论文摘要
冰雪生态系统中微生物的来源和分布主要受局地气候条件和全球大气环流的影响。冰川表面积雪和冰是相互关联的两个生态系统。冰川冰是多年积累的雪在重力作用下,经过一系列成冰过程形成的。因此,冰川表层积雪与深冰芯的研究相辅相成,是获取准确的数据资料和研究冰川微生物与气候环境关系的理想模型。本研究以青藏高原及其毗邻地区天山乌鲁木齐源河1号冰川、祁连山老虎沟12号冰川、扎当冰川及德木拉冰川雪坑样品为材料,采用荧光显微计数、可培养细菌恢复培养和构建16S rRNA基因克隆文库的方法,通过对雪坑样品中微生物总数、可培养细菌数量、可培养细菌多样性以及细菌群落结构多样性分析,研究不同空间冰川雪坑中细菌多样性的时空变化及其与气候环境变化之间的关系。得到以下结果：不同空间冰川雪坑中细菌多样性特征：1.四个不同空间冰川雪坑中微生物总数、可培养细菌数量、微粒含量及Ca2+、Mg2+等离子浓度呈北高南低的分布趋势。天山1号冰川雪坑中不同深度雪样微生物总数在2.85×l04-3.11×105cells ml-1之间,可培养细菌数量在2-1748 CFU ml-1之间；老虎沟12号冰川雪坑中不同深度雪样微生物总数在4.16×104-2.29×105cells ml-1之间,可培养细菌数量在1-1046 CFU ml-1之间；扎当冰川雪坑中不同深度雪样微生物总数在1.61×104-8.09×104cells ml-1之间,可培养细菌数量在1-1137 CFU ml-1之间；德木拉冰川雪坑中不同深度雪样微生物总数在2.98×104-9.14×104cells ml-1之间,可培养细菌数量在5-201 CFU ml-1之间。微生物总数和可培养菌数量与气候环境替代指标Ca2+,Mg2+等主要离子浓度变化趋势一致。2.四个不同空间冰川雪坑中可培养细菌多样性不同：1)可培养细菌优势类群不同。天山1号冰川雪坑中细菌优势类群为β-Proteobacteria,老虎沟12号冰川雪坑中Firmicutes和Bacteroidetes为优势类群,扎当冰川雪坑中Firmicutes为优势类群,德木拉冰川雪坑中Actinobacteria为优势类群。2)可培养细菌多样性在种属水平上差异较大。不同空间冰川雪坑样品恢复培养、分离鉴定获得的22个属中,仅有Arthrobacter, Subtercola, Bacillus, Caryophanon, Polaromonas五个属在四个冰川雪坑中均有分布。3)可培养细菌来源不同。天山1号冰川和老虎沟12号冰川雪坑中可培养细菌与土壤环境中可培养细菌有较高的相似性,而德木拉冰川雪坑中可培养细菌绝大多数与分离白水生环境的细菌有较高的相似性。3.四个不同空间冰川雪坑中细菌群落组成有较大差异：1)16S rRNA基因克隆文库结果显示,四个不同空间冰川雪坑中细菌群落由α-,β-,γ-Proteobacteria, Actinobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes, Cyanobacteria七个类群组成。其中β-Proteobacteria为优势类群,占59%-71%。2)不同空间冰川雪坑中细菌的群落组成在种群水平上有较大差异。Firmicutes类群的细菌仅在扎当冰川有分布,而Cyanobacteria类群的细菌只在老虎沟12号冰川和扎当冰川存在。3)不同空间冰川雪坑中细菌群落组成的OTU也有较大变化。β-Proteobacteria类群划分的64个OTU中,仅有12个OTU在四个不同空间冰川雪坑中均有分布。Bacteroidetes类群划分的26个OTU中,仅有5个OTU在四个不同空间冰川雪坑中均有分布。4)不同空间冰川雪坑中细菌群落结构多样性不同。天山1号冰川雪坑中细菌群落多样性最高,老虎沟12号冰川雪坑中细菌群落多样性最低,扎当冰川和德木拉冰川雪坑中细菌群落多样性介于二者之间。5)不同空间冰川雪坑中细菌群落多样性来源不同。天山1号冰川雪坑中16S rRNA基因同源序列中土壤环境来源的细菌较其它冰川雪坑高。二、季风期和非季风期扎当冰川雪坑积雪中细菌多样性变化：1.季风期积雪中微生物总数、可培养细菌数量、微粒含量和主要离子浓度均低于非季风期。季风期和非季风期微生物总数分别为2.16×104cellsm1-1和5.87×104cells ml-1;可培养细菌数量分别为112 CFU ml-1和219CFU ml-1;微粒含量分别为1.0×105ml-1和10.0×105ml-1；Ca2+浓度分别为20ng g-1和123.92ng g-1；Mg2+浓度分别为264.62ng g-1和1064.31ng g-1。2.季风期和非季风期积雪中可培养细菌多样性变化不明显,但其优势类群差异较大。季风期积雪中a-Proteobacteria,β-Proteobacteria, Firmicutes三个类群所占比例基本相同,而非季风期积雪中Firmicutes占绝对优势。3.季风期和非季风期积雪中细菌群落结构组成差异较大：1)季风期和非季风期积雪中细菌群落组成为α-,β-,γ-Proteobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Cyanobacteria七个类群。β-Proteobacteria为优势类群,分别占56%和59%。2)季风期和非季风期积雪中细菌群落组成不同。Cyanobacteria仅在季风期积雪中有分布,而Firmicutes只出现在非季风期积雪中。3)季风期和非季风期积雪中细菌来源不同。季风期克隆文库中16S rRNA基因序列与水生环境中的细菌序列有较高的相似性,非季风期克隆文库中16S rRNA基因序列与土壤环境中的细菌序列有较高的相似性,并且相对于非季风期而言,季风期细菌来源更广泛。4)季风期和非季风期积雪中细菌群落多样性不同。季风期积雪中细菌群落多样性低于非季风期。综上所述,不同空间冰川雪坑中细菌数量、可培养细菌多样性和细菌群落组成具有明显的时空变化。主要原因是局地气候条件和大气环流对细菌源区及传输途径的影响。进一步印证了冰川微生物的组成和分布可以反演特殊沉降气候的假说,同时支持了微生物具有生物地理学分布的观点,为进一步研究冰雪微生物与气候环境之间的关系及微生物生物地理学提供了理论依据。
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标签：青藏高原及其毗邻地区论文; 冰川雪坑论文; 可培养细菌多样性论文; 细菌群落结构论文;