青藏高原冰川雪冰內(nèi)細(xì)菌與環(huán)境關(guān)系的初步研究.pdf

1、青藏高原冰川由于獨(dú)特的地理與環(huán)境特征而蘊(yùn)藏著大量具有獨(dú)特的遺傳學(xué)特征和適應(yīng)環(huán)境的生理生化機(jī)制的微生物。這些微生物已存活了幾百年甚至幾千年，因此開展該高原冰川雪冰微生物的研究將為生物多樣性的保護(hù)和利用、生物基因的進(jìn)化、宇宙生物學(xué)的研究、生命起源的研究、乃至全球環(huán)境變化的研究開辟新的途徑。本文以東絨布冰川一支40.87m冰芯代表四個(gè)季節(jié)的底部四個(gè)連續(xù)樣品、該冰川一支108.83m冰芯的50個(gè)樣品以及高原北部祁連山老虎溝12號(hào)冰川、東南部貢嘎

2、山海螺溝2號(hào)冰川和南部喜馬拉雅山東絨布冰川的雪坑樣品為試驗(yàn)對(duì)象，分析和討論了冰川雪冰細(xì)菌濃度、種類多樣性和群落結(jié)構(gòu)在不同時(shí)間尺度和高原南北部的分布特征和變化規(guī)律，及其與環(huán)境之間的關(guān)系。
　　 冰川雪冰細(xì)菌濃度和種類多樣性與大氣塵埃濃度有一定的聯(lián)系?？膳囵B(yǎng)細(xì)菌濃度平均值在季風(fēng)前期、季風(fēng)期、季風(fēng)后期和冬季依次為5.0、0.8、0.1和0.7 CFUml-1?？偧?xì)菌濃度在季風(fēng)前期、季風(fēng)期、季風(fēng)后期和冬季依次為1.40×103、0.78

3、×103、0.12×103和1.17×103細(xì)胞ml-1。沉降于東絨布冰芯中的細(xì)菌無(wú)論從可培養(yǎng)角度還是總濃度角度均在季風(fēng)前期最高，這可以歸因于春季頻繁的沙塵暴激起的大氣塵埃的傳輸。東絨布冰川108.83m冰芯可培養(yǎng)細(xì)菌濃度為0-5.6 CFU ml-1，總細(xì)菌濃度平均值2.0×103，比青藏高原北部或中部的幾個(gè)冰芯相應(yīng)值低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。老虎溝12號(hào)冰川雪坑中的可培養(yǎng)細(xì)菌濃度平均值分別為東絨布冰川和海螺溝2號(hào)冰川相應(yīng)值的12.3倍和1.

4、6倍，總細(xì)菌濃度平均值分別為東絨布冰川和海螺溝2號(hào)冰川相應(yīng)值的38.6倍和2.3倍，其可培養(yǎng)細(xì)菌濃度平均值和總細(xì)菌濃度平均值均為三個(gè)研究位點(diǎn)中最高的。東絨布冰川108.83m冰芯的細(xì)菌種類多樣性指數(shù)H'平均值為0.41，而普若崗日冰芯H'平均值為2.91，為前者的7.10倍。細(xì)菌濃度和種類多樣性的南北差異與不同的大氣環(huán)流引起的高原南北部大氣塵埃濃度產(chǎn)生的差異有關(guān)。東絨布冰川108.83m冰芯Ca2+濃度和總細(xì)菌濃度在1014-1713A

5、D和1923-1963AD相對(duì)較低，在1715-1911AD相對(duì)較高，這與冷期青臧高原冰芯塵埃含量比較高，而其它時(shí)期塵埃含量低有關(guān)。因此從季節(jié)變化和空間變化分析，冰川雪冰細(xì)菌可以反演局地大氣環(huán)流狀況。而從幾十年至幾百年的時(shí)間尺度分析，冰芯細(xì)菌濃度則可以反應(yīng)氣候的冷暖交替。
　　 細(xì)菌濃度和種類多樣性還與其它的環(huán)境因素有關(guān)。經(jīng)RFLP分析，具有不同ARDRA的可培養(yǎng)細(xì)菌的個(gè)數(shù)在季風(fēng)前期、季風(fēng)期、季風(fēng)后期和冬季依次為9、15、1和2

6、。采用DGGE指紋圖譜技術(shù)，對(duì)四個(gè)不同季節(jié)的冰芯樣品進(jìn)行細(xì)菌DNA結(jié)構(gòu)分析，細(xì)菌多樣性指數(shù)在季風(fēng)前期、季風(fēng)期、季風(fēng)后期和冬季依次為0.30、0.86、0.71和0.47。無(wú)論從可培養(yǎng)角度還是總細(xì)菌角度，季風(fēng)期的細(xì)菌多樣性都是最高的，這可能是由于季風(fēng)期細(xì)菌不僅來(lái)源于海洋性氣團(tuán)，還與局地的大陸性氣流有關(guān)，而其它季節(jié)的細(xì)菌來(lái)源僅僅受到西風(fēng)環(huán)流的影響。在空間分布上海螺溝2號(hào)冰川雪坑細(xì)菌種類多樣性最高，這與該冰川生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜化和生物資源的多樣化

7、有關(guān)。海拔高的東絨布冰川雪坑細(xì)菌濃度和種類多樣性比海拔低的海螺溝2號(hào)冰川和老虎溝12號(hào)冰川的低，說(shuō)明二者與海拔高度呈反比關(guān)系。東絨布冰川的雪坑總細(xì)菌濃度平均值與南極點(diǎn)的浮雪和粒雪中的相應(yīng)值相近，并且東絨布冰芯的可培養(yǎng)細(xì)菌濃度與極地冰芯的的結(jié)果接近，說(shuō)明細(xì)菌濃度還與人類活動(dòng)有關(guān)。
　　 從冰芯內(nèi)可以恢復(fù)出指示環(huán)境的細(xì)菌。如從東絨布冰川108.83m冰芯Ra-78、Ra-98和Ra-106三個(gè)樣品恢復(fù)出的菌株zf-78-Ⅰ、zf-9

8、8-1和zf-106-Ⅱ菌落色澤均為黃色或微黃色，反應(yīng)了三個(gè)樣品代表的歷史時(shí)期溫度比較高和紫外照射比較強(qiáng)。從該冰芯恢復(fù)出的耐放射異常球菌Deinococcus radiodurans，該類細(xì)菌耐輻射水平高，反應(yīng)了珠穆朗瑪峰地區(qū)紫外輻射強(qiáng)度高和空氣塵埃濃度比較低的環(huán)境特點(diǎn)。
　　 冰川雪冰細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)在不同季節(jié)、不同的百年或千年尺度以及空間角度等方面均存在差異。α-Proteobacteia、γ-Proteobacteria為每個(gè)

9、季節(jié)所共有；Actinobacteria出現(xiàn)在冬季以外的其它三個(gè)季節(jié)；Firmicutes和δ-Proteobacteia存在于季風(fēng)前期和季風(fēng)期；Bacteroidetes僅存在于季風(fēng)前期。東絨布冰川108.83m冰芯剖面的細(xì)菌類群由Firmicutes/Proteobacteria、Actinobacteria、Proteobacteria、Firmicutes/Proteobacteria/Deinococcus-Thermus、A

10、ctinobacteria/Proteobacteria、Actinobacteria/Firmicutes/Proteobacteria和Firmicutes7種不同的組分演替，F(xiàn)irmicutes的分布層位最多，其次為λ-Proteobacteria。Bacteroidetes在東絨布冰川108.83m冰芯和所研究的雪坑內(nèi)未被檢測(cè)到。相反地，Deinococcus-Thermus類群卻只在青藏高原的東絨布冰芯被分離到。冰川雪冰細(xì)菌群