论文部分内容阅读
新疆因其特殊的自然环境成为我国土壤盐碱化分布面积广、类型多,盐分最重的地区,同时也孕育了特殊多样的微生物资源。为了解新疆绿洲接近区域的盐碱土壤微生物多样性,并为利用微生物改善盐碱土壤提供物质基础与科学依据,本研究以横贯新疆西南至东北方向的四个典型盐碱土壤分布地土壤为对象,采用常规土壤理化性质检测方法对采集自塔什库尔干县盐碱地、温宿盐山、古尔班通古特沙漠南缘阜康境内荒漠及与蒙古国接壤的青河县四个地区的土壤理化性质进行了检测;以常规微生物分离培养技术对四地盐碱土壤中的可培养细菌进行了分离鉴定;以高通量测序技术对四地土壤中细菌和古菌多样性进行了检测,主要结果如下:(1)四地土壤p H值均在7.8以上,呈碱性。土壤含盐量均在40 mg/g以上,其中阴离子以SO42-、Cl-、Cl-/SO42-和SO42-为主,阳离子均以Na+为主。依据盐碱土壤分类规范,塔县和青河土壤属硫酸盐型,温宿土壤属氯化物型,阜康土壤属硫酸盐-氯化物型。(2)以传统方法由四地盐碱土壤样品分离获得纯培养菌株258株,其中塔县、温宿、阜康和青河样品分别分离到67、67、62和62株。依据16S r RNA基因序列,其归属于厚壁菌门(Firmicutes,129株)、放线菌门(Actinobacteria,69株)、变形菌门(Proteobacteria,54株)、异常球菌门(Deinococcus-Thermus,5株)和拟杆菌门(Bacteroidetes,1株)的40个属。其中塔县样品分离株分布于4个门、16个属,温宿样品分离株分布于4个门、13个属,阜康样品分离株分布于3个门、17个属,青河样品分离株分布于3个门、17个属。塔县、阜康和青河三地样品中优势属为芽孢杆菌属(Bacillus),温宿样品中则为微小杆菌属(Microbacterium),与该地土壤含盐量高相关。特异性分析显示,四地样品共享属为芽孢杆菌属;各样品特有属为塔县9个(15株,22.38%)、温宿3个(9株,13.42%)、阜康6个(9株,14.51%)、青河7个(15株,24.19%)。结果显示四地盐碱土壤可培养微生物多样性丰富,微生物类群地域差异性显著,并蕴含大量尚未被挖掘的微生物资源。(3)由四地盐碱土壤共12个样品经高通量测序、整理获得609219条有效序列,占总测序量的81%。有效序列代表的细菌类群分布于43个门、915个属。其中塔县、温宿、阜康和青河土壤类群分别属28个门453个属、30个门532个属、37个门554个属和32个门562个属。四地共享细菌门23个,温宿、阜康和青河独有菌门分别为4个、5个和1个,拟杆菌门、放线菌门和变形菌门为四地盐碱土中的优势菌门。四地共享细菌属203个,特有属分别为8个、184个、62个和78个,占各自属总数的1.7%、34.6%、11.2%和13.9%,显示温宿土壤微生物多样性更加丰富。塔县、阜康和青河三地盐碱土壤中优势菌属均为norank_f_Nitriliruptoraceae,但比例各不相同,温宿盐碱土壤中优势菌属为Salinibacter。四地盐碱土壤中,细菌多样性在属水平的丰度低于1%的比例(分类Others)在阜康和青河样品相对比例高于塔县和温宿,显示该两地的微生物多样性更为丰富。与可培养方法结果比较,高通量技术所获该四地盐碱土壤细菌群落结构与多样性存在明显差异。(4)未培养细菌类群多样性与环境因子相关性分析显示,其细菌群落组成与土壤Cl-、SO42-、HCO3-和Ca2+浓度相关,其中温宿样品中的优势菌属Salinibacte与Cl-离子呈显著正相关,塔县和阜康样品中优势菌属norank_f_Nitriliruptoraceae、Antarcticibacterium、Gillisia和盐单胞菌属(Halomonas)与SO42-和HCO3-呈显著正相关;青河样品的细菌群落组成则与CO32-呈正相关。结果显示土壤Cl-、SO42-、HCO3-和Ca2+含量是影响其细菌优势类群的主要因子。(5)对四地土壤样品的古菌16S r RNA基因序列高通量分析显示,古菌分布于4个门68个属,以广古菌门(Euryarchaeota)的盐杆菌纲(Halobacteria)和奇古菌门(Thaumarchaeota)的Nitrososphaeria纲为优势类群,其中塔县、温宿、阜康和青河样品中优势菌属分别为norank_f_Halococcaceae、盐碱单胞菌属(Natronomonas)、norank_f_Halococcaceae和Candidatus_Nitrocosmicus。青河土壤中古菌群落组成明显区别与其它三地。与环境因子相关性分析显示,盐碱土壤中古菌类群结构主要受阴阳离子类型(Cl-、SO42-、HCO3-、Ca2+)和总盐含量的影响。本项目研究较充分显示了新疆四地盐碱土壤的可培养及未培养细菌的多样性,丰富了微生物资源库,揭示了沿西南至东北一线盐碱土壤细菌和古菌群落结构的变化规律,揭示了其类群变化主要受土壤理化因子特别是阴阳离子多样性的影响。研究为利用微生物改善盐碱土壤提供了资源材料,具有重要的理论及应用价值。