(huán)境因子測(cè)定結(jié)果，最終得出：小椅山火山灰樣品的pH 為7.31，呈中性；TI 含量為1.875 mg·g-1，TOC 含量為7.32%，TN 含量為4.75 μg·g-1，硝態(tài)氮（NO3-N）含量為21.356 μg·g-1；火山灰環(huán)境共獲得2 182 個(gè)OTU 分布，在門(mén)水平上，主要優(yōu)勢(shì)菌門(mén)變形菌門(mén)（Proteobacteria，25.151%），放線菌門(mén)（Actinobacteria，22.042%），厚壁菌門(mén)（Firmicutes，17.088%），擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes，8.369%），酸桿菌門(mén)（Acidobacteria，7.054%），芽單胞菌門(mén)（Gemmatimmonadetes，5.173%）等32 個(gè)細(xì)菌門(mén)類(lèi)。在屬水平上，其主要優(yōu)勢(shì)菌群為L(zhǎng)actobacillus（8.394%）和Gemmatimonas（2.287%），這些優(yōu)勢(shì)菌群主要由厚壁菌門(mén)和芽單胞菌門(mén)組成；通過(guò)小椅山火山灰微生物多樣性同環(huán)境因子的關(guān)系的RDA 圖可知，TOC、NO3-N、TI 與小椅山火山灰大多數(shù)功能優(yōu)勢(shì)菌屬呈正相關(guān)，故推測(cè)TOC、NO3-N、TI 是影響小椅山火山灰微生物多樣性的重要環(huán)境因素。因此，研究火山生境火山灰環(huán)境微生物多樣性及地質(zhì)化學(xué)循環(huán)，對(duì)于參與地球生命活動(dòng)的地質(zhì)微生物群落多樣性同與環(huán)境因子相關(guān)性研究具有重要的指示意義。