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磁场作为一种物理现象普遍存在于宇宙当中,而地球磁场对生命的起源和发展有至关重要的作用。趋磁细菌(Magnetotactic bacteria,MTB)是地球上古老的微生物之一,其能吸收外界环境中的铁、硫元素进而在体内形成磁性纳米颗粒,且广泛存在于淡水、咸水和潮湿土壤环境。由于MTB体内有强磁性物质存在使得其能沿着地球磁场和外加的磁场进行定向移动,因此其是研究微生物磁场适应机制的理想生物。目前,磁场对MTB影响的研究主要集中在单一菌株下,缺乏对MTB菌群作用的系统研究。本文选取三种不同来源淡水沉积物(查干湖、扎龙湿地和长江)中MTB为研究对象,通过控制外加静磁场强度(地磁场0.5 Gs、50 Gs和100 Gs)以及50 Gs下曝磁时长(1周、5周、8周和11周)分别对淡水MTB进行处理;采用磁纯化技术获取不同磁场强度和不同曝磁时长下淡水样品中的MTB,进而运用Hiseq2500高通量测序技术、qPCR技术以及PICRUSt预测解析MTB在不同磁场强度和不同曝磁时长的系统发育多样性、数量及功能。探究淡水MTB在磁场作用下的生长过程中菌群丰度的变化情况,揭示磁场对MTB群落功能的影响。不同磁场强度下三种来源淡水MTB测序结果显示,随磁场的增加淡水MTB多样性呈现出单峰走势且在50 Gs时达到峰值。磁场变化对查干湖样品的MTB主要类群影响不显著,而扎龙湿地和长江样品中MTB主要菌属在磁场强度达到100 Gs时产生明显的变化。不同磁场强度下查干湖样品的MTB主要菌门均为Planctomycetes、Proteobacteria和Actinobacteria,主要菌属为hgcI_clade和Gemmataceae;扎龙湿地和长江样品的主要MTB菌门均为Patescibacteria和Proteobacteria,磁场强度在0.5 Gs和50 Gs时,扎龙湿地的主导菌属为Pseudomonas,长江为Candidatus Moranbacteria,磁场强度为100 Gs时两者的优势菌属分别为Acinetobacter和hgcI_clade。50 Gs磁场中不同曝磁时长下查干湖和长江样品的MTB多样性均在曝磁的第5周达到最高,而扎龙湿地样品则在曝磁的第8周。不同来源淡水MTB在50 Gs下曝磁1周时优势菌属与0.5 Gs时相差较大,查干湖样品由hgcI_clade变为Gemmataceae,而扎龙湿地和长江样品中Acinetobacter的相对丰度存在明显增加。此外,增加磁场能够促进优势菌属与Herbaspirillum magnetovibio的协同作用。磁场强度对不同来源淡水MTB绝对丰度的结果表明,随磁场强度的增加淡水MTB的绝对丰度均在50 Gs时达到峰值,且查干湖样品MTB菌群绝对丰度范围为3.02×10~2-3.46×10~2 copies/g,扎龙湿地为3.91×10~2-4.87×10~2 copies/g,长江样品为2.29×10~2-3.20×10~2copies/g。在50 Gs磁场中三种来源淡水MTB的相对丰度随曝磁时长增加表现出先升高后降低的态势,且不同地区MTB的绝对丰度相较于0.5 Gs磁场均有促进作用。此外,对曝磁时长和淡水MTB绝对丰度的拟合情况的分析表明,磁场处理能够使MTB菌群生长的峰值提前。不同磁场强度对淡水MTB菌群功能的分析显示,Carbohydrate metabolism、Amino acid metabolism以及Global and overview maps的相对丰度在三种淡水地区均较高,且受磁场的影响不大。在查干湖样品的MTB菌群功能中有22个代谢途径随磁场增大而显著变化(P<0.05),扎龙湿地样品中存在42个显著变化的代谢途径,而长江样品中仅有5种。Membrane transport和Energy metabolism功能在50 Gs静磁场时相对丰度最高,且在扎龙湿地中50 Gs磁场对Bacterial chemotaxis有促进作用。曝磁时长对查干湖样品和长江MTB菌群的Two-component system和Carbon metabolism作用较为强烈,而其有减弱扎龙湿地样品MTB菌群Membrane transport和Nucleotide metabolism的作用。从C、N、S、Fe相关代谢功能来看,50 Gs下曝磁能够提高各淡水MTB菌群Carbon metabolism的相对丰度,且随时间增加表现出显著的变化(P<0.05),Nitrogen metabolism和Sulfur metabolism则分别在查干湖和长江样品中呈现显著变化且丰度也有所提高,而与Fe代谢相关的功能在查干湖和长江的MTB菌群中随曝磁时长增加变化显著(P<0.05)。综上所述,磁场强度的变化对淡水MTB多样性的影响较曝磁时间大。不同来源淡水MTB菌群的绝对丰度在增加50 Gs静磁场时达到最高,而磁场强度为100 Gs时其绝对丰度明显下降。曝磁时间对淡水MTB菌群功能的影响较大,且增加磁场对长江样品沉积物铁循环贡献较大。本研究为后续进一步研究磁场对微生物的影响机制提供基础材料。