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昆明盐矿位于云南省昆明市西郊安宁市,矿床厚度大,品位高,宜于大规模水采,在60平方千米范围内已控制氯化钠远景储量136亿吨、芒硝72亿吨。昆明盐矿地处云贵高原,盐层属上侏罗统含盐地层,盐层距地表面300-760米,是云南省开采最早的盐矿之一,目前采用定向对接钻井水溶采卤的方式生产卤水,年产卤水100万m3,是滇中地区重要的制盐基地。国内对古老岩盐沉积中原核生物多样性的研究工作尚未见报道,本研究利用纯培养和免培养的方法研究了昆明盐矿原核生物的多样性,以期为古老岩盐沉积微生物的深入研究奠定基础。为了了解昆明盐矿古老岩盐沉积中可培养细菌的多样性,用MBA和ISP2(含NaCl3,5,10,15,20%(w/v))分离和培养了昆明盐矿卤水和盐晶中的细菌44株。发现盐晶中的可培养细胞数量(3.1×103-3.7×106CFU/g)远远高于卤水中的数量(1.3-6.3×103CFU/L)。分离所得纯培养物的16SrDNA基因序列系统发育分析结果表明,44株菌可分为4大类群36个不同的分类单元(16SrDNA序列相似性大于97%为同一分类单元)。24株属于厚壁菌门(Firmicutes,54.6%),2株属于变形菌门α亚群(α-Proterbacteria,4.6%),4株属于变形菌门γ亚群(γ-Proterbacteria,9.1%),14株属于放线细菌门(Actinobacteria,31.7%)。卤水和盐晶中的优势菌都是Bacillus属菌(26.1%和59.9%)。据16SrDNA序列相似性分析发现7株菌为可能的新种或属。同时分离到2株盐杆菌属(Halobacterium)古菌(相似性98%和99%)。此外,还筛选到7株抗菌活性菌株。研究表明,昆明盐矿古老岩盐沉积中,不仅含有较为丰富的微生物物种多样性,并且存在许多未被认识的新物种和生物活性菌株。
为了验证纯培养法所得到的结果,我们还应用免培养法研究了昆明盐矿古老岩盐沉积中原核生物的多样性。使用细菌和古菌16SrDNA高变区特异引物直接扩增盐晶样品和纯培养物DNA,对其进行变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析。结果显示,使用细菌引物时盐晶样品在DGGE电泳中共得到12条较亮的条带,这些条带代表了该环境中的优势菌群。纯培养得到的19个细菌属的菌株条带都集中在较窄的变性剂范围内,只有Halobacillus与盐晶样品的1条带位置一致,其余18属没有与盐晶样品中位置完全一致的条带。使用古菌引物时盐晶样品在DGGE电泳中共得到10条较亮的条带,并且没有与纯培养古菌位置一致的条带。因此,我们认为DGGE条带所代表的菌群大多是不可培养或未培养的。可培养的菌群其实并非该环境的优势菌群,它们在盐晶样品中所占比例并不高,只是因为它们更适合于所提供的培养基才得以被分离和培养。大量不可培养或未培养的菌群才是盐晶样品中的优势类群。DGGE分析表明,昆明盐矿古老岩盐沉积中具有丰富的微生物物种多样性,存在大量未知和未培养微生物。
同时,我们还通过直接扩增盐晶样品细菌和古菌16SrDNA并将其克隆,选用3种识别位点为4碱基的内切酶AfaⅠ、HhaⅠ、HaeⅢ对选取的36个细菌克隆子和20个古菌克隆子进行扩增性rDNA限制性酶切片段分析(ARDRA)。细菌的ARDRA分析共得到8种不同的操作分类单元(OperationalTaxonomicUnit,OTU)。其中的3个优势OTUs分别占了所有被分析克隆子的38.9%、25.0%、11.1%,而其余5个OTUs的相对丰度均处于较低的水平,仅含有1个克隆子。选取10个不同酶切图谱的克隆子进行16SrDNA序列分析和系统发育分析。结果表明,γ-Proterbacteria是克隆中的优势类群(60%)。克隆文库中没有Bacillus(Firmicutes),而以Pseudomonas(γ-Proterbacteria)为优势,这一结果不同于通过纯培养所得到的以Bacillus为优势的结论。而且这些克隆序列与已知的可培养细菌存在较大差异,只和克隆于其他高盐环境的未培养细菌较接近(97-99%)。古菌的ARDRA分析共得到8种不同的OTUs,没有显著的优势OTU。选取5个不同酶切图谱的克隆子进行16SrDNA序列分析和系统发育分析。结果表明,所有序列都属于盐杆菌科(Halobacteriaceae)的2个属(Halorubrum,Haloterrigena)。这说明,不同方法具有不同的偏重和不同的灵敏度,所以得到的结果也不尽相同,只有结合多种方法才能对研究对象作出客观的评价。通过克隆法也说明昆明盐矿盐晶中存在大量未培养或不可培养的细菌,这些未培养和不可培养的细菌比我们预期的比例更大。这一点与纯培养方法和DGGE方法得到的结论一致。
上述结果表明,昆明盐矿古老岩盐沉积中具有较高的原核生物多样性(但古菌或许不是这里的优势类群),存在大量未培养或不可培养微生物和未知微生物新物种。本研究所采用的DGGE和rRNA分析的方法适用于盐晶样品的研究,所得数据可以为古老岩盐沉积微生物的深入研究奠定基础。