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浮游细菌在水生生态系统生物地球化学循环中具有极其重要的作用,但与其他浮游生物相比较,浮游细菌的种类组成和生态学知之甚少。内陆咸水湖泊中浮游细菌的多样性研究也十分少。研究青藏高原这样环境条件较为极端的高海拔地区的湖泊浮游细菌,可以扩大对浮游细菌多样性和群落组成以及极端环境对其影响的认识。
本研究采用了两种基于16S rDNA的分子生物学技术聚合酶链式反应—变性梯度凝胶电泳(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis,PCR-DGGE)和末端限制性片段长度多态性分析(terminal restriction fragmentlength polymorphism,TRFLP)研究了青藏高原东部湖泊浮游细菌多样性和群落结构以及环境对其的影响。
首先通过对所研究湖泊的环境因子进行主成分分析(principal component analysis,PCA),找到造成湖泊环境差异的主要的理化因子是盐度,主要的地理因子是湖泊面积。
DGGE和TRFLP两种方法分析青藏高原东部湖泊的浮游细菌多样性,结果显示由TRFLP得到的浮游细菌丰富度总体上要大于由DGGE得到的数值,说明TRFLP的分辨率要大于DGGE。使用不同的PCR引物,分别对总体细菌和七类典型浮游细菌类群Actinobacteria、CFB(Flavobacteria—Cytophaga)、Firmicutes、Planetomyces、α-Proteobacteria、β-Proteobacteria、Cyanobacteria进行PCR-DGGE,分析青藏高原东部湖泊浮游细菌的基因多样性,结果显示单独对类群浮游细菌进行PCR-DGGE可以分辨出更多的细菌种类。结果还显示浮游细菌的丰富度与区分湖泊环境的主要地理因子湖泊面积之间没有显著的相关关系,显示了传统的power-law生态学理论并不适用于浮游细菌等微生物。
在DGGE和TRFLP分析浮游细菌多样性和群落组成的基础上,采用多元统计方法典型对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)研究环境因子与浮游细菌群落组成变化的相关性。选取的环境因子有pH,电导率(Cond),总氮(TN),总磷(TP),八大离子HCO3-,CO32-,Cl-,SO42-,K+,Na+,Ca2+,Mg2+的浓度和总离子浓度TDS。结果显示,各类离子的浓度及盐度与浮游细菌的群落组成有显著相关性,TN和TP与浮游细菌的相关性不显著。其中,总体细菌、CFB、α-Proteobacteria、β-Proteobacteria和Actinobacteria的显著影响因子都较多,且多数显著因子是各种离子浓度,而Cyanobacteria、Planctomyces和Firmicutes在所调查的因子中,显著影响因子就很少甚至无。
采用聚类分析(cluster analysis)比较不同群落结构的相似性,发现总体上,浮游细菌的空间分布受盐度影响很大,高盐湖泊之间群落结构比较相似,低盐湖泊之间群落结构也比较相似,而高盐和低盐湖泊之间群落结构的相似度就比较低。对于各类典型浮游细菌类群,有Cyanobacteria、Planctomyces和Firmicutes这三类浮游细菌的分布与盐度没有特别明显的相关性。这与CCA的分析结果也是一致的。