塔克拉瑪干沙漠微生物群落結(jié)構(gòu)和微生物多樣性
塔克拉瑪干沙漠是中國(guó)最大的沙漠，也是世界第二大流動(dòng)沙漠，由北邊的天山和南邊的昆侖山和阿爾金山環(huán)繞而成。面積約為337 000 km2，85%的沙子是流沙，氣候溫暖、干燥并且多風(fēng)。年平均溫度9.9～12.6℃，年平均降雨量17.4～66.3 mm，年平均蒸發(fā)量2 500～3 400 mm。微生物是塔克拉瑪干沙漠生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分。近年來(lái)已有不少關(guān)于塔克拉瑪干沙漠微生物的研究。下面介紹塔克拉瑪干沙漠的微生物群落組成。
塔克拉瑪干沙漠腹地的微生物群落組成
從塔克拉瑪干沙漠的表層樣品中，使用T2M和PTYG兩種培養(yǎng)基分離沙漠菌株，結(jié)果表明：T2M培養(yǎng)基分離到8個(gè)屬，分別是節(jié)桿菌屬(Arthrobacter)、異常球菌屬(Deinococcus)、微枝形桿菌屬(Microvirga)、類(lèi)諾卡氏菌屬(Nocardioides)、龐氏桿菌屬(Pontibacter)、副球菌屬(Paracoccus)、考克氏菌屬(Kocuria)和Rufibacter。其中龐氏桿菌屬為優(yōu)勢(shì)屬。PTYG培養(yǎng)基上分離到6個(gè)屬，分別是土壤球菌屬(Agrococcus)、纖維菌屬(Cellulomonas)、諾爾士菌屬(Knoellia)、溶桿菌屬(Lysobacter)、微枝形桿菌屬和動(dòng)性微菌屬(Planomicrobium)。其中優(yōu)勢(shì)屬為土壤球菌屬和諾爾士菌屬。另外，還從塔克拉瑪干沙漠中分離到一些藻類(lèi)，主要是綠藻和藍(lán)藻，綠藻有Tetranephris、衣藻(Chlamydomonas)、咸胞藻(Brachiomonas)、擬綠囊藻(Chlorosarcinopsis)、月牙藻(Pseudokirchneriella)和小球藻(Chlorella)，藍(lán)藻有束絲藻(Aphanizomenon)、念珠藻(Nostoc)和細(xì)鞘絲藻(Leptolyngbya)。藍(lán)藻可進(jìn)行光合作用，這對(duì)于寡營(yíng)養(yǎng)環(huán)境尤其重要，因?yàn)楣夂献饔脜⑴c了關(guān)鍵的地球化學(xué)循環(huán)，如碳源和氮源的利用以及脅迫反應(yīng)。
石下生微生物在塔克拉瑪干沙漠腹地也常有發(fā)現(xiàn)，這些微生物可以通過(guò)巖石的遮蔽降低對(duì)熱的應(yīng)激且防止紫外線(xiàn)輻射。石下生微生物能夠定殖的巖石大多是透明或半透明的，這為光能自養(yǎng)的石下微生物提供了能源。末端限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(T-RFLP)、變性梯度凝膠電泳(DGGE)指紋圖譜和16S rRNA基因測(cè)序等研究方法的結(jié)果表明，塔克拉瑪干沙漠的石下生微生物中的生產(chǎn)者主要是藍(lán)藻菌門(mén)，其中擬甲色球藻(Chroococcidiopsis)最常見(jiàn)。異養(yǎng)細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌來(lái)自于酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)、放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)、變形菌門(mén)(Proteobacteria)和異常球菌-棲熱菌門(mén)(Deinococcus-Thermus)。Pointing等通過(guò)用培養(yǎng)基分離菌株發(fā)現(xiàn)了異常球菌屬。其他沙漠石下生微生物的報(bào)道已有很多，如莫哈維沙漠、內(nèi)蓋夫沙漠和納米布沙漠。研究表明，石下生微生物的多樣性與液體可利用水成正相關(guān)，而與溫度和降雨量無(wú)關(guān)。
將采集于塔克拉瑪干沙漠沙丘頂部的樣品，使用16S rRNA基因測(cè)序方法，對(duì)微生物群落組成進(jìn)行探究。測(cè)序結(jié)果表明，共有413個(gè)屬，15個(gè)門(mén)，優(yōu)勢(shì)菌門(mén)是擬桿菌門(mén)、變形菌門(mén)、放線(xiàn)菌門(mén)和厚壁菌門(mén)(Firmicutes)。研究表明沙子土壤的C/N比與細(xì)菌群落顯著相關(guān)，而pH與細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)沒(méi)有相關(guān)性。
塔克拉瑪干沙漠周邊的微生物群落組成
從塔克拉瑪干沙漠北部的胡楊林土壤分離的菌株屬于放線(xiàn)菌門(mén)、厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)和變形菌門(mén)的11個(gè)屬，這些菌株具有固氮作用。在植物根部(紅柳、胡楊、沙棘和駱駝刺)土樣中共分離出10種芽胞桿菌屬(Bacillus)菌株，分別是萎縮芽胞桿菌(Bacillusatrophaeus)(3.15%)、枯草芽胞桿菌(Bacillussubtilis)(15.74%)、地衣芽胞桿菌(Bacilluslicheniformis)(2.66%)、巨大芽胞桿菌(Bacillusmegaterium)(14.78%)、蠟樣芽胞桿菌(Bacillusscereus)(1.69%)、嗜堿芽胞桿菌(Bacillusalcalophilus)(8.28%)、Bacillusfirmus(4.84%)、簡(jiǎn)單芽胞桿菌(Bacillussimplex)(0.24%)、球形芽胞桿菌(Bacillussphaericus)(0.24%)和短小芽胞桿菌(Bacilluspumilus)(48.43%)。在南緣的植物根際土壤中分離出放線(xiàn)菌24個(gè)屬，分別為擬諾卡氏菌屬(Nocardiopsis)、鏈霉菌屬(Streptomyces)、考克氏菌屬、分支桿菌屬(Mycobacterium)、類(lèi)諾卡氏菌屬、節(jié)桿菌屬、土壤球菌屬、假諾卡氏菌屬(Pseudonocardia)、喬治菌屬(Georgenia)、糖單孢菌屬(Saccharomonospora)、微球菌屬(Micrococcus)、諾卡氏屬(Nocardia)、小球菌屬(Microbacterium)、產(chǎn)絲菌屬(Myceligenerans)、迪茨氏菌屬(Dietzia)、短狀桿菌屬(Brachybacterium)、原小單胞菌屬(Promicromonospora)、紅球菌屬(Rhodococcus)、棒狀桿菌屬(Corynebacterium)、Nonomurae、小單胞菌屬(Micromonospora)、Jiangella、馬杜拉放線(xiàn)菌屬(Actinomadura)和疣孢菌屬(Verrucosispora)，優(yōu)勢(shì)屬為擬諾卡氏菌屬和鏈霉菌屬。在很多沙漠中放線(xiàn)菌門(mén)都是優(yōu)勢(shì)菌門(mén)，比如阿塔卡瑪和納米布沙漠。放線(xiàn)菌在干旱環(huán)境中作為優(yōu)勢(shì)門(mén)是不足為奇的，因?yàn)樗鼈兙哂挟a(chǎn)孢能力、廣泛的代謝和降解能力，具有次生代謝物合成和多重紫外修復(fù)機(jī)制。
采用構(gòu)建克隆文庫(kù)和T-RFLP兩種方法對(duì)塔克拉瑪干沙漠的無(wú)植被沙漠土壤以及胡楊林根際土壤中固氮微生物nifH的基因多樣性進(jìn)行測(cè)定，表明固氮微生物主要是α-變形菌綱(Alpha-proteobacteria)。沙漠中微生物可以通過(guò)基因轉(zhuǎn)移從而進(jìn)行固氮，比如擬桿菌門(mén)的Pontibacter通過(guò)從α-變形菌綱的菌株獲得nifH基因，從而進(jìn)行固氮。
在塔克拉瑪干沙漠的北緣和南緣共采集了18份樣本，采用宏基因測(cè)序方法測(cè)定微生物的群落結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，微生物群落主要以細(xì)菌為主，占微生物群落的89.72%，真菌、古菌和病毒分別占0.71%、7.36%和2.21%。優(yōu)勢(shì)菌門(mén)包括變形菌門(mén)(36.50%～37.98%)、放線(xiàn)菌門(mén)(30.44%～37.5%)、厚壁菌門(mén)(5.53%～6.63%)。另外，擬桿菌門(mén)、異常球菌-棲熱菌門(mén)、螺旋體門(mén)(Spriochaeats)和浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)也是優(yōu)勢(shì)菌門(mén)。古菌和真菌的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)分別是廣古菌門(mén)(Euryarchaeota)和子囊菌門(mén)(Ascomycota)。優(yōu)勢(shì)菌綱是放線(xiàn)菌綱(Actinomycetia)、α-變形菌綱、β-變形菌綱(Beta-proteobacteria)、γ-變形菌綱(Gamma-proteobacteria)、δ-變形菌綱(Deltaproteobacteria)、擬桿菌綱(Bacteroidetes)、嗜鹽菌綱(Halobacteria)、芽胞桿菌綱(Bacillibacteria)、梭菌綱(Clostrida)和異常菌綱(Deinococci)。優(yōu)勢(shì)屬為鏈霉菌屬、棒狀桿菌屬、分支桿菌屬、擬諾卡氏菌屬、假單胞菌屬(Pseudomonas)、戈登氏菌屬(Gordonia)、伯克霍爾德菌屬(Burkholderia)、擬無(wú)枝酸菌屬(Amycolatopsis)、紅球菌屬和放線(xiàn)菌屬(Actinomyces)。
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