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我们通过对沼气池中微生物群落进行分类学和生态学层面上的研究,对此环境中真细菌和古细菌的多样性和群落结构有了初步认识。
首先,建立了复杂固态环境中微生物基因组DNA的提取方法。使用此方法,对崇明岛长江口滩涂泥浆和校园植物根际土壤中微生物基因组DNA进行了提取。
其次,对崇明沼气池中的微生物群落进行了初步探索。从沼气池浆中直接提取DNA,由此构建16S ribosomal DNA(rDNA)文库,并测序。我们基于16S rDNA序列对微生物群落的多样性和结构进行研究。研究表明在沼气池的厌氧环境中,微生物群落是一个复杂和未知的群体。
随后,采集了华东地区(上海市的崇明,浙江省的海宁,江苏省的班庄和涟水)沼气池浆样品,通过横向比较来研究沼气池微生物群落的结构和多样性。我们用95%序列相似度来定义OTU(Operational Taxonomic Units),并计算出每个样品中实测序列的OTU数目,以及相对应的CHAO1值和ACE值。在微生物种群的多样性方面上,所有四个样品中,真细菌的OTU数目是古细菌的3-3.5倍;选取各个样品中全部OTU的代表性序列绘制系统发育树,并对每个OTU中的部分序列进行BLAST,根据系统发育树所呈现的全部OTU之间的关系和BLAST的结果,把它们分成若干个组来进行分析,古细菌和真细菌都划分为七个组。在古细菌的群落中,大多数的序列集中在Group2中,并和Methanogenium的序列相近,是一类利用二氧化碳作为碳源,氢分子作为电子供体的产甲烷菌。在真细菌的群落中,Group1中的序列和Syntrophomonas的序列相近,是一类在产甲烷环境中的β饱和脂肪酸氧化菌。Group2中的序列属于Clostridium,对沼气池中多糖和寡糖的降解起重要作用。而Group7中的序列代表着新的菌种。
通过对四个沼气池中古细菌群落和真细菌群落组成情况的对比分析,我们发现,丰富种占据个体数量的多数,但种群数不多;稀有种只占个体数量的少数,但种群数很多。我们使用了Shannon指数和Simpson指数来评估每个样品中微生物种群的丰富度,在全部样品中,真细菌的种群丰富度都高于古细菌的种群丰富度。