钾矿区不同生境可培养矿物风化细菌风化矿物效应及其系统发育关系研究

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细菌是地球上分布最广泛的物种,它们参与矿物风化、土壤形成等各种各样的地球化学过程。本文通过研究钾矿区不同生境矿物风化细菌风化矿物能力及其系统发育关系,为细菌与矿物相互作用的机制提供理论依据,加深人们对这种相互作用的认识,并为矿物风化细菌的的研究提供了丰富的菌种资源。  本研究在南京小龙山钾矿区不同生境采集了四种不同风化程度的样品以及矿区优势植物野青茅的根际土、非根际土和根系。通过传统的平板培养法,从两种生境的七种样品中分离得到383株细菌(其中从岩石样品中分离到237株细菌,从野青茅样品中分离到146株细菌)。矿物风化试验表明,四种不同风化程度的样品中,能够风化钾长石和黑云母的菌株比例分别为55.1%-78.26%和71.43%-87.72%;野青茅样品中能够风化钾长石和黑云母的菌株比例分别为79.31%-85.42%和80%-93.1%,说明野青茅样品中的菌株风化矿物能力更强。为了进一步研究细菌对钾长石的风化,在三个不同的样品中,选取各自样品中对钾长石风化能力比较强的菌株,进行钾长石风化动态模拟试验。试验表明,生活在BHM培养基中的细菌,释放的Fe、Si、Al这三种元素的含量比生活在有氮培养基中的细菌增加1.48-2.44、1.41-1.89和1.30-2.47倍。因此,营养相对贫乏的条件,有助于细菌对钾长石的风化。细菌吸收利用比较少的营养元素(Fe、Si、Al和Ca元素),在试验过程中,一般是不断释放的,虽然释放速率不断下降;而细菌吸收利用较多的元素(K、Mg和Na元素),释放过程明显不同于以上四种元素,说明元素的释放模式是不同的。  选择对钾长石和黑云母均有一定风化作用的菌株,通过鉴定这些菌株来研究不同生境矿物风化细菌的多样性。矿物风化细菌16S rRNA基因序列分析结果表明,鉴定的239株矿物风化细菌可归于22个属,56个种。其中,处于裸露地方样品中的细菌归于13个属,26个种;来自野青茅三个样品中的细菌归于17个属,42个种。因此,无论在属的水平,还是在种的水平,两种生境矿物风化细菌种群结构都存在明显的差异。Bacillus是所有样品共有的菌属,同时在所有样品中均为优势菌属。Bacillus cereus是所有样品中共有的菌种。此外,Luteibacter、Mucilaginibacter、Lysinibacillus和Ochrobactrum是四种不同风化程度样品中所特有的菌属,Ralstonia、Brevibacillus、Novosphingobium和Curtobacterium是野青茅样品中所特有的菌属。  对矿物风化细菌Z29的分类地位进行了研究。发现菌株与Chitinophaga属的C.polysaccharea KACC17184T,C.arvensicola JCM2836T,C.ginsengisegetisLMG23601T以及C.niastensis JCM15441T的基因序列同源性最高,分别为97.9%,98.2%,98.2%和97.2%。菌株Z29主要的脂肪酸为iso-C15∶0,C16∶0,iso-C13∶0及iso-C17∶0。甲基萘醌7为其主要的呼吸醌,聚亚精胺为其主要多胺,极性脂主要包括磷脂酰乙醇胺、氨脂质、磷脂质和糖脂。此外,其总DNA的G+C含量为51.3 mol%。与其四个参比菌株DNA-DNA杂交结果(14.6%-29.8%)均很低,结合其他数据,提议菌株Z29为Chitinophaga属的一个新种,并将其命名为Chitinophaga longshanensis sp.nov.。
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