凝灰?guī)r表生及土壤礦物風化細菌生物多樣性與風化機制研究.pdf

1、凝灰?guī)r是一種富含Al、Si和K的火山碎屑巖，凝灰?guī)r的風化作用對于土壤的形成、肥力的維持以及地球化學(xué)元素的循環(huán)有著重要的作用。本文采集江西撫州低風化和高風化凝灰?guī)r以及附近土壤作為研究對象，采用Illumina Miseq高通量測序技術(shù)研究凝灰?guī)r和土壤細菌種群結(jié)構(gòu)及多樣性，并結(jié)合樣品理化因子分析細菌種群結(jié)構(gòu)與理化因子的相關(guān)性;采用BIOLOG微平板和可培養(yǎng)技術(shù)對凝灰?guī)r和土壤細菌的碳源利用能力以及礦物風化能力進行研究;同時采用基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組

2、學(xué)相結(jié)合的方法對高效礦物風化細菌Rhizobium sp.S41風化鉀長石的機制進行了研究。
　　高通量測序表明，土壤樣品的OTU(Operational Taxonomic Units)數(shù)目(1097)明顯高于高風化(801)和低風化巖石樣品(733);系統(tǒng)發(fā)育分析表明，低風化和高風化凝灰?guī)r樣品以及土壤樣品分別包含24、26和30個菌門，其中Acidobacteria、Actinobacteria、Proteobacteria和

3、Chloroflexi為優(yōu)勢種群，占所有種群的77.3％;Candidate_division_ OP11、Candidate_ division_WS6、SHA-109和Spirochaetae是土壤樣品中特有的菌門。
　　對樣品地質(zhì)理化因子與細菌種群之間的相關(guān)性進行了分析，結(jié)果表明樣品pH、有效態(tài)Fe、Si和Mg的含量與細菌種群之間存在相關(guān)性。有效Si與Candidate_ division_ WS3有最高的正相關(guān)性(R=0.

4、95，P＜0.05)，與Cyanobacteria有最高的負相關(guān)性（R=-0.93，P＜0.05）;有效Mg與Euryarchaeota有最高的正相關(guān)性（R=0.97，P＜0.05），僅與Cyanobacteria有負相關(guān)性(R=-0.85，P＜0.05);優(yōu)勢種群Acidobacteria與有效Si和Mg的含量顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.90和0.93，P＜0.05)。BIOLOG ECO微平板研究表明，土壤樣品微生物豐富度、多樣性

5、指數(shù)、McIntosh指數(shù)均明顯大于凝灰?guī)r樣品。
　　從凝灰?guī)r和土壤樣品中共分離得到150株細菌，巖石風化試驗表明，所有菌株均能夠風化凝灰?guī)r并釋放出其中的Fe、Si、Al元素;16S rRNA基因序列分析表明供試巖石風化細菌隸屬于Actinobacteria、γ-Proteobacteria、Firmicutes、α-Proteobacteria和β-Proteobacteria5大類群的20個菌屬;其中凝灰?guī)r樣品中以Bacill

6、us為優(yōu)勢菌屬，土壤樣品中以Arthrobacter為優(yōu)勢菌屬;Bacillus、Proteus、Enterobacter、Microbacterium、Moraxella、Arthrobacter以及Acinetobacter對凝灰?guī)r有較強的風化能力。
　　對一株具有高效風化能力的Bacillus sp.G19菌株進行了生理生化特征分析及分子遺傳學(xué)鑒定，結(jié)果表明菌株G19與同屬的Bacillus megaterium IAM13

7、418T和Bacillus aryabhattai B8W22T的16S rRNA基因序列同源相似性分別為97.1％和97.4％;該菌的脂肪酸主要包括iso-C14∶0(6.6％)、iso-C15∶0(40.6％)和anteiso-C15∶0(40.8％);含有磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、雙磷脂酰甘油和未分類脂類;以MK-7為主要的呼吸醌;DNA G+C mol％含量為36.65％;與Bacillus megaterium IAM1341

8、8T和Bacillusaryabhattai B8W22T的DNA-DNA同源性分別為49.4％和55.0％。綜上所述，提議菌株G19為Bacillus屬的一個新種，命名為Bacillus qingshengii sp.nov.。
　　篩選到一株高效風化細菌Rhizobium sp.S41，研究了該菌株在鉀長石和黑云母表面的吸附效應(yīng)對其風化礦物能力的影響;同時對菌株S41進行基因組測序，確定了與菌株S41吸附能力相關(guān)的3個基因po

9、lS、cpaC、fliF，采用同源重組技術(shù)構(gòu)建了單敲除、雙敲除和三敲除的突變株，分析了不同突變菌株的吸附能力和礦物風化能力，發(fā)現(xiàn)同時敲除polS、cpaC、fliF的突變株S41-07在礦物表面的吸附能力和風化礦物能力明顯減低;通過轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)比較了野生型與polS、cpaC、fliF突變株S41-07在風化鉀長石過程中基因表達差異，結(jié)果表明，在35min時野生型與突變株S41-07相比有1189個基因差異表達，其中586個基因表達上