大小興安嶺地區(qū)細(xì)菌多樣性調(diào)查分析（word版）

1、 精編范文 大小興安嶺地區(qū)細(xì)菌多樣性調(diào)查分析溫馨提示：本文是筆者精心整理編制而成，有很強(qiáng)的的實(shí)用性和參考性，下載完成后可以直接編輯，并根據(jù)自己的需求進(jìn)行修改套用。大小興安嶺地區(qū)細(xì)菌多樣性調(diào)查分析 本文關(guān)鍵詞：細(xì)菌, 大小, 地區(qū), 分析, 興安嶺大小興安嶺地區(qū)細(xì)菌多樣性調(diào)查分析 本文簡介：摘要：細(xì)菌作為微生物中的重要組成部分,在有機(jī)質(zhì)的形成與分解、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡、促進(jìn)動植物發(fā)育等多方面都有著重要作用。20_–20_年,我們采用常見培養(yǎng)基分離純培養(yǎng)法及16SrRNA基因序列分析方法對大小興安嶺地區(qū)土壤可培養(yǎng)細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)和多樣性進(jìn)行了調(diào)查研究。結(jié)果表明:從大小興安嶺大小興安嶺地區(qū)細(xì)

2、菌多樣性調(diào)查分析 本文內(nèi)容：摘 要：細(xì)菌作為微生物中的重要組成部分,在有機(jī)質(zhì)的形成與分解、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡、促進(jìn)動植物發(fā)育等多方面都有著重要作用。20_–20_年,我們采用常見培養(yǎng)基分離純培養(yǎng)法及16S rRNA基因序列分析方法對大小興安嶺地區(qū)土壤可培養(yǎng)細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)和多樣性進(jìn)行了調(diào)查研究。結(jié)果表明:從大小興安嶺地區(qū)的17個自然保護(hù)區(qū)內(nèi)不同生境的土壤中分離獲得3,180個菌株,隸屬于24屬120種。其中,芽孢桿菌屬(Bacillus)的種數(shù)和株數(shù)最多,分別為38種和2,419株,是大小興安嶺地區(qū)可培養(yǎng)細(xì)菌的絕對優(yōu)勢類群(占總株數(shù)的76.1%);其次是短桿菌屬(Brevibacter

3、ium)(13.0%)。大興安嶺地區(qū)的物種數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)高于小興安嶺地區(qū)。優(yōu)勢類群芽孢桿菌屬的枯草芽孢桿菌(B.subtilis)、蘇云金芽孢桿菌(B.thuringiensis)、巨大芽孢桿菌(B.megaterium)等有重要的生產(chǎn)及科學(xué)研究價值。關(guān)鍵詞：大興安嶺; 小興安嶺; 細(xì)菌多樣性; 純培養(yǎng); 16S rRNA; 芽孢桿菌屬;Abstract：As an important part of all microorganisms, bacteria play a vital role in the formation and decom

4、position of organic matter, the maintenance of ecosystem balance and the promotion of both animal and plant development. Here, the community structure and population diversity of culturable soil bacteria in the Greater and Lesser Khinggan Mountains were studied from 20_ to 20_ using the culture-depe

5、ndent 16 S rRNA sequencing method. Three thousand one hundred eighty bacterial strains were isolated from different habitats across 17 nature reserves in the Greater and Lesser Khinggan Mountains. Twenty-four genera and 120 species were identified from the specimens. Among them, Bacillus had the lar

6、gest number of species and strains, 38 and 2,419, respectively. Bacillus was the dominant genus(76.1%) for this culture of bacteria from the Greater and Lesser Khinggan Mountains, followed by Brevisbasillus(13.0%). The species number, Simpson diversity index and Shannon-Wiener index were higher in t

7、he Greater Khinggan Mountains than the Lesser Khinggan Mountains. The subsequent analysis of the dominant genus of Bacillus showed that B. subtilis, B. thuringiensis and B. megaterium were important for the local economy and future scientific research.Keyword：the Great Khinggan Mountains; the Lesser

8、 Khinggan Mountains; bacterial diversity; pure culture; 16S rRNA; Bacillus;作為生態(tài)系統(tǒng)中的重要組分,微生物在自然界的物質(zhì)與能量循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)的演替以及生物多樣性的維持中發(fā)揮著重要的生態(tài)功能(郭良棟,20_)。細(xì)菌在營養(yǎng)元素循環(huán)利用、改善生態(tài)環(huán)境、有機(jī)質(zhì)的分解、植物的生長發(fā)育及病蟲害防治等很多方面都有著重要作用(柳春林等,20_)。細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異是反映區(qū)域生態(tài)差異及變化規(guī)律的有效指標(biāo),可用于對生態(tài)系統(tǒng)功能進(jìn)行科學(xué)合理的評估。隋心等(20_)通過對施氮小葉章(Deyeuxia angustifolia)濕地的細(xì)菌多樣性進(jìn)

9、行研究,來預(yù)測大氣氮沉降對土壤微生物的影響。羅菲等(20_)研究發(fā)現(xiàn)野生稻種的根際有著豐富的可促進(jìn)植物生長的資源性細(xì)菌。細(xì)菌可以吸收固定環(huán)境中的重金屬離子,在抗金屬污染方面也發(fā)揮著重要的作用(Stefanowicz et al,20_)。因此,對某一特定區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)菌多樣性研究有著重要的意義。大小興安嶺地區(qū)位于我國最北部,是我國面積最大的原始林區(qū),森林覆蓋率高達(dá)66.54%,大小河流1,500多條,含有多種生態(tài)功能區(qū)(森林、濕地、草甸、草原等)。大小興安嶺地區(qū)位于溫帶和寒溫帶的過渡地帶,其特殊的地理位置及自然條件使得這一區(qū)域有著豐富的生物資源。受過度砍伐、土地開發(fā)及全球氣候變暖等多種因

10、素影響,大小興安嶺地區(qū)的生物物種及遺傳多樣性都產(chǎn)生了較大的變化;其中細(xì)菌由于對環(huán)境有較強(qiáng)依賴性和敏感性,其種類多樣性及數(shù)量會受到更大的影響。本文采用稀釋平板法對大小興安嶺地區(qū)的17個自然保護(hù)區(qū)內(nèi)不同生境下的土壤細(xì)菌進(jìn)行分離純化,對其進(jìn)行形態(tài)學(xué)和16S rDNA鑒定和系統(tǒng)發(fā)育分析。擬通過對該地區(qū)細(xì)菌多樣性的系統(tǒng)調(diào)查,進(jìn)一步了解其細(xì)菌資源現(xiàn)狀,為我國東北地區(qū)菌類資源的開發(fā)、保護(hù)和可持續(xù)利用以及科學(xué)合理地制定保護(hù)和利用自然資源的政策提供參考。1、材料與方法1.1、研究區(qū)概況在大小興安嶺地區(qū)內(nèi)沿著兩大山脈選取具有典型代表性的16個國家級自然保護(hù)區(qū)及1個省級自然保護(hù)區(qū)作為研究地點(diǎn)(116°71&

11、prime;′–129°39′′E,52°46′′–43°37′′N),各保護(hù)區(qū)的主要植被有:闊葉林(蒙古櫟(Quercus mongolica)、白樺(Betula platyphylla)、黑樺(B.dahurica)等)、針葉林(紅松(Pinus koraiensis)、樟子松(P.sylvestris var.mongolica)、落葉松(Larix gmelinii)等)、濕地、季節(jié)性濕地、草地、草甸等。具體生境調(diào)查概況見表1。1.2、研究方法1.2.1

12、、采樣方法在20_–20_年,以大小興安嶺地區(qū)的國家級自然保護(hù)區(qū)為中心,對林區(qū)、草原、濕地等生境,分季節(jié)按照不同林地類型進(jìn)行土壤樣品采集。按照樣地面積大小確定采樣點(diǎn)數(shù)并隨機(jī)布點(diǎn),取樣深度為0–10 cm,每個點(diǎn)取0.5 kg左右土樣。將多點(diǎn)所取樣品充分混合,取混合土樣裝入無菌袋中,低溫保存并帶回。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)去除樣品中石塊、較粗的根系等雜物,并過2 mm篩子,4冷藏,隨即進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)分離,剩余土壤樣品–20冰箱保存。1.2.2、細(xì)菌分離鑒定采用稀釋平板法從土壤中分離培養(yǎng)細(xì)菌:將樣品制備成不同梯度的土壤稀釋液后分別涂布于4種不同培養(yǎng)基(營養(yǎng)肉湯、血液瓊脂、牛肉膏

13、蛋白胨、豆粉)平皿上(郝士海,1992),每個梯度3個重復(fù),37恒溫培養(yǎng)1–4 d;待菌落長出后進(jìn)行純化分離,直至鏡檢為單一形態(tài)為止。對所得單一菌株進(jìn)行命名并制成終濃度20%甘油菌,–20保存以備鑒定和測定。將分離得到的菌株進(jìn)行液體培養(yǎng),并進(jìn)行菌液基因組DNA提取,16S rDNA基因序列擴(kuò)增選用通用引物27F(5′–AGAGTTTGATCCTGGCTCAG–3′)和1492R(5′–GGTTACCTTGTTACGACTT–3′),PCR擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)1%凝膠電泳檢測并回收,回收

14、產(chǎn)物送至蘇州金唯智生物科技有限公司進(jìn)行測序。1.2.3、統(tǒng)計分析序列經(jīng)DNAman 6.0拼接后,在NCBI網(wǎng)站(/)分別進(jìn)行Blast比對,確定分離菌株種類;基于大小興安嶺各樣地菌株所屬類群及細(xì)菌分離來源,計算不同樣地土壤細(xì)菌的多樣性指數(shù)(孔凡洲等,20_)。其中,Pi=Ni/N,Ni是第i屬的菌株數(shù);N為全部屬的菌株數(shù)之和;S為群落中的總物種數(shù)。2、結(jié)果2.1、大小興安嶺地區(qū)可培養(yǎng)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)采用純化培養(yǎng)方法,對大小興安嶺地區(qū)內(nèi)17個自然保護(hù)區(qū)環(huán)境土樣中的細(xì)菌進(jìn)行劃線分離培養(yǎng),共獲得3,180株細(xì)菌純培養(yǎng)物。菌株的16S rDNA序列信

15、息顯示,這些菌株歸屬于24屬120種。24個屬分別是:氣單胞菌屬(Aeromonas)、不動桿菌屬(Acinetobacter)、檸檬酸桿菌屬(Citrobacter)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、短芽孢桿菌屬(Brevibacillus)、短桿菌屬(Brevibacterium)、布丘氏菌屬(Buttiauxella)、纖維菌屬(Cellulosimicrobium)、異常球菌屬(Deinococcus)、脫硫孤菌屬(Desulfovibrio)、腸桿菌屬(Enterobacter)、泛菌屬(Erwinia)、假單胞桿菌屬(Fictibacillus)、類腸桿菌屬(Lelliottia)

16、、賴氨酸芽孢桿菌屬(Lysinibacillus)、類芽孢桿菌屬(Paenibacillus)、嗜冷芽孢桿菌屬(Psychrobacillus)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、紅球菌屬(Rhodococcus)、土壤芽孢桿菌屬(Solibacillus)、鏈霉菌屬(Streptomyces)、沙雷氏菌屬(Serratia)、葡萄球菌屬(Staphylococcus)和綠芽孢桿菌屬(Viridibacillus)。其中,芽孢桿菌屬的種數(shù)和株數(shù)最多,分別為38種和2,419株,是大小興安嶺地區(qū)可培養(yǎng)細(xì)菌的絕對優(yōu)勢類群(占總菌株數(shù)的76.1%),其次是短桿菌屬(13.0%)。表1 大小興安嶺

17、地區(qū)樣地概況2.2、大小興安嶺地區(qū)可培養(yǎng)細(xì)菌多樣性指數(shù)在小興安嶺各保護(hù)區(qū)中,涼水地區(qū)的Simpson多樣性指數(shù)、Shannon–Wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)最大,分別為0.626、1.282和0.659(表2)。在大興安嶺各保護(hù)區(qū)中,汗馬、呼中、南甕河、輝河地區(qū)的Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)要高于其他保護(hù)區(qū);紅花爾基的Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)均最小,分別為0.219、0.486和0.302(表3)。整體上看,大興安嶺地區(qū)的Simpson多樣性指數(shù)和Shanno

18、n-Wiener指數(shù)高于小興安嶺地區(qū)。2.3、大小興安嶺芽孢桿菌屬系統(tǒng)發(fā)育分析本研究共分離到2,419株芽孢桿菌屬菌株,占分離總菌株數(shù)的76.1%,由此可見,芽孢桿菌屬為大小興安嶺地區(qū)土壤微生物中的優(yōu)勢菌屬。阿耶波多氏芽孢桿菌(B.aryabhattai)(占芽孢桿菌屬菌種總數(shù)的17.2%)和蠟樣芽孢桿菌(B.cereus)(11.5%)為大小興安嶺芽孢桿菌屬的優(yōu)勢種;巨大芽孢桿菌(B.megaterium)、解淀粉芽孢桿菌(B.amyloliquefaciens)、枯草芽孢桿菌、蘇云金芽孢桿菌、炭疽桿菌(B.anthracis)、蕈狀芽孢桿菌(B.mycoides)、酸快生芽孢桿菌(B.ac

19、idiceler)、簡單芽孢桿菌(B.simplex)、短小芽孢桿菌(B.pumilus)、沙福芽孢桿菌(B.safensis)、地衣芽孢桿菌(B.licheniformis)、堀越氏芽孢桿菌(B.horikoshii)、假蕈狀芽孢桿菌(B.pseudomycoides)和抗根結(jié)線蟲芽孢桿菌(B.toyonensis)為常見種(表4)。表2 小興安嶺地區(qū)細(xì)菌多樣性表3 大興安嶺地區(qū)細(xì)菌多樣性表4 大小興安嶺芽孢桿菌菌株鑒定結(jié)果3、討論3.1、大小興安嶺細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及多樣性土壤微生物是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,是地球化學(xué)循環(huán)的主要驅(qū)動者(Felicia et al,20_;Ren et al,

20、20_;SunBrain,2021)。土壤微生物群落對環(huán)境因素的響應(yīng)機(jī)制較復(fù)雜,可能受氣候,土壤理化性質(zhì)、地上動物及人類活動等多種因素影響(Carnovale et al,20_)。從微生物群落多樣性的生態(tài)格局來看,地上植被類型是影響土壤細(xì)菌群落多樣性的重要因子;土壤微生物的群落組成和活動與植物群落多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性有著密切聯(lián)系(丁新景等,20_;Vezzani et al,20_)。許璐等(20_)對庫姆塔格沙漠北界阿奇克谷地可培養(yǎng)細(xì)菌群落的分布特征研究發(fā)現(xiàn),土壤環(huán)境中的細(xì)菌生物量及群落多樣性與植被群落組成的多樣性成正相關(guān)。蘇潔等(20_)研究認(rèn)為北極新奧爾松地區(qū)不同類型土壤及沉積物的可

21、培養(yǎng)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性也存在差異。對塔吉克斯坦不同類型的可培養(yǎng)細(xì)菌多樣性研究發(fā)現(xiàn),其主要優(yōu)勢菌屬為芽孢桿菌屬,不同土地類型間的細(xì)菌多樣性差異較大(謝汶芝等,20_)。本文為了最大程度地了解大小興安嶺的可培養(yǎng)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),分離鑒定了該區(qū)域內(nèi)具有典型代表性的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的可培養(yǎng)細(xì)菌資源(表1);通過16S rDNA序列Blast比對發(fā)現(xiàn),各生境間群落結(jié)構(gòu)差異不大,共得到24屬120種細(xì)菌;芽孢桿菌屬為絕對優(yōu)勢類群,其次是短桿菌屬。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),大興安嶺地區(qū)的細(xì)菌多樣性高于小興安嶺地區(qū),這可能是由于除森林生態(tài)系統(tǒng)、濕地外,大興安嶺地區(qū)有更多的生境類型且分布較廣,例如草地、沙地、季節(jié)性濕地等。從表3可知

22、,大興安嶺地區(qū)紅花爾基的Simpson和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)均顯著低于其他幾個保護(hù)區(qū),這可能是因?yàn)樵摰貐^(qū)主要優(yōu)勢植被類型為樟子松林,林型單一,林下植被較少。此外,汗馬、南甕河、輝河、呼中地區(qū)的植被多樣性相對較高,其多樣性指數(shù)也較高,說明細(xì)菌多樣性與植被類型的關(guān)系密切。在微生物多樣性的研究中,純培養(yǎng)方法是一種重要的技術(shù)手段,可用于直接獲得菌種資源、微生物的基因序列、形態(tài)、生理特性、代謝功能等信息(PhamKim,20_),但純培養(yǎng)方法具有一定的局限性,不能完全地反映出地域或生境之間微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的差異。蘇進(jìn)進(jìn)等(20_)對可可西里土壤細(xì)菌純培養(yǎng)與免培養(yǎng)的結(jié)果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)

23、,土壤中的一些優(yōu)勢菌并沒有有效分離出來。王光華等(20_)研究發(fā)現(xiàn),不易培養(yǎng)的土壤酸桿菌在各種生境中都有分布,大約占細(xì)菌總量的20%–50%。今后的土壤細(xì)菌多樣性調(diào)查工作還需要針對特定微生物設(shè)計特定培養(yǎng)基以及與多種方法相結(jié)合,彌補(bǔ)傳統(tǒng)培養(yǎng)方法的不足,更全面地了解各種生境下的細(xì)菌多樣性。3.2、大小興安嶺地區(qū)優(yōu)勢類群芽孢桿菌是一類好氧或兼性厭氧并能產(chǎn)生抗逆性芽孢的細(xì)菌,能在極端條件下生存,在多種生境中廣泛分布。趙雅慧等(20_)對山口紅樹林根際土壤細(xì)菌多樣性調(diào)查發(fā)現(xiàn),芽孢桿菌綱的產(chǎn)酶菌株數(shù)最為豐富,芽孢桿菌屬為紅樹林根際土壤的優(yōu)勢屬。成都地區(qū)芽孢桿菌屬的常見種為巨大芽孢桿菌、蠟樣芽孢

24、桿菌、球形芽孢桿菌(Bacillus sphaericus)、短小芽孢桿菌和環(huán)狀芽孢桿菌(B.circulans)(唐志燕等,2005)。本研究中,阿耶波多氏芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌為大小興安嶺芽孢桿菌屬的優(yōu)勢類群?？梢?地域和生境的差異對細(xì)菌群落分布有著重要的影響。芽孢桿菌作為重要的菌物資源,所包含的很多特殊功能菌種可用于降解土壤中難溶的磷、鉀化合物,治理原油污染,防治植物病害,食品加工等(Datta et al,20_;Fira et al,20_;He et al,2021)。在本研究分離鑒定的大小興安嶺可培養(yǎng)細(xì)菌中,芽孢桿菌屬為絕對優(yōu)勢類群,共有38種,菌種種類較豐富,其中有多種菌種具有

25、較高的實(shí)用價值。如枯草芽孢桿菌對番茄有促生長作用(謝越盛等,20_);其產(chǎn)生的蛋白酶是重要的工業(yè)原料,可用于加工生產(chǎn)洗滌劑、乳制品、制藥等(Suberu et al,2021)。解淀粉芽孢桿菌對棉花煙草條紋病毒有很強(qiáng)的拮抗作用,還可以促進(jìn)棉花的生長(Vinodkumar et al,20_)。蘇云金芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌對鱗翅目、鞘翅目、雙翅目類昆蟲及松材線蟲等病蟲害有很好的滅殺作用,是有效的生物農(nóng)藥(MannaaKim,20_;Wei et al,20_;張婉君等,2021)。地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和短小芽孢桿菌可用于降解有機(jī)物、修復(fù)土壤、促進(jìn)植物生長等(趙樹民等,20_;

26、Jayalatha et al,2021;Xie et al,2021)。某些Bt菌株產(chǎn)出的蛋白晶體對人類癌細(xì)胞具有抑制作用(Domanska et al,2021)。甲基營養(yǎng)芽孢桿菌產(chǎn)生的吲哚乙酸對玉米的生長有著顯著促進(jìn)作用(武利勤等,20_)?？梢?芽孢桿菌屬的細(xì)菌在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著重要的作用及廣泛的應(yīng)用價值。大小興安嶺地區(qū)內(nèi)可培養(yǎng)芽孢桿菌屬細(xì)菌多樣性較豐富,通過系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn),還有多種芽孢桿菌屬的細(xì)菌與上述有實(shí)用價值的菌種有著較近的親緣關(guān)系,也可作為重要生物資源用于深入的科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)。參考文獻(xiàn)Carnovale D,Bissett A,Thrall PH,Baker G

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