论文部分内容阅读
冰川生态系统包含了大部分地球上的微生物及对环境条件变化作出响应的生物过程。冰川表面积雪中,细菌来源和分布主要受全球大气环流和冰川周围环境条件的影响。采用同一研究方法同时对多个冰川表面积雪中细菌群落结构进行比较,并探索其分布特征形成机制的报道还很少。本研究以中国境内新疆地区的木斯岛冰川(MSD)、帕米尔高原边缘的慕士塔格冰川(MZ)、青藏高原东南部的扎当冰川(ZD)和玉龙冰川(YL),四个不同空间的冰川雪坑样品为研究材料,采用构建细菌16S rRNA基因克隆文库的方法对不同空间冰川雪坑中细菌群落结构和细菌来源组成的变化进行了研究。实验主要得到以下结果：1.不同冰川雪坑中主要离子浓度积雪中主要离子浓度测量结果显示,不同冰川之间主要离子浓度的变化规律并不相同。不同雪坑中微粒(1YL>MZ>MSD,其中ZD中的微粒、Na+和Cl-浓度分别为MSD中的9倍、14倍和4倍以上；而Ga2’离子浓度在YL和MZ中较高,在MSD和ZD中较低。2.细菌群落多样性四个冰川雪坑样品构建了25个细菌16S rRNA基因克隆文库,共得到175个OTU。结果显示：同一雪坑不同深度样品之间OTU数目和多样性指数(Shannon指数)分析表明,同一雪坑不同深度处样品之间细菌群落多样性大小差异较大；而不同雪坑之间OTU数目变化较大但多样性指数差异不显著。结果表明不同冰川雪坑之间细菌群落多样性差异小于同一雪坑内的差异。3.细菌群落组成细菌16S rRNA基因克隆文库分析结果表明,不同冰川雪坑之间细菌群落组成具有显著差异。(1)NMDS分析结果显示：四个冰川雪坑之间细菌群落组成具有显著差异。聚类分析结果显示：四个雪坑所有样品的细菌群落组成分为两个cluster,分别包含来自新疆冰川雪坑的样品(MSD),和来自青藏高原冰川(ZD、YL)及其边缘冰川(MZ)的样品。上述结果表明：不同冰川雪坑之间细菌群落组成在整体水平上具有显著差异,而同一雪坑样品之间的细菌群落整体组成更相似,不同冰川雪坑之间细菌群落组成的差异大于同一冰川雪坑内的差异。(2)四个冰川雪坑细菌群落在门水平上共划分为12个类群,其中Betaproteobacteria(56.66%～63.37%)和Bacteroidetes(21.48%～34.69%)占据主导优势Betaproteobacteria从MSD到YL逐渐增多,Bacteroidetes从MSD到YL逐渐减少。Alphaproteobacteria在ZD、MZ和YL中较多,其相对丰度在ZD中最高(10.80%),而在MSD中最少(2.18%)。其余几个类群在各冰川雪坑中所占比例均较低,如Cyanobacteria (MSD中仅为0.30%,MZ中为2.97%),Firmicutes(MSD中仅为0.22%,YL中为3.48%),而Deinococcus-Thermus仅在MSD和MZ中出现,Chloroflexi与Acidobacteria为MZ特有类群。(3)细菌群落属水平组成分析显示：四个冰川雪坑可鉴定属有22个,其在MSD、MZ、ZD和YL中的比例分别为48.17%、44.22%、45.82%和63.82%,其中9个属在各冰川雪坑中均有分布,优势属均隶属于Betaproteobacteria。MSD中Polaromonas (24.72%)和Methylibium (10.08%)为优势属；MZ中Duganella (11.77%)和Polaromonas(9.85%)所占比例均较高；ZD中Polaromonas (25.51%)占据绝对优势；YL中Duganella和Polaromonas为优势属,所占比例都较大,分别为23.58%和22.58%。Bacteroidetes多为不可鉴定细菌,唯一的可鉴定属Flavobacterium在四个冰川雪坑中所占比例差异较大(MZ：8.21%；YL：3.99%；MSD：1.22%;ZD：0.86%)。(4)四个冰川雪坑中细菌的群落组成在OTU水平上差异显著。约1/4(40/175)的OTU在四个冰川雪坑中同时出现,其中Betaproteobacteria (24/80)和Bacteroidetes (8/42)中所占OTU数居多。57个代表性OTU所占比例分别为：YL,88.23%；ZD,86.48%；MZ,78.94%；MSD,76.60%。不同冰川雪坑中代表性OTU的相对丰度变化较大,例如：gls146(5.22%)和gls252(3.87%)仅在MSD中出现,gls11(8.05%)和gls82(14.08%)在MSD中相对比例较高,但在其它三个冰川雪坑中所占比例不足1%;gls176(2.73%)仅在MZ中出现,gls19在MZ中所占比例高达11.56%,而在其它雪坑中均低于0.6%;同样,gls107、gls54和gls25在ZD中相对丰度较大(3.98%、4.17%和3.78%),而在其它三个雪坑中的比例都较低。4.细菌来源组成细菌来源组成分析结果表明,四个冰川雪坑细菌来源组成不同。四个冰川雪坑中绝大多数细菌(44.04%～63.82%)与寒冷环境相关,其中MSD中寒冷环境来源的细菌(63.82%)在四个冰川雪坑中最多,其它来源的细菌在不同冰川雪坑中所占比例不同,例如YL(20.72%)和MZ(14.63%)较其它两个雪坑有更多土壤来源的细菌。YL中受污染环境来源的细菌所占比例(30.30%)明显高于其它三个冰川(18.17%～19.69%)。综上所述,不同冰川雪坑之间细菌群落多样性、细菌群落组成和细菌来源组成具有明显的空间变化。不同冰川之间主要离子浓度的变化规律并不相同；当地因素对冰川表层雪中细菌群落多样性的影响大于区域因素对其的影响,细菌群落组成则主要受区域因素影响。