科研 | 中科院成都生物所：甲烷氧化与硝化-反硝化耦合的微生物群落结构和功能的划分（国人佳作）( 三 ) 作者：微生态编译：微科盟H

此外，我们测试了确定性和随机过程在塑造微生物群落方面的相对贡献。PERMDISP结果（图3c）表明，在所有中空和混合/液体群落中观察到的β多样性与基于Jaccard距离的零预期显著不同，这表明确定性过程在微生物群落组装中的主导作用，物理分区是塑造群落的主要环境选择因素。在时间维度上，观察到第一阶段和第二阶段样本的β多样性与零期望略有不同。同时，观察到的细菌群落和空模型模拟之间的β多样性在第三阶段显示出显著差异。因此，通过曝气向的群落组装过程可以定义为确定性过程，氧气量可能是选择群落物种的主要环境因素。

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图2 （a）和（b）中空纤维膜、悬浮液体和混合填料微生物群落的α多样性；（c）和（d）三个O2/CH4比率阶段中微生物群落的α多样性；阶段1/2/3的中空纤维膜/悬浮液体/混合填料合表示三个O2/CH4比率阶段以及各阶段收集的中空纤维膜/悬浮液体和混合填料代表性污泥样品。

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图3 主坐标分析（PCoA）表征（a）中空纤维膜、悬浮液体和混合填料微生物群落的差异；（b）三个O2/CH4比率阶段下的微生物群落。（c）细菌群落β多样性与基于物理分区的零模型模拟之间差异的显著性检验。由于PCoA分析表明液体和混合填料没有显著差异。将二者归为一个区域（液体/混合）；（d）在不同O2/CH4比率阶段观测细菌群落β多样性与零模型模拟之间差异的显著性检验。
3 物理分区和不同O2/CH4比率影响下的功能微生物群差异
微生物群落的时空分布如图S1和图4a所示。在目水平上，所有样品中的优势微生物包括甲基球菌目Methylococcales（相对丰度1.49-46.67%）、鞘氨醇菌属Chitinophagales（3.81-12.84%）、黄单胞菌目Xanthomonadales（3.41-36.24%）、伯克氏菌目Burkholderiales（2.56-17.41%）、Ignavibacteriales（0.93%-33.09%）、根瘤菌目Rhizobiales（1.07-18.20%）和亚硝化单胞菌目Nitrosomonadales（0.9-11.51%）。在空间分布上， Methylococcales在所有隔室样品中占主导地位，而Burkholderiales和Rhizobiales在液体样品中的含量更高，而Ignavibacteriales在空腔中的相对丰度更高。在整个时间序列中，中空膜微生物中Methylococcales的相对丰度随着时间的推移不断降低，而液体和混合样品中Methylococcales的相对丰度在第二阶段增加，在第三阶段下降。中空膜微生物样品中的Ignavibacteriales在第二阶段是主要的高丰度微生物。Chitinophagales、Xanthomonadale、Burkholderiales、Rhizobiales和Nitrosomonadales的相对丰度在时间分布上相对稳定。
在属水平上，优势属包括甲基暖菌属Methylocaldum、Ignavibacterium、甲基弯菌Methylosinus、生丝微菌属Hyphomicrobium、Comamonas、Nitrolancea、甲基杆菌属Methylobacter、亚硝酸菌属Nitrosomonas ，以及一些属于拟杆菌门Bacteroidetes、Chitinophagaceae、丛毛单胞菌科Comamonadaceae和Nitrosomonadales的未分类的细菌。空间比较显示，空腔和液体/混合样品中Commonadaceae（P=0.006）、Methylosinus（P=0.004）、Hyphomicrobium（P=0.001）、Methylobacter（P=0.017）和Nitrosomonas（P=0.004）具有显著差异（图4b）。尽管Methylocaldum在各部位都非常丰富，它们也随时间顺序在不同部位出现波动。直到第二阶段的前期， Methylocaldum是中空膜中丰度最高的细菌，随后在第二阶段后期急剧下降。Methylobacter在中空膜中的相对丰度高于液体/混合中的相对丰度，而Methylosinus在液体/混合中的相对丰度更高。Methylocaldum和Methylobacter属于I型甲烷氧化菌，它们更快地适应多变的环境条件。据报道，属于II型甲烷氧化菌的Methylosinus在氧气有限的环境中丰度更高。中空膜Methylocaldum和Methylobacter的较高丰度表明，甲烷氧化菌更喜欢消耗中空膜表面生物膜内部的甲烷和氧气，这与Modin得出的结论一致。高曝气可能会导致中空生物膜分散。这或许可以解释为什么中空膜Methylocaldum在后期减少。