腾冲热海蛤蟆嘴热泉中的原核生物多样性研究

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为了深入地了解高温地热环境中的微生物群落结构与组成,同时进一步完善本实验室的免培养分析法,从云南腾冲热海地热田具有代表性的高温热泉蛤蟆嘴周围采集到不同性质的6个菌席样品。以这6个样品作为材料,应用3种优化过的环境DNA提取方法,提取样品的总DNA,并以PCR-DGGE(变性梯度凝胶电泳)分析法比较分析各DNA提取法所获得的微生物多样性信息为依据,对这些DNA提取的方法进行比较后发现间接提取法能更好的体现环境样品中微生物的多样性,并将此DNA提取方法用于后续研究。从菌席样品中选出具有代表性的2个样品D和E,并应用rRNA法对其中细菌和古菌的多样性进行系统的研究。结果表明,所研究样品中具有较为丰富的微生物群落与物种多样性,并且两种不同温度类型的菌席样品相互之间微生物群落组成存在明显差异,在以温度为主导的非生物环境因子共同作用下,不同微环境中形成了不同的菌席微生物类群(物种)。 首先,分别采用两种环境总DNA直接提取法和一种间接提取法从蛤蟆嘴高温热泉的6个菌席样品中提取总DNA,以DNA粗产物的纯度、能否用于后续PCR扩增及PCR-DGGE所反映的微生物多样性为评价指标对两类方法进行比较和评价。研究发现,虽然间接提取法效率低下,但对于高温极端环境中生物量较小的样品,间接法能得到有研究价值的、纯度较高的环境样品总DNA,而直接法得到的DNA量小且不适于PCR扩增操作。在使用这2类方法都能得到可用于研究操作的DNA的情况下,间接提取法能更好的体现环境样品中微生物的多样性,并确定后续的操作均使用间接提取法进行DNA的提取操作。 其次,通过显微形态观察和变性梯度凝胶电泳(DGGE)对蛤蟆嘴高温热泉两类不同温度的菌席样品进行微生物多样性的初步研究,选出菌席样品D和E作为代表,直接从菌席样品中提取总DNA,用16SrDNA通用引物,经PCR扩增出16SrDNA的近全序列片段,连接、转化进入大肠杆菌以构建克隆文库,通过扩增rDNA限制酶切分析(ARDRA)和克隆筛选,分别从菌席样品D和E细菌克隆文库中选出15个和16个克隆子进行细菌16SrDNA序列的测定。由于未从菌席样品D中PCR扩增出古菌16SrDNA序列,从菌席样品E的古菌克隆文库中选出11个克隆子,进行古菌16SrDNA序列的测定。所有测序结果经无效序列的剔除后用于系统发育分析。 各个样品中细菌群落不仅丰富而且相互之间差异较为明显,表现出了较为明显的微生物群落多样性。 对细菌克隆的系统发育分析的表明:菌席样品D存在丰富的细菌多样性,这些克隆分属于5个门(Firmicutes,β-Proteobacteria,γ-Proteobacteria,Cyanobacteria,Chloroflexi,Acidobacteria);菌席样品E的克隆分属于4个门,(a-Proteobacteria,γ-Proteobacteria,Deinococcus-Thermus,Thermotogae,Aquificae),并且有一个克隆E64分类地位不明。菌席样品中细菌群落组成的大体情况为:样品D中的细菌多以光合自养型为主,而样品E中的细菌大多为接近进化树根部的嗜热细菌,其中有些序列代表的很可能是目前未能得到纯培养且分类地位较新的细菌。对菌席样品E古菌克隆的系统发育分析结果表明:所有克隆均属于泉古菌门(Crenarchaeota)而无广古菌门(Euryarchaeota)的克隆,且大多数古菌以化能自养型为主;虽然菌席样品E中古菌的多样性不如其中的细菌高,但新的未得到明确分类地位的克隆子较多且分布较均匀。 综合上述分析结果,我们所得到的这些克隆具有很好的代表性,能够体现两个菌席样品真实的微生物群落组成。在蛤蟆嘴热泉的不同微环境中,以温度为主导的非生物环境因子的异质性和多样性是造成微生物群落和物种多样性的根本原因。另外,菌席样品中代表常温菌的克隆(由于近代对高温环境产生适应而形成的近代高温菌)的出现,以及美国黄石国家公园中与蛤蟆嘴热泉条件类似的高温热泉古菌多样性明显高于本研究结果的事实说明人类的活动可能对蛤蟆嘴高温热泉的环境产生了一些影响。
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