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文檔簡介
1、冰川由于其獨(dú)特的地理環(huán)境特征蘊(yùn)藏著大量具有獨(dú)特遺傳學(xué)和適應(yīng)環(huán)境變化機(jī)制的微生物,是一個(gè)天然的微生物的“儲存庫”,記錄著不同時(shí)期大氣環(huán)流向冰川輸送的微生物菌群數(shù)量和結(jié)構(gòu)變化,是包含生物進(jìn)化以及地球上生物生存環(huán)境變化信息的優(yōu)良介質(zhì)。所以研究冰川中的微生物不僅是極端環(huán)境下生物生態(tài)研究的重點(diǎn),也是研究全球氣候變暖背景下微生物對氣候環(huán)境變化響應(yīng)的重要方面。本研究應(yīng)用先進(jìn)的流式細(xì)胞技術(shù)和建立16S rRNA基因文庫的方法以敦德冰芯,慕士塔格冰芯以及
2、西藏槍勇冰川現(xiàn)代雪冰為介質(zhì),分析和討論了我國青臧高原冰川細(xì)菌菌群數(shù)量和結(jié)構(gòu)變化的特征及其與氣候環(huán)境的關(guān)系,菌群的地理學(xué)分布特征以及與微粒和氧同位素代用指標(biāo)的關(guān)系,并獲得了以下主要結(jié)果:
1.不同大氣環(huán)流影響造成了冰川生物量不同。應(yīng)用先進(jìn)的流式細(xì)胞技術(shù)測定發(fā)現(xiàn)細(xì)菌總數(shù)以敦德冰芯數(shù)量最多,槍勇冰川次之,慕士塔格冰芯數(shù)量最少。這可能是因?yàn)榍嚓案咴辈磕绞克窈投氐卤ㄊ艿轿黠L(fēng)環(huán)流的影響而南部槍勇冰川主要受印度洋的暖濕氣流影響,位
3、于青藏高原最西端祁連山的敦德冰川相比其他冰川更加干旱,周圍被沙漠和戈壁包圍的地理環(huán)境特征。但是活細(xì)菌的數(shù)量在三個(gè)冰川中的變化則不大,說明同樣極端冷的微環(huán)境使特定的一些適應(yīng)冷環(huán)境的菌群能夠保持一定的活力,具有相對穩(wěn)定的數(shù)量。
2.冰川細(xì)菌數(shù)量的變化是氣候環(huán)境變化的指示。菌群數(shù)量隨冰芯深度呈波動(dòng)性的變化,與微粒數(shù)量波動(dòng)性的變化基本一致,在污化層對應(yīng)的冰層中有著相對更多的細(xì)菌,說明冰川中的細(xì)菌與大氣中的塵埃有密切聯(lián)系。從δ180
4、隨深度的變化曲線分析,記錄到的峰值所對應(yīng)的時(shí)期與細(xì)菌以及微粒含量較高的時(shí)期是基本對應(yīng)的,說明冰川中細(xì)菌的分布具有明顯的季節(jié)性分布現(xiàn)象,揭示了冷干期微粒和細(xì)菌數(shù)量高暖濕期數(shù)目低與大氣溫度負(fù)相關(guān)的對應(yīng)關(guān)系。冷期強(qiáng)勁風(fēng)不僅為冰川輸送了大量粉塵微粒,電帶來了大量的細(xì)菌源。但這也并非是一一對應(yīng)的關(guān)系,在一些微粒含量較低的冰層也發(fā)現(xiàn)了較高的細(xì)菌數(shù)量,這也提示了冰川中的細(xì)菌并非只來源于塵埃顆粒,還可以是通過高空氣溶膠和水蒸氣輸送等方式進(jìn)入冰川。
5、> 3.分析冰川細(xì)菌16S rRNA基因文庫發(fā)現(xiàn),敦德冰芯中所有克隆到的16SrRNA序列代表的原核生物形成的類群以及優(yōu)勢菌群與慕士塔格冰芯有很大不同。說明不同地理氣候環(huán)境冰川對細(xì)菌類群的組成有重要影響。這些菌群與在土壤、湖水、大氣溶膠中發(fā)現(xiàn)的菌屬有很高的相似度,提示冰川中的細(xì)菌主要來源于周圍環(huán)境的輸送。
4.冰川細(xì)菌菌群的結(jié)構(gòu)和多樣性反映了氣候環(huán)境變化特征。從各類群在冰芯剖面上的分布狀況分析來看,敦德冰芯細(xì)菌菌群中
6、,以Proteobacteria,HGC以及CFB為主要組成部分,分別占到40.3%,26%和24.9%,而在慕士塔格冰芯中Proteobacteria(51.4%),CFB(20.2%)和LGC(20.2%)為主要組成部分。這種分布的差異特征都反映了不同時(shí)期的氣候變化對于細(xì)菌菌群在冰川中分布的影響。慕士塔格冰芯中細(xì)菌多樣性指數(shù)(H)最高達(dá)到4.01,而敦德冰芯中H值最高僅為3.64,說明了慕士塔格冰芯中細(xì)菌類群有著更好的多樣性,這可能
7、與該冰川生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜化以及生物資源的多樣性有關(guān)。
5.通過四個(gè)不同位置的冰川基于16S rRNA序列對比分析發(fā)現(xiàn),冰川中的細(xì)菌種類與從極地的冰川、海冰、以及其他冷環(huán)境中分離的細(xì)菌有很高的相似度,遺傳距離很近,這是相似的冷環(huán)境對于細(xì)菌類群的選擇性以及這些菌群對環(huán)境的適應(yīng)性長期進(jìn)化的結(jié)果。同一冰川中細(xì)菌16S rRNA序列具有很近的遺傳距離,集中聚合在一起,而與其他不同位置冰川中的細(xì)菌16S rRNA序列遺傳距離較遠(yuǎn),尤其體
8、現(xiàn)在優(yōu)勢菌屬中。可能是因?yàn)椴煌乩憝h(huán)境位置的冰川對細(xì)菌長期的進(jìn)化選擇造成的。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)根據(jù)冰芯深度的不同,廣泛分布種屈在不同層面冰芯中的比例不同,證明了細(xì)菌類群具有季節(jié)性分布的特點(diǎn)。這說明,冰川中細(xì)菌種群具有區(qū)域分布的特點(diǎn),細(xì)菌類群生物地理分布具有時(shí)空特征。
以上研究都揭示了氣候環(huán)境變化對于冰川細(xì)菌的數(shù)量以及種類分布具有重要的影響,菌群組成結(jié)構(gòu)的變化是氣候環(huán)境變化的響應(yīng),長期環(huán)境的選擇使冰川細(xì)菌具有生物地理劃分區(qū)域的特點(diǎn)。
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