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天山1号冰川退缩地土壤微生物多样性研究

陈伟  
【摘要】:在过去的100年,全球的平均气温上升了0.74℃。温度升高的一个后果就是全球各地的山地冰川都发生了退缩。新暴露出来的土地为原生裸地,是研究动植物原生演替的理想环境。目前对于冰川前缘微生物演替研究还比较少,尤其是亚洲地区高山冰川退缩地微生物的研究。 本文对采自天山1号冰川前沿裸露地的年代序列土壤样品进行了分析,运用寡营养恢复培养技术、限制性片度长度多态性(RFLP)分析技术等,对土壤样品理化性质、可培养细菌的数量、多样性及其相关性进行了分析,同时采用宏基因组测序技术全面了解了冰川退缩地微生物群落结构和演替规律。主要结果如下: 1.土壤的理化性质变化 天山1号冰川前缘退缩地土样中总氮(N)和有机碳(C)含量都比较低,其中N的含量变化范围在0.048~0.388%,C的含量变化范围在0.393~4.930%,且随演替呈上升趋势。pH值随演替呈下降趋势。随着冰川退缩时间的累积,多酚氧化酶、脲酶、脱氢酶和蔗糖酶活性呈升高趋势。 2.可培养细菌的数量及多样性变化 在4℃培养条件下土壤中可培养微生物数量介于1.39×105~1.14×106CFU·g-1之间,在25℃培养条件下土壤中可培养微生物数量介于1.84×105~3.31×106CFU·g-1之间,且微生物数量都随着演替年代的增加而升高。可培养细菌经ARDRA分析,共分类为35株菌株,16S rDNA测序结果显示其归类于六大类群:α-变形菌门(α-Proteobacteria)、p-变形菌门(β-Proteobacteria)、γ-变形菌门(y-Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroides)和栖热菌门(Deinococcus-Thermus)。其中,放线菌门、拟杆菌门和α-变形菌门都属于优势菌群。 3.可培养细菌的数量与土壤的理化性质间的关系 相关性分析表明,冰川前缘退缩地土壤中可培养细菌数量与N含量(r=0.987,p0.01)、C含量(r=0.992,p0.01)、脲酶活性(r=0.995,p0.01)呈极显著正相关;与脱氢酶(r=0.813,p0.05)和蔗糖酶活性(r=0.813,p0.05)呈显著正相关,与pH值、蛋白酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性的相关性不显著。 4.土壤细菌宏基因组测序分析 细菌丰度(OTU)在1892到5159个/g土壤。在演替初期Shannon-Wiener指数变化较大,随着演替时间延长而逐渐放缓,在演替后期(100a)达到一个最大值,显著性分析表明Shannon-Wiener指数随演替年代呈显著上升趋势。Simpson多样性指数随演替时间呈现出一个下降的趋势,反应出了细菌群落结构的异质性随着演替时间逐渐增大。演替过程中细菌种群有一个非常高的演替指数,并且在演替初期演替指数达到了19%,而在演替后期降到了0.9%。所有序列可以归类31个类群和一小部分不能归类的序列。酸杆菌(Acidobacteria)、放线菌(Actinobacteria)、拟杆菌(Bacteroidetes)和变形菌(Proteobacteria)为冰川前沿裸露地细菌演替过程中的优势菌落。且拟杆菌(Bacteroidetes)和变形菌(Proteobacteria)随演替呈下降趋势,酸杆菌(Acidobacteria)随演替呈上升趋势。 5宏基因组测序功能菌多样性和变化规律 宏基因组测序结果中也有发现了所占比例非常少的功能菌,这些功能菌包括硝化细菌、固氮菌、甲烷氧化菌和硫和硫还原细菌。一些功能菌在整个演替过程中都存在,一些功能菌仅出现在演替的早期而在后期消失,一些功能菌在演替初期没有而在后期出现,另一些功能菌仅在演替中期出现而在演替初期和后期都没有出现。这说明了冰川前沿功能菌群落也存在一个演替过程,但对于这些功能菌的演替变化原因目前还不清楚,还需要进一步的研究。


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