青藏高原及其毗邻地区冰川雪坑中可培养细菌多样性及低温适应性的研究

论文摘要

冰雪环境是比较独特的生态系统,由于其低温、寡营养的极端环境为生命和生命大分子物质的保存提供了比较理想的环境,因此被认为是研究地球环境演化和宇宙生命进化等重大问题的“活化石”,冰雪生态系统中微生物来源于各种气溶胶和粉尘颗粒,由此也被称为是一个天然的微生物“贮藏库”。因而我们对这一特殊生态系统中微生物的研究可以为古气候的重建提供信息,为研究生命起源和进化寻找线索,发掘极端环境下的生物学特性,寻找能被人类利用的特殊基因和嗜冷微生物及其分泌产物。本研究以青藏高原及其毗邻地区的阿尔泰山木斯岛冰川、天山1号冰川、老虎沟12号冰川、慕士塔格冰川、格拉丹东果曲冰川、扎当冰川以及德木拉冰川雪坑七个不同空间的冰川雪坑样品为实验材料,采用传统的恢复培养技术并结合16S rDNA分子鉴定的方法,分析了不同冰川雪坑中可培养细菌的多样性,并且对恢复获得的代表菌株的生理生化（温度、耐盐性、pH和胞外水解酶活性）进行了初步研究。得到以下结果：一、不同空间冰川雪坑中可培养细菌的多样性变化七个不同空间冰川雪坑中的52个样品共恢复得到的菌株经过传统的形态鉴定与酶切分型共得到82株不同的菌株,采用16S rDNA分子鉴定将这些菌株划分为6个类群（Actinobacteria,Firmicutes,Bacteroidete、α-,β-,γ-Proteobacteria,）的26个属：Arthrobacter、Mycetocola、Pseudomonas、 Sphingomonas、 Janthinobacterium、Brevundimonas、Polaromonas、Flavobacterium、Bacillus、 Caryophanon、Planococcus、Staphylococcus、Devosia、Clavibacter、Streptomyces、 Subtercola、Paracoccus、Acinetobacter、Stenotrophomonas、Cryobacterium、 Psychrobacter、Leifsonia、Salinibacterium、Microbacterium、Frondihabitans、 Chryseobacterium和3个未定属：Arcicella、Hymenobacter、Microbacteriaceae.。结合细菌来源分析表明：首先,不同空间冰川雪坑中可培养细菌的优势菌群不同；其次,各雪坑中分离出的种属在各个雪坑中存在普遍性和特殊性,其中Arthrobacter sp.在七个雪坑中均有分布,而Frondihabitans sp.、Leifsonia sp.、 Cryobacterium sp.等仅存在于一个冰川雪坑中；最后,可培养细菌的来源不同且较复杂,但总的来看来自冷环境的细菌占多数。二、可培养细菌在低温条件下的生理适应性特点恢复培养获得的经16SrRNA基因序列分析后确定种属的菌株其温度适应性、耐盐性和pH生长范围的检测,得出的结果是：1),多数菌株属于耐冷性细菌,可以在4-37℃温度范围内生长,个别菌株表现出嗜温细菌的特点；2),所有菌株都可以在不加任何盐的培养基上正常生长,在添加NaCl的培养基上也表现出了各自的生长特点。总体来看,所有菌株在盐度的耐受性上表现出比较能耐受盐的特点；3),48%的菌株在pH达到5以上才能够正常生长。总的来说,所有这些菌株多表现出来的是偏碱性的生长趋势；4),测试菌株在20℃产生胞外水解酶（淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶）的结果显示：85%的菌株产生脂肪酶,所占比例最高,30%的菌株可以产生淀粉酶,19%的菌株能够产生纤维素酶。并且本研究所恢复培养得到的可培养细菌,一半以上均可以产生色素。除了天山1号冰川是革兰氏阴性菌（α、β-、γ-Proteobacteria）占多数以外,其它六个冰川雪坑中都是革兰氏阳性细菌（Actinobacteria、Firmicutes和Bacteroidete）占较高的比例,特别是高G+C（HGC）的Actinobacteria类群在慕士塔格、果曲和德木拉冰川雪坑中都占有绝对的优势。结果表明低温环境下生存的微生物存在适应这种环境的生理机制,进而也说明了低温环境中的微生物是自然选择和生物适应的结果。综上所述,青藏高原及其毗邻地区不同空间冰川雪坑中可培养细菌的多样性存在差异,与其所处地理位置及周围环境有显著的关系；可培养菌株在低温条件下表现出来的生理适应性说明了微生物选择和适应环境的能力,而这种能力能够为人类获得潜在的新型能源提供信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 极端环境微生物的分类及其应用
• 1.2 低温环境中微生物的研究概况
• 1.2.1 冰川冰芯中微生物的研究
• 1.2.2 冰川雪坑中细菌的研究
• 1.2.3 冻土、深海等其它低温环境微生物的研究
• 1.3 低温环境中微生物的嗜冷机制
• 1.4 低温环境中微生物的应用价值
• 1.5 青藏高原冰雪中细菌的研究进展及意义
• 1.6 本研究的目的和意义
• 第二章 材料方法
• 2.1 研究区域概况
• 2.1.1 阿尔泰山木斯岛冰川
• 2.1.2 天山乌鲁木齐河源1号冰川
• 2.1.3 祁连山东段老虎沟12号冰川
• 2.1.4 帕米尔高原慕士塔格冰川
• 2.1.5 各拉丹东峰果曲冰川
• 2.1.6 念青唐古拉峰扎当冰川
• 2.1.7 帕隆藏布德木拉冰川
• 2.2 雪坑样品采集
• 2.3 雪坑样品中可培养细菌的恢复培养及鉴定
• 2.3.1 可培养细菌的恢复培养
• 2.3.2 可培养细菌的分离纯化及富集
• 2.3.3 可培养细菌DNA的提取
• 2.3.4 可培养细菌的分子鉴定
• 2.4 可培养细菌的生长特征及水解酶活性的测定
• 2.4.1 可培养细菌的温度、耐盐性及pH的测定
• 2.4.2 可培养菌株水解胞外酶活性的测定
• 2.5 基因序列的比较分析及系统进化树构建
• 第三章 实验结果
• 3.1 不同空间冰川雪坑中可培养细菌的多样性
• 3.1.1 不同空间冰川雪坑中可培养细菌多样性
• 3.1.2 不同冰川雪坑中可培养细菌的空间分布多样性
• 3.2 可培养细菌的低温生理适应性
• 3.2.1 可培养菌株的理化特点
• 3.2.2 可培养菌株的胞外水解酶特性
• 第四章 讨论
• 4.1 青藏高原及其毗邻地区冰川雪坑中可培养细菌的多样性
• 4.1.1 不同空间冰川雪坑中可培养细菌多样性的共性
• 4.1.2 不同空间冰川雪坑中可培养细菌多样性差异及其原因
• 4.2 可培养细菌在低温环境下的生理适应特点
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢