艾比湖湿地原核微生物群落动态演替和优势群落组成变化对环境的响应的研究

来源 :石河子大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:erdanws
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艾比湖湿地是新疆最大的湖泊湿地,也是干旱区内陆河流域河流终端型湖泊湿地的典型代表。艾比湖湿地以湖泊湿地为主,集湖泊湿地、河流湿地和沼泽湿地于一体,且其地理区位与生态区位十分特殊,湖面积涨消引发的湿地生态系统的动态演替过程己经成为艾比湖流域生态环境改善与恶化的晴雨表。因此,艾比湖湿地土壤原核微生物细菌群落变化对艾比湖环境变化具有一定的指示意义。然而艾比湖湿地微生物多样性变化研究还比较少,主要的一些研究集中于可培养微生物,环境微生物未有较全面的分析,微生物类群是否丰富还比较有争议。本文直接对艾比湖湿地三个类型(湖泊型湿地、河流型湿地和沼泽性湿地)湿地土壤的土样提取总DNA,纯化后使用16SrRNA基因通用引物Eubac27F和Eubac1492R对总DNA进行PCR扩增,并通过连接、转化、蓝白斑筛选等过程筛选出含有目的片段16SrRNA基因的阳性克隆子,构建16SrRNA基因克隆文库,在经过扩增性rDNA限制性酶切分析(ARDRA),计算酶切谱型,不同谱型克隆子测序和系统发育进化树的构建,对新疆艾比湖湿地国家自然保护区不同湿地类型土壤微生物群落结构及多样性进行了研究。在本研究中虽然对艾比湖三个类型湿地每个土壤细菌16SrRNA基因文库中160左右个克隆子进行了分析,但文库覆盖度(Coverage C)较低,表现出艾比湖湿地土壤细菌群落丰富的多样性。研究数据表明,艾比湖湿地土壤原核微生物较丰富,可归类为如下类群:绿弯菌门(Chioroflexi)、蓝藻门(Cyanobacteres)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicates)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、疣微菌门(Verrucomicrob)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、衣原体门(Chlamydiae)、栖热菌门(Deinococcus-thermus)浮霉菌门(Planctomycetes)等。变形菌门和拟杆菌门为艾比湖三个不同类型湿地的绝对优势类群,在湖泊型湿地类型中变形菌门为第一优势类群,拟杆菌门为第二优势类群,在河流型湿地和沼泽型湿地中,拟杆菌门为第一优势类群,变形菌门为第二优势类群。通过相似序列比对研究发现,艾比湖湿地土壤与盐湖、南极洲湖泊和印度洋深海中,均有变形细菌门的克隆序列,说明该门具有嗜盐、抗极寒、抗高压的极端环境的特点,表现出极强的全球适应性和变异性。通过对湿地土壤原核微生物群落结构比较可知,艾比湖湿地三个不同湿地类型土壤原核微生物群落结构相似度极低,BRC1、衣原体门(Chlamydiae)和TM7为湖泊型湿地(SP1)所特有的门级分类,疣微菌门(Verrucomicrob)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)为河流型湿地(SP2)所特有的门级分类,浮霉菌门(Planctomycetes)、栖热菌门(Deinococcus-Thermus)、绿菌门(Chlorobi)为沼泽型湿地所特有的门级分类。值得我们注意的是,在群落结构中我们发现有大量未分类的细菌,它们在湖泊型湿地、河流型湿地和沼泽型湿地中所占的比例分别为21.9%、6.0%和11.8%(序列比例为20.6%、8.0%和14.8%),未分类的细菌几乎成了除变形菌门和拟杆菌门以外的第三大类群,说明艾比湖湿地中含有一定数量潜在的新种和细菌分类。通过SPSS软件对艾比湖不同湿地土壤原核微生物群落结构组成变化与土壤理化性质及重金属的相关性进行分析,结果显示速效钾和铬(Cr)对拟杆菌门(Bacteroidetes)呈显著相关关系,相关系数均为0.991,显著性水平分别为0.021和0.023;蓝藻门(Cyanobacteria)与pH呈负向的显著相关关系,相关系数为-1.000,显著性水平为0.013,且还与有机质和碱解氮存在相对较强的相关关系;疣微菌门(Verrucomicrob)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)与有机质和碱解氮呈正向的显著相关关系,相关系数分别为0.998和1.000,显著性水平分别为0.039和0.014;栖热菌门(Danin-Thermus)、浮霉菌门(Planctomycetes)和绿菌门(Chlorobi)均与锌(Zn)呈正向的显著相关关系,相关系数为1.000,显著性水平为0.020。综上所述,土壤肥力水平、盐度、酸碱度和重金属含量均会影响到艾比湖湿地原核微生物的群落结构,而原核微生物群落结构的变化也从侧面反映了土壤质量状况的好坏。在原核微生物中16SrRNA基因往往同时存在多个拷贝,而且拷贝之间的基因序列并不完全一致,所以,在原核微生物分子生态学研究中基于16S rRNA基因的群落多样性分析会引起一定程度的高估。中科院武汉病毒研究所周宁一等人通过对16S rRNA基因的拷贝数及基因组内部异质性做了详细的分析研究,发现16SrRNA基因存在异质性并且在不同区域异质性存在程度不同。本研究中由于所分析的克隆数总数偏少,每个序列所代表的平均克隆数均低于其提议的3.61,在0.03水平上(同源性为97%归类为一个OTU)除变形菌门、拟杆菌门和绿弯菌门外其余序列所属OTU大多仅有一个克隆子,而在此水平下由于16SrRNA基因的异质性对群落多样性的高估率为5.8%,故本研究中所分析的270个OTUs在实际环境下群落多样性OTUs应为254,且16SrRNA基因异质性主要集中于文库中的优势群落。这可能是艾比湖湿地盐碱环境下微生物适应其环境的策略,具有不同的拷贝数可在不同的环境下发挥其功能以提高其适应性。简言之,本研究中16S rRNA基因在不同群落类型中异质性程度不同,优势群落较高且对微生物群落结构及组成影响程度不大。
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