南极菲尔德斯半岛土壤氮循环细菌的多样性及其特性研究

发布时间：2017-12-10 13:05

  本文关键词：南极菲尔德斯半岛土壤氮循环细菌的多样性及其特性研究

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【摘要】：本研究对从南极菲尔德斯半岛动物聚集区、植物覆盖区和无动植物山坡区采集的14份土壤样品进行了一般可培养细菌、氮循环细菌的分离纯化、形态观察、计数和产酶状况测定;同时对这些分离菌株的氮循环功能活性、功能基因以及16S rDNA的系统发育多样性状况,结合采集土壤的理化性质进行了综合测定与分析。研究结果表明:(1)一般可培养细菌菌落计数结果显示:14份土壤样品中可培养细菌数量的顺序为:动物聚集区土壤(1.9~3.7×10~6CFU/g)植物覆盖区土壤(7.0×10~5~1.7×10~6CFU/g)无动植物山坡土壤(8.3×10~4~6.2×10~5CFU/g)。反映出土壤中动植物的存在与其中的细菌数量有一定关系,且不同类型的动植物对菌数影响也有所差异。MPN法氮循环细菌计数结果显示:14份土壤样品中氨化菌菌数(3.8×10~4~3.1×108MPN/g_(鲜土))反硝化菌菌数(0~3.1×108MPN/g_(鲜土))硝化菌菌数(0~3.5×10~5MPN/g_(鲜土))固氮菌菌数(6.8×102~2.5×10~5CFU/g)。其中,动物聚集区土壤氨化菌菌数为1.1~6.9×107MPN/g_(鲜土),植物覆盖区土壤为6.7×10~6~1.7×108MPN/g_(鲜土),无动植物山坡土壤为3.8×10~4~3.1×108MPN/g_(鲜土);动物聚集区土壤反硝化菌菌数为0~6.4×10~4MPN/g_(鲜土),植物覆盖区土壤反硝化菌菌数为2.2×10~3~2.7×10~6 MPN/g_(鲜土),无动植物山坡土壤反硝化菌菌数为9.8×10~3~3.1×108MPN/g_(鲜土);动物聚集区土壤硝化菌菌数为1.9×102~2.4×10~3MPN/g_(鲜土),植物覆盖区土壤硝化菌菌数为1.2×102~3.4×10~4 MPN/g_(鲜土),无动植物的山坡土壤硝化菌菌数为0~3.5×10~5MPN/g_(鲜土);动物聚集区土壤中固氮菌的菌落数(6.8×102~2.5×10~5CFU/g)无动植物山坡土壤(8.5×102~1.3×10~5CFU/g)和植物覆盖区(7.5×102~5.6×10~3CFU/g)。土壤理化性质测定结果显示:从土壤NH4+-N含量来看,动物聚集区和植物覆盖区的部分土壤样品(E1,E4,A1,A2)的NH4+-N含量较高,同时这些土壤的固氮菌和氨化菌含量也相对较高,表明氨化作用或固氮作用较强。从NO3--N含量来看,部分无动植物区样品(B1、B2、C1)的含量较低,而该区域的反硝化菌数量却相对较多。无动植物区土壤中的硝化菌数量有多有少,其含量与NO3--N含量并不很相符,这可能与该区NH4+-N含量较少有关。(2)形态观察结果表明:分离得到的157株一般可培养细菌、115株氨化菌具有比较高的颜色、菌落形态等多样性,而分离得到的101株固氮菌、67株硝化菌、137株反硝化菌菌落形态却比较单一。(3)一般可培养细菌产酶结果表明:157株分离菌中,有97.5%的菌株产黄原胶酶,81.5%菌株产过氧化氢酶,51.6%菌株产七叶苷酶,36.9%菌株产纤维素酶,22.3%菌株产脂肪酶和酪蛋白酶,8.9%菌株产氧化酶,4.5%菌株产淀粉酶。另外,所有菌株均不产几丁质酶、卡拉胶酶和明胶酶。这些特性菌为今后进一步的应用研究提供了菌株来源。(4)16S rDNA系统发育结果表明:经形态、序列初测等排重后的68株一般可培养细菌代表共分布在5纲(Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Bacilli、Actinobacteria、Flavobacteria)的13个属当中,表明有较大的系统发育多样性;其中Bacilli纲的Staphylococcus属和Gammaproteobacteria纲的Pseudomonas属为优势菌群,分别占68株可培养代表菌的14.7%、16.2%。经排重后的49株固氮细菌代表分别分布在4纲(Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Bacilli)的5属之中,31株硝化细菌代表分布在5纲(Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Bacilli、Actinobacteria)的8属之中,43株反硝化细菌代表分布于Gammaproteobacteria纲的3属之中,40株氨化细菌代表分布于5纲(Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Sphingobacteriia、Actinobacteria、Bacilli)的8属之中,表明菲尔德斯半岛土壤中氮循环细菌具有不同程度的多样性。其中氨化菌和硝化菌的多样性最高,反硝化菌最低;另外,固氮菌、硝化菌、反硝化菌、氨化菌的优势菌群均为Gammaproteobacteria纲的Pseudomonas属。(5)氮循环各菌群功能活性的检测结果表明:67株硝化菌中71.6%有硝化活性(强硝化活性菌有4株),137株反硝化菌中42.3%有反硝化活性(强反硝化活性菌有1株),而115株氨化菌均具有氨化活性,其中强氨化活性菌株占15.7%。(6)氮循环功能基因的PCR检测结果表明:49株固氮分离菌中有37株可扩增出nif H目的条带(采用34F-491R、100F-100R两对引物PCR),除其中一株菌分布在Betaproteobacteria纲Janthinobacterium属外,其余的36株菌均分布在Gammaproteobacteria纲的Pseudomonas属。含nif H基因的菌株在动物聚集区、植物覆盖区、无动植物山坡区的9个样品中均有分布,而动物聚集区的E2样品、植物覆盖区的J4样品、无动植物山坡区的B1、B2、H3样品分离菌中没有nif H基因。31株硝化菌中仅有3株扩增出amo A基因目的条带(用amo A-F~amo A-R引物PCR),其中2株菌分布在Gammaproteobacteria纲的Pseudomonas属中,1株菌分布在Bacilli纲Bacillus属中;这3株菌分布在植物覆盖区的A2和无动植物山坡区的G1样品中。43株反硝化菌中有10株菌可扩增出nar G基因目的条带(用nar G-F~nar G-R引物PCR),它们存在于无动植物山坡区的A1、A2、B1、B2和动物聚集区的D1、E1样品中,且均分布在Gammaproteobacteria纲的Pseudomonas属中。(7)另外研究发现,有7株一般可培养菌、6株固氮菌、1株硝化菌、6株氨化菌与关系最近标准菌株的16S rDNA相似性在97%~98.65%。按照现有国际细菌分类标准,它们具备成为新种的潜在可能,值得采用多相分类手段对其进行详细的分类单元定位。从近几年的文献检索来看,对南极一般微生物的研究较多,而对硝化、反硝化、固氮、氨化等氮循环微生物的研究极少且不系统。本文对南极菲尔德斯半岛一般可培养细菌和氮循环细菌的多样性进行了较为系统的初步研究,不仅对前人的研究做了一定补充,而且为今后更为全面深入的研究提供了基础。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S154.3

【参考文献】

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本文编号：1274534