青藏高原冰川雪冰內(nèi)細菌與環(huán)境關系的初步研究.pdf

1、青藏高原冰川由于獨特的地理與環(huán)境特征而蘊藏著大量具有獨特的遺傳學特征和適應環(huán)境的生理生化機制的微生物。這些微生物已存活了幾百年甚至幾千年，因此開展該高原冰川雪冰微生物的研究將為生物多樣性的保護和利用、生物基因的進化、宇宙生物學的研究、生命起源的研究、乃至全球環(huán)境變化的研究開辟新的途徑。本文以東絨布冰川一支40.87m冰芯代表四個季節(jié)的底部四個連續(xù)樣品、該冰川一支108.83m冰芯的50個樣品以及高原北部祁連山老虎溝12號冰川、東南部貢嘎

2、山海螺溝2號冰川和南部喜馬拉雅山東絨布冰川的雪坑樣品為試驗對象，分析和討論了冰川雪冰細菌濃度、種類多樣性和群落結(jié)構(gòu)在不同時間尺度和高原南北部的分布特征和變化規(guī)律，及其與環(huán)境之間的關系。
　　 冰川雪冰細菌濃度和種類多樣性與大氣塵埃濃度有一定的聯(lián)系?？膳囵B(yǎng)細菌濃度平均值在季風前期、季風期、季風后期和冬季依次為5.0、0.8、0.1和0.7 CFUml-1?？偧毦鷿舛仍诩撅L前期、季風期、季風后期和冬季依次為1.40×103、0.78

3、×103、0.12×103和1.17×103細胞ml-1。沉降于東絨布冰芯中的細菌無論從可培養(yǎng)角度還是總濃度角度均在季風前期最高，這可以歸因于春季頻繁的沙塵暴激起的大氣塵埃的傳輸。東絨布冰川108.83m冰芯可培養(yǎng)細菌濃度為0-5.6 CFU ml-1，總細菌濃度平均值2.0×103，比青藏高原北部或中部的幾個冰芯相應值低一個數(shù)量級以上。老虎溝12號冰川雪坑中的可培養(yǎng)細菌濃度平均值分別為東絨布冰川和海螺溝2號冰川相應值的12.3倍和1.

4、6倍，總細菌濃度平均值分別為東絨布冰川和海螺溝2號冰川相應值的38.6倍和2.3倍，其可培養(yǎng)細菌濃度平均值和總細菌濃度平均值均為三個研究位點中最高的。東絨布冰川108.83m冰芯的細菌種類多樣性指數(shù)H'平均值為0.41，而普若崗日冰芯H'平均值為2.91，為前者的7.10倍。細菌濃度和種類多樣性的南北差異與不同的大氣環(huán)流引起的高原南北部大氣塵埃濃度產(chǎn)生的差異有關。東絨布冰川108.83m冰芯Ca2+濃度和總細菌濃度在1014-1713A

5、D和1923-1963AD相對較低，在1715-1911AD相對較高，這與冷期青臧高原冰芯塵埃含量比較高，而其它時期塵埃含量低有關。因此從季節(jié)變化和空間變化分析，冰川雪冰細菌可以反演局地大氣環(huán)流狀況。而從幾十年至幾百年的時間尺度分析，冰芯細菌濃度則可以反應氣候的冷暖交替。
　　 細菌濃度和種類多樣性還與其它的環(huán)境因素有關。經(jīng)RFLP分析，具有不同ARDRA的可培養(yǎng)細菌的個數(shù)在季風前期、季風期、季風后期和冬季依次為9、15、1和2

6、。采用DGGE指紋圖譜技術，對四個不同季節(jié)的冰芯樣品進行細菌DNA結(jié)構(gòu)分析，細菌多樣性指數(shù)在季風前期、季風期、季風后期和冬季依次為0.30、0.86、0.71和0.47。無論從可培養(yǎng)角度還是總細菌角度，季風期的細菌多樣性都是最高的，這可能是由于季風期細菌不僅來源于海洋性氣團，還與局地的大陸性氣流有關，而其它季節(jié)的細菌來源僅僅受到西風環(huán)流的影響。在空間分布上海螺溝2號冰川雪坑細菌種類多樣性最高，這與該冰川生態(tài)系統(tǒng)的復雜化和生物資源的多樣化

7、有關。海拔高的東絨布冰川雪坑細菌濃度和種類多樣性比海拔低的海螺溝2號冰川和老虎溝12號冰川的低，說明二者與海拔高度呈反比關系。東絨布冰川的雪坑總細菌濃度平均值與南極點的浮雪和粒雪中的相應值相近，并且東絨布冰芯的可培養(yǎng)細菌濃度與極地冰芯的的結(jié)果接近，說明細菌濃度還與人類活動有關。
　　 從冰芯內(nèi)可以恢復出指示環(huán)境的細菌。如從東絨布冰川108.83m冰芯Ra-78、Ra-98和Ra-106三個樣品恢復出的菌株zf-78-Ⅰ、zf-9

8、8-1和zf-106-Ⅱ菌落色澤均為黃色或微黃色，反應了三個樣品代表的歷史時期溫度比較高和紫外照射比較強。從該冰芯恢復出的耐放射異常球菌Deinococcus radiodurans，該類細菌耐輻射水平高，反應了珠穆朗瑪峰地區(qū)紫外輻射強度高和空氣塵埃濃度比較低的環(huán)境特點。
　　 冰川雪冰細菌群落結(jié)構(gòu)在不同季節(jié)、不同的百年或千年尺度以及空間角度等方面均存在差異。α-Proteobacteia、γ-Proteobacteria為每個

9、季節(jié)所共有；Actinobacteria出現(xiàn)在冬季以外的其它三個季節(jié)；Firmicutes和δ-Proteobacteia存在于季風前期和季風期；Bacteroidetes僅存在于季風前期。東絨布冰川108.83m冰芯剖面的細菌類群由Firmicutes/Proteobacteria、Actinobacteria、Proteobacteria、Firmicutes/Proteobacteria/Deinococcus-Thermus、A

10、ctinobacteria/Proteobacteria、Actinobacteria/Firmicutes/Proteobacteria和Firmicutes7種不同的組分演替，F(xiàn)irmicutes的分布層位最多，其次為λ-Proteobacteria。Bacteroidetes在東絨布冰川108.83m冰芯和所研究的雪坑內(nèi)未被檢測到。相反地，Deinococcus-Thermus類群卻只在青藏高原的東絨布冰芯被分離到。冰川雪冰細菌群