烏魯木齊河源區(qū)土壤微生物的時空分布特征.pdf

1、極端環(huán)境條件下微生物群落演替與氣候演變的關(guān)系研究是生命科學(xué)和地球科學(xué)交叉的一個國際前沿領(lǐng)域。凍土微生物常年處于極端嚴(yán)酷的環(huán)境條件下，對環(huán)境變化特別敏感，因而，研究凍土中的微生物分布、遺傳變化與自然選擇對研究過去氣候環(huán)境形成于變化、評價生物和人類活動對地球環(huán)境的影響有重要意義。
　　 本研究分別以烏魯木齊河源區(qū)不同海拔表層土壤和不同層位凍土樣品為介質(zhì)，利用熒光顯微計數(shù)技術(shù)、寡營養(yǎng)恢復(fù)培養(yǎng)技術(shù)、16S rDNA基因克隆技術(shù)、分子標(biāo)記

2、-變形梯度凝膠電泳(DGGE)、限制性片度長度多態(tài)性(T-RFLP)技術(shù)等，通過對凍土樣品中微生物的數(shù)量和物種多樣性的研究，分析了不同海拔、不同深度中微生物的群體結(jié)構(gòu)和種類變化，并結(jié)合相關(guān)的土樣理化性質(zhì)資料，探討凍土微生物數(shù)量、多樣性和物種垂直結(jié)構(gòu)的時空變化特征，揭示微生物的來源及其物種的演替規(guī)律以及與土壤理化參數(shù)的關(guān)聯(lián)度。主要結(jié)果如下：
　　 1、在20個代表不同年代的凍土芯樣品中，可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量與年代、土壤含水量、總C和總N

3、含量都成顯著的正相關(guān)，與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)，表明深坑樣凍土中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)與環(huán)境有緊密聯(lián)系。而且，可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)及其在細(xì)胞總數(shù)中所占比值隨年代的增加而下降。海拔樣品中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)與含水量、總C、總N和pH值相關(guān)性不如深坑樣。通過分析研究海拔、植被與可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)之間的相互關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn)海拔高度并不是影響可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)的決定因素，但不同的植被類型對細(xì)菌生長有一定的決定作用：單子葉草本植物＞喬木類植物＞雙子葉草本植物。
　　 2、恢復(fù)培養(yǎng)結(jié)

4、果顯示，從深坑樣品中檢測到的31株細(xì)菌分別屬于Firmicutes、Actinobacteria、α-Protebacteria、β-Protebacteria和γ-Protebacteria5個系統(tǒng)發(fā)育組的20個屬；從海拔樣品中檢測到的23株細(xì)菌分別屬于Firmicutes、Actinobacteria、α-Protebacteria、β-Protebacteria、γ-Protebacteria和Bacteroidetes6個系統(tǒng)發(fā)

5、育組的16個屬。深坑樣中Actinobacteria與α-，β-，γ-Protebactia呈顯著負(fù)相關(guān)，F(xiàn)irmicutes與β-Protebacteria呈顯著正相關(guān)；海拔樣中α-Protebacteria與β-Protebacteria呈顯著負(fù)相關(guān)，與Firmicutes成顯著正相關(guān)。而且，在深坑樣中，γ-Protebacteria與pH呈顯著正相關(guān)，與可培養(yǎng)細(xì)菌總數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；海拔樣中Actinobacteria與海拔呈顯著正

6、相關(guān)。從而推斷出，細(xì)菌的物種多樣性不僅受環(huán)境因素影響，而且是種間相互作用的結(jié)果。產(chǎn)色素菌的比例較高，深坑樣中為98.60％，深層樣品中產(chǎn)色素菌含量較表層樣品??；海拔樣品中為47.06％，隨海拔的增加呈減小趨勢。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，分離出來的許多菌株都是功能菌，在凈化烏魯木齊河源區(qū)的環(huán)境及生態(tài)建設(shè)方面具有很大的應(yīng)用價值。
　　 3、DGGE對細(xì)菌的分析顯示，從深坑樣中檢測到的23條細(xì)菌16S rDNA片段分別屬于Actinobacte

7、ria、α-Protebacteria、β-Protebacteria、δ-proteobacteria、Nitrospira、Acidobacteria和Gemmatimonadete7個系統(tǒng)發(fā)育組；從海拔樣中檢測到的30條細(xì)菌16S rDNA片段分別屬于Actinobacteria、α-Protebacteria、β-Protebacteria、δ-proteobacteria、Nitrospira、Acidobacteria、Ge

8、mmatimonadete、Firmicutes、Thermodesulfobacteria、Chloroflexi和Bacteroidetes11個系統(tǒng)發(fā)育組。對DGGE圖譜中細(xì)菌物種多樣性(shannon指數(shù))和豐富度的分析表明，細(xì)菌物種多樣性在不同深度及不同海拔樣品中差異較小。然而需要指出的是，DGGE方法可以檢測出來更多類群的細(xì)菌，但有些能恢復(fù)培養(yǎng)出來的而并未檢測到，因而需要將分子方法與傳統(tǒng)的培養(yǎng)技術(shù)相結(jié)合，才能更充分、更全面地

9、研究凍土微生物。
　　 4、DGGE對古菌的分析顯示，從深坑樣中檢測的21條古菌16S rDNA片段分別屬于Crenarchaeota(泉古菌門)的Caldisphaera和Pyrolobus2屬和Euryarchaeota(廣古菌門)的Methanolinea、Thermogymnomonas、Methanosphaerula和Methanocella4屬。海拔樣檢測到的17條古菌16S rDNA片段分別隸屬于Crenarch

10、aeota的Caldisphaera1個屬和Euryarchaeota的Methanolinea、Thermogymnomonas和Methanosphaerula3屬。對其進(jìn)行物種多樣性分析顯示，深坑樣的shannon指數(shù)基本在0.8～1.0之間，多樣性隨深度的增加呈上升趨勢。海拔樣的shannon指數(shù)在0.5～1.1之間，多樣性隨海拔的增加呈上升趨勢。
　　 以上研究表明，不同深度及不同海拔梯度樣品中微生物的數(shù)量、組成和分布