艾比湖濕地原核微生物群落動態(tài)演替和優(yōu)勢群落組成變化對環(huán)境的響應(yīng)的研究.pdf

1、艾比湖濕地是新疆最大的湖泊濕地,也是干旱區(qū)內(nèi)陸河流域河流終端型湖泊濕地的典型代表。艾比湖濕地以湖泊濕地為主,集湖泊濕地、河流濕地和沼澤濕地于一體,且其地理區(qū)位與生態(tài)區(qū)位十分特殊,湖面積漲消引發(fā)的濕地生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)演替過程己經(jīng)成為艾比湖流域生態(tài)環(huán)境改善與惡化的晴雨表。因此,艾比湖濕地土壤原核微生物細(xì)菌群落變化對艾比湖環(huán)境變化具有一定的指示意義。然而艾比湖濕地微生物多樣性變化研究還比較少,主要的一些研究集中于可培養(yǎng)微生物,環(huán)境微生物未有較全

2、面的分析,微生物類群是否豐富還比較有爭議。
　　本文直接對艾比湖濕地三個(gè)類型(湖泊型濕地、河流型濕地和沼澤性濕地)濕地土壤的土樣提取總DNA,純化后使用16SrRNA基因通用引物Eubac27F和Eubac1492R對總DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增,并通過連接、轉(zhuǎn)化、藍(lán)白斑篩選等過程篩選出含有目的片段16SrRNA基因的陽性克隆子,構(gòu)建16SrRNA基因克隆文庫,在經(jīng)過擴(kuò)增性rDNA限制性酶切分析(ARDRA),計(jì)算酶切譜型,不同譜型克隆

3、子測序和系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹的構(gòu)建,對新疆艾比湖濕地國家自然保護(hù)區(qū)不同濕地類型土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性進(jìn)行了研究。
　　在本研究中雖然對艾比湖三個(gè)類型濕地每個(gè)土壤細(xì)菌16SrRNA基因文庫中160左右個(gè)克隆子進(jìn)行了分析,但文庫覆蓋度(Coverage C)較低,表現(xiàn)出艾比湖濕地土壤細(xì)菌群落豐富的多樣性。研究數(shù)據(jù)表明,艾比湖濕地土壤原核微生物較豐富,可歸類為如下類群:綠彎菌門(Chioroflexi)、藍(lán)藻門(Cyanobacteres

4、)、變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicates)、放線菌門(Actinobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、疣微菌門(Verrucomicrob)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)、酸桿菌門( Acidobacteria)、衣原體門( Chlamydiae)、棲熱菌門( Deinococcus-thermus)浮霉菌門(Planctomycetes)等。變形菌門和擬桿菌

5、門為艾比湖三個(gè)不同類型濕地的絕對優(yōu)勢類群,在湖泊型濕地類型中變形菌門為第一優(yōu)勢類群,擬桿菌門為第二優(yōu)勢類群,在河流型濕地和沼澤型濕地中,擬桿菌門為第一優(yōu)勢類群,變形菌門為第二優(yōu)勢類群。通過相似序列比對研究發(fā)現(xiàn),艾比湖濕地土壤與鹽湖、南極洲湖泊和印度洋深海中,均有變形細(xì)菌門的克隆序列,說明該門具有嗜鹽、抗極寒、抗高壓的極端環(huán)境的特點(diǎn),表現(xiàn)出極強(qiáng)的全球適應(yīng)性和變異性。
　　通過對濕地土壤原核微生物群落結(jié)構(gòu)比較可知,艾比湖濕地三個(gè)不同濕

6、地類型土壤原核微生物群落結(jié)構(gòu)相似度極低,BRC1、衣原體門(Chlamydiae)和TM7為湖泊型濕地(SP1)所特有的門級分類,疣微菌門(Verrucomicrob)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)為河流型濕地(SP2)所特有的門級分類,浮霉菌門(Planctomycetes)、棲熱菌門(Deinococcus-Thermus)、綠菌門(Chlorobi)為沼澤型濕地所特有的門級分類。值得我們注意的是,在群落結(jié)構(gòu)中我們

7、發(fā)現(xiàn)有大量未分類的細(xì)菌,它們在湖泊型濕地、河流型濕地和沼澤型濕地中所占的比例分別為21.9％、6.0%和11.8%(序列比例為20.6%、8.0%和14.8%),未分類的細(xì)菌幾乎成了除變形菌門和擬桿菌門以外的第三大類群,說明艾比湖濕地中含有一定數(shù)量潛在的新種和細(xì)菌分類。
　　通過SPSS軟件對艾比湖不同濕地土壤原核微生物群落結(jié)構(gòu)組成變化與土壤理化性質(zhì)及重金屬的相關(guān)性進(jìn)行分析,結(jié)果顯示速效鉀和鉻(Cr)對擬桿菌門(Bacteroid

8、etes)呈顯著相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均為0.991,顯著性水平分別為0.021和0.023;藍(lán)藻門(Cyanobacteria)與pH呈負(fù)向的顯著相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為-1.000,顯著性水平為0.013,且還與有機(jī)質(zhì)和堿解氮存在相對較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系;疣微菌門(Verrucomicrob)和芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)與有機(jī)質(zhì)和堿解氮呈正向的顯著相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.998和1.000,顯著性水平分別為0.039和0.

9、014;棲熱菌門(Danin-Thermus)、浮霉菌門(Planctomycetes)和綠菌門(Chlorobi)均與鋅(Zn)呈正向的顯著相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為1.000,顯著性水平為0.020。綜上所述,土壤肥力水平、鹽度、酸堿度和重金屬含量均會影響到艾比湖濕地原核微生物的群落結(jié)構(gòu),而原核微生物群落結(jié)構(gòu)的變化也從側(cè)面反映了土壤質(zhì)量狀況的好壞。
　　在原核微生物中16SrRNA基因往往同時(shí)存在多個(gè)拷貝,而且拷貝之間的基因序列并不

10、完全一致,所以,在原核微生物分子生態(tài)學(xué)研究中基于16S rRNA基因的群落多樣性分析會引起一定程度的高估。中科院武漢病毒研究所周寧一等人通過對16S rRNA基因的拷貝數(shù)及基因組內(nèi)部異質(zhì)性做了詳細(xì)的分析研究,發(fā)現(xiàn)16SrRNA基因存在異質(zhì)性并且在不同區(qū)域異質(zhì)性存在程度不同。本研究中由于所分析的克隆數(shù)總數(shù)偏少,每個(gè)序列所代表的平均克隆數(shù)均低于其提議的3.61,在0.03水平上(同源性為97%歸類為一個(gè)OTU)除變形菌門、擬桿菌門和綠彎菌門

11、外其余序列所屬OTU大多僅有一個(gè)克隆子,而在此水平下由于16SrRNA基因的異質(zhì)性對群落多樣性的高估率為5.8%,故本研究中所分析的270個(gè)OTUs在實(shí)際環(huán)境下群落多樣性O(shè)TUs應(yīng)為254,且16SrRNA基因異質(zhì)性主要集中于文庫中的優(yōu)勢群落。這可能是艾比湖濕地鹽堿環(huán)境下微生物適應(yīng)其環(huán)境的策略,具有不同的拷貝數(shù)可在不同的環(huán)境下發(fā)揮其功能以提高其適應(yīng)性。簡言之,本研究中16SrRNA基因在不同群落類型中異質(zhì)性程度不同,優(yōu)勢群落較高且對微生