青藏公路沿线土壤微生物群落结构特征及低温原油降解菌多样性研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hhenry123
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本文以青藏公路沿线工程扰动地和原生态地土壤为研究对象,利用可培养方法、定量PCR方法和高通量测序技术,结合土壤理化性质及植被样方调查,研究了这一区域土壤微生物群落结构以及工程扰动对其影响和扰动范围;通过原油富集培养方法和alkB基因克隆文库的构建,筛选获得了一批低温原油降解菌,并对区域内烷烃降解菌群结构和alkB基因多样性开展了研究,结果表明:  ⑴青藏公路沿线土壤可培养细菌数量在2.48×104~1.61×108 C FU/gdw范围内波动,原生态地可培养细菌数量明显高于工程扰动地。通过对分离得到的菌株进行鉴定归类后,一共获得64株不同种类的菌株,归为25个菌属,分属于4个菌门:变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门,其中节细菌属为优势菌属。与工程扰动地相比,原生态地细菌种类数量更多,说明工程扰动不仅降低可培养细菌的丰度,还降低了其多样性。相关性分析表明,工程扰动后,影响土壤可培养细菌的主导因子发生了变化:原生态地普通细菌数量受到土壤总氮的影响,而植被盖度影响了工程扰动地细菌数量;原生态地放线菌数量与环境因子无相关性,而在工程扰动地则是受到土壤pH的影响;固氮菌和纤维素降解菌在原生态地受到植被盖度的影响,而工程扰动地则是受到土壤总有机碳和总氮的影响。原生态地细菌多样性主要受到土壤含水量的影响,而植物多样性是影响工程扰动地细菌多样性的主要因素。  ⑵唐古拉山北部样点固氮菌和纤维素降解菌数量显著高于南部样点,而细菌和放线菌数量则在唐古拉山南部样点的土壤样品中更高;定量PCR分析得到了相似结果:南部样点细菌丰度显著高于北部样点。此外,与唐古拉山北部样点相比,南部样点中没有分离获得链霉菌属(Stretomyces),而假单胞菌属(Pseudomonas)的种类数量更高,且其多样性也更易受到工程扰动的影响,说明除了生物因子和环境因子的影响外,青藏高原土壤微生物群落结构存在着南北差异。与其它冷环境(南北极、阿拉斯加、加拿大高寒区等)可培养细菌群落研究结果比较分析后发现,节细菌属、红球菌属和假单胞菌属是冷环境中普遍存在的细菌,但不同区域都有各自特有的种属。说明冷环境细菌群落存在共性,同时也存在差异。  ⑶青藏公路对其周边土壤微生物群落的影响范围在50m左右,土壤碳氮含量以及植被状况是主要影响因素,具体表现为:五道梁、沱沱河和通天河三个样点不同样带土壤细菌丰度呈现从10m样带到50 m样带呈现递增趋势,而50 m以后至500 m样带则没有显著差异;沱沱河样点50-500 m样带中拟杆菌门和变形菌门的比值以及拟杆菌门和放线菌门的比值明显低于10m和20m样带,而通天河样点的相应菌门比值显示这个界限在50 m和100 m之间。相关分析结果表明:青藏公路沿线土壤细菌丰度主要受到土壤总氮、总有机碳以及植被盖度的影响;而土壤中优势菌门所占比例则受到土壤pH、碳氮含量和植被的共同影响,表现为酸杆菌门丰度与土壤碳氮比呈极显著负相关,与植物多样性呈显著正相关;放线菌门与土壤碳氮比、含水量、总有机碳呈显著负相关,与植物种类数极显著正相关,与植物多样性显著正相关;变形菌门与土壤pH呈显著正相关。  ⑷通过原油富集培养本研究分离获得了53株原油降解菌,归属于变形菌门、放线菌门和拟杆菌门,其中假单胞菌和不动杆菌是优势菌属,有两株分别归属于不动杆菌属和金黄杆菌属的菌株是潜在的新种。功能基因检测结果表明,在青藏高原腹地,alkB基因较之其它原油降解相关基因(CYP153A家族的P450、羟化长链正烷烃的almA以及双加氧酶中的ndoB和xylE)更为广布。从各样点降解菌群克隆文库中获得62条alkB基因序列,从单菌中获得32条alkB基因序列,总共获得94条alkB基因序列。系统发育分析显示,这些序列与基因库中的核酸序列相似度在71%~99%,主要归为8个分支,大部分与归属于假单胞菌、红球菌属和不动杆菌的alkB基因序列相似。不同于极地和海洋环境,本区域中alkB基因多样性明显较低,不动杆菌属为优势菌属。特别值得注意的是,分离筛选所得的10株菌(KF704090,KF704087,KF704084,KF704104, KF704102, KF704082, KF704089, KF704092, KF704110, KF704099)尽管可以在原油培养基中生长旺盛,但已报道的原油降解相关基因均没有被检测到,说明它们可能拥有其它降解机制。
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