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文檔簡介
1、南極大陸極端的氣候條件使其成為地球上最嚴(yán)酷的陸地生境之一。它大部分地區(qū)常年被冰雪覆蓋,永久無冰區(qū)面積僅為其總面積的0.4%左右。無冰區(qū)的風(fēng)化作用及基于稀少有機(jī)物的微生物活動導(dǎo)致了南極大部分土壤的形成。東南極內(nèi)陸地區(qū)由于極端低溫,年降水量少,曾被認(rèn)為無土壤形成。位于東南極內(nèi)陸伊麗莎白公主地(Princess Elizabeth Land)的格羅夫山地區(qū)(Grove Mountains;72°20'-73°10'S,73°50'-75°40
2、'E),常年被冰雪、冰原島峰覆蓋。1999–2000年間,中國南極第16次科學(xué)考察隊(duì)在該地區(qū)的哈丁山南嶺發(fā)現(xiàn)三個(gè)位點(diǎn)的土壤,是人類首次在東南極內(nèi)陸高原地區(qū)發(fā)現(xiàn)土壤,其特殊生境條件可能孕育了獨(dú)特的微生物類群。本論文通過454焦磷酸測序和對序列數(shù)據(jù)的生物信息學(xué)分析獲得了該地區(qū)土壤的微生物組成和多樣性信息;利用平板法分離獲得了土壤中的可培養(yǎng)細(xì)菌并對其進(jìn)行了產(chǎn)胞外酶活性和抗菌活性研究。本研究首次揭示了格羅夫山土壤微生物類群相關(guān)信息,為了解南極生
3、態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)和南極菌種資源的利用打下了前期基礎(chǔ)。
中國第26次南極科學(xué)考察期間,在格羅夫山哈丁山南嶺主峰南坡三個(gè)相近的土壤位點(diǎn)G1、G2、G3采集表層土壤樣品,于-80℃和-20℃各凍存一份。取出-80℃凍存的土壤樣品進(jìn)行宏基因組DNA提取,用帶有454接頭的特異性引物分別擴(kuò)增土壤細(xì)菌的16S rRNA基因片段和真核微生物18S rRNA基因片段并進(jìn)行454焦磷酸測序,用多對古菌特異性引物擴(kuò)增古菌16S rRNA基因片段。對獲
4、得的序列數(shù)據(jù)進(jìn)行生物信息學(xué)分析。結(jié)果顯示:3個(gè)位點(diǎn)的細(xì)菌歸屬于厚壁菌門(Firmicutes)、變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、藍(lán)細(xì)菌/葉綠體(Cyanobacteria/Cholroplast)、柔膜菌門(Tenericutes)、疣微菌門(Verrucomicrobia)、酸桿菌門(Acidobacteria,僅 G1和 G2)、綠彎菌門(C
5、hloroflexi,僅 G1)、異常球菌-棲熱菌門(Deinococcus-Thermus,僅 G3)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes,僅G3)、Candidate division TM7(僅G2)等12大類群,且均以厚壁菌門(Firmicutes)為優(yōu)勢類群,在三個(gè)位點(diǎn)所占比例分別為77.00%(G1)、44.56%(G2)和88.76%(G3),變形菌門為格羅夫山土壤的第二大優(yōu)勢細(xì)菌類群;通過多種手段均未能擴(kuò)增得到
6、古菌的16S rRNA基因片段,暗示格羅夫山土壤中的古菌豐度較低或無古菌存在;土壤真核生物歸屬于真菌(Fungi)、頂復(fù)動物(Apicomplexa)、甲藻(Dinophyceae)、黏菌(Mycetozoa)、后生動物(metazoa)、硅藻(Bacillariophyta)、金藻(Chrysophyta)、卵菌(Oomycetes)、綠藻(Chlorophyta)、鏈形植物(Streptophyta)等10大類群,其中真菌是該地區(qū)主
7、要的真核生物(3個(gè)位點(diǎn)分別占82.99%(G1)、89.76%(G2)和88.01%(G3)),主要?dú)w屬于擔(dān)子菌門(Basidiomycota)和子囊菌門(Ascomycota)兩大類群。群落間多樣性分析顯示:三個(gè)位點(diǎn)的土壤中既存在不小比例的共有土壤微生物:三個(gè)位點(diǎn)共有的細(xì)菌(真核生物)OTU數(shù)均大于各土壤位點(diǎn)總細(xì)菌(總真核生物)OTU數(shù)的19.47%(7.50%),也有一定比例的各自獨(dú)有的微生物類群;在三個(gè)土壤位點(diǎn)中,位點(diǎn)G1和G3的
8、細(xì)菌和真核生物群落組成相似度較高,而G2與二者的群落組成相似度略低。本研究通過基于454焦磷酸測序的研究對極端干冷的東南極格羅夫山土壤微生物多樣性進(jìn)行了較為全面綜合的評估,洞悉了極端環(huán)境壓力下的生態(tài)復(fù)雜性。
稀釋直接涂布平板法獲得了2種凍存溫度下的土壤樣品中的可培養(yǎng)細(xì)菌菌株,根據(jù)菌株的16S rRNA基因序列對其進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)生分析。分別用平板法和瓊脂塊法初步鑒定菌株胞外水解酶產(chǎn)生情況和對5種供試菌的抗性。所有土壤樣品共分離得到3
9、9株細(xì)菌,分別屬于厚壁菌門(19株,48.7%)、變形菌門(共計(jì)10株,25.6%,分屬于α-、β-、γ-變形菌綱)、放線菌門(8株,20.5%)、異常球菌-棲熱菌門(1株,2.6%)和擬桿菌門(1株,2.6%)等5個(gè)門20個(gè)菌屬,芽孢桿菌(Bacillus)為優(yōu)勢菌屬。-80℃和-20℃凍存的土壤樣品分離出的菌株有所不同。上述菌株中,33株具有至少一種胞外水解酶活力,其中具淀粉酶活力的菌株最多(共25株,64.1%),6株細(xì)菌可至少抑
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