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進行PCR擴增,并通過連接、轉化、藍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,構建16SrRNA基因克隆文庫,在經過擴增性rDNA限制性酶切分析(ARDRA),計算酶切譜型,不同譜型克隆

3、子測序和系統(tǒng)發(fā)育進化樹的構建,對新疆艾比湖濕地國家自然保護區(qū)不同濕地類型土壤微生物群落結構及多樣性進行了研究。
　　在本研究中雖然對艾比湖三個類型濕地每個土壤細菌16SrRNA基因文庫中160左右個克隆子進行了分析,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,表現(xiàn)出極強的全球適應性和變異性。
　　通過對濕地土壤原核微生物群落結構比較可知,艾比湖濕地三個不同濕

6、地類型土壤原核微生物群落結構相似度極低,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,在群落結構中我們

7、發(fā)現(xiàn)有大量未分類的細菌,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構組成變化與土壤理化性質及重金屬的相關性進行分析,結果顯示速效鉀和鉻(Cr)對擬桿菌門(Bacteroid

8、etes)呈顯著相關關系,相關系數(shù)均為0.991,顯著性水平分別為0.021和0.023;藍藻門(Cyanobacteria)與pH呈負向的顯著相關關系,相關系數(shù)為-1.000,顯著性水平為0.013,且還與有機質和堿解氮存在相對較強的相關關系;疣微菌門(Verrucomicrob)和芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)與有機質和堿解氮呈正向的顯著相關關系,相關系數(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)呈正向的顯著相關關系,相關系數(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構,而原核微生物群落結構的變化也從側面反映了土壤質量狀況的好壞。
　　在原核微生物中16SrRNA基因往往同時存在多個拷貝,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)及基因組內部異質性做了詳細的分析研究,發(fā)現(xiàn)16SrRNA基因存在異質性并且在不同區(qū)域異質性存在程度不同。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大多僅有一個克隆子,而在此水平下由于16SrRNA基因的異質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OTUs在實際環(huán)境下群落多樣性OTUs應為254,且16SrRNA基因異質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性。簡言之,本研究中16SrRNA基因在不同群落類型中異質性程度不同,優(yōu)勢群落較高且對微生