在不同污染程度中菌群的差异:
在属级水平上,将通过维恩图来检测群体在污染程度不同的各领域中的差异。一共有341种菌类被发现,其中79.76%属于共生菌(图S1)。如图6所示,仅M(14种)这一组就包含了比M(8种)和C(6种)这两组更多的细菌种类。在这三个区域中被检测的种类重叠的部分同样也会被研究。在M和C这两组中重叠的部分最大(21种),然后是H和M这两组(17种),最小的部分是H和C这两组(3种)。在H组出现的一些新的种类表明在污染严重的区域,这些种类的细菌可能会大量繁殖。这些种类是指以下几类:变形菌(36个序列的Sulfuricella和16个序列的贝塔变形菌),拟杆菌(4个序列的Emticicia和3个序列的曲桡杆菌),放线菌(3个序列的贫养杆菌属),蓝藻细菌(2个序列的Arthronema)。然后,它们的丰度很低,相对丰度少于0.05%。通过序列的丰度,于C组相比,有着最丰富特征的5种群体如下所示,出现在被污染的地区(H组和M组):α-变形菌(258个序列和0.23%的副球菌),蓝藻细菌(180个序列和0.16%的鞘藻属),蓝藻细菌(112个序列和0.11%的瘦鞘丝藻属),变形菌(98个序列和0.09%的硫杆菌),还有变形菌纲(68个序列和0.06%的吞菌弧菌)。
基于图7里各种类的相对丰度,至少在一组中的平均丰度大于1%的被定义为优势种类。结合维恩图来看,最有优势属被这三个组的种类所共享。如图八所示,除了不明种类外,它们的相对丰度随着污染程度的不同而变化。在C组中,最占优势的种类是鞘氨醇单胞菌,慢生根瘤菌,Blastocatella,Bryobacter,Rhodanobacter,Reyranella,Rhizomicrobium和硝化螺菌属。如图六所示,鞘氨醇单胞菌在这三组中是最丰裕的。慢生根瘤菌,Rhodanobacter,Reyranella和Rhizomicrobium随着污染程度的增强,种类显著地减少(C组到H组),它们的优势也在降低。同时,Blastocatella,Bryobacter还有硝化螺菌属的相对丰度有些许下降,但是它们的优势是保持不变的。纤维弧菌属和屈挠杆菌属的相对丰度都有所增加并在M组中超越了3%。但是它们的丰度在H组中显著下降。以下种类在H组的丰度仍然远远超过其他组:Steroidobacter,马赛菌属,节细菌属,Flavisolibacter还有玫瑰弯菌属,它们分别属于菌纲,β-变形菌,放线菌,拟杆菌门和绿弯菌门。
细菌对重金属潜在的抵抗
为了证实丰富的群体对重金属污染区域的潜在抵抗,开始执行在种类相对丰度和重金属含量之间的皮尔逊相关系数的研究。节细菌属,非典型的Cr6+还原菌(Asatiani et al. 2004),与采矿区硌含量紧密相关(R2=0.726, P<0.05)并成为H组中最有优势的种类。硫杆菌属,作为催化亚铁离子和氧化正在减少的无机硫的重要种类而闻名(Dopson et al. 2003)。在所举例中,硫杆菌属是仅在被污染区域所发现的种类中有者较高的相对丰度,并且它在H组中的序列丰度是在M组中的三倍。此外,硫杆菌属的相对丰度与铁含量紧密相连(R2=0.691, P<0.05).此外,大部分蓝藻细菌可以生产出细胞外的聚合物,主要产生的是可以吸附在环境中传播的重金属的多聚糖(Pereira et al. 2009,2011)。在此研究中,蓝藻细菌是相当稀有的群体,但是它总共在H组(795序列)和M组(1202序列)的序列丰度明显比在c组(92序列)中高。 鞘藻属,占蓝藻细菌总类的8.75%,表现出与锌含量很强的联系(R2=0.789, P<0.05)。据报告称红杆菌属能抗衡几种金属并且能够被动或主动的摄取这些金属(Italiano et al. 2009; Mishra and Malik 2013)。基于维恩图解,红杆菌属仅出现在被污染区。此外,皮尔逊分析表明锌含量和红杆菌属有实质的联系(R2=0.801 P<0.01)。抗药菌的种类由少于2%固有的微生物群落组成。然而,随着污染物的数量和组成部分巨大的变化,抗药菌的数量可以在污染的土壤中上升10%甚至于是100%(Xu et al. 2012)。而且,这些细菌对污染的土壤中生态平衡的保持起了
显著的作用并且可用于对金属污染土壤进行生物降解(Hayat et al2010; Kandeler et al. 2000)。
大量研究表明一些有着重金属抗性微生物自然地出现在植物根系周围,显著地提高了植物的金属摄取并减少了金属的毒性(Ma et al. 2011;Sessitsch et al. 2013)。
此外,作为在H组中占优势的种类,一些其他与节细菌属相似的种类继而被发现,它们与重金属含量也紧密相关。据报道称,Steroidobacter可以同时在含氧和缺氧的条件下使用睾酮。马赛菌属主要是从免疫功能不全的病人血液中隔离出来的(Lindquist et al.2003),最近在如中国的土壤样品和塞维利亚(西班牙)饮用水分配系统的环境样品中被发现(Gallego et al. 2006;Wang et al. 2012a)。在此研究区域,Steroidobacter被发现与镉含量联系紧密(R2=0.729, P<0.05),同样,马赛菌属与镉和硌有很大的联系(R2=0.718, P<0.05; R2=0.671, P<0.05).。然而,在最近的研究中发现它们中没有任何一个对金属有抵抗作用。它们在重度污染区域中广泛的传播还有与重金属紧密的联系可能是受其他几个因素的影响,如选矿药剂和废水的散发,矿石残渣的堆积,营养素和氧气的有效性以及土壤的含水量,这些因素需要更深的研究。