云母矿区不同生态环境中可培养矿物分解细菌对黑云母的风化作用及其种群结构研究

摘要

微生物广泛分布于各种地质环境中，几乎参与了从地球表面到地下深部岩石圈中所有的地质地球化学过程，在推动地球生物化学元素循环过程中起着重要作用。本论文研究不同风化程度云母片岩和矿区优势植物的根际和非根际土壤可培养细菌矿物风化效应和矿物风化细菌种群结构及其影响因素，探究云母矿区不同生态环境中矿物风化细菌矿物风化能力和种群结构的差异，为研究矿物一细菌相互作用机制及细菌在矿物风化和土壤形成过程中的作用提供实验依据和材料。
　　本论文采集安徽省宿松县云母矿区不同生态环境中的云母片岩和优势植物根际和非根际土壤样品，采用平板培养技术分离到367株细菌菌株（其中从岩石样品中分离到271株细菌，从土壤样品中分离到96株细菌）。矿物风化试验表明，分离自高、中、低风化程度的云母片岩和分离自植物根际和非根际土壤中的矿物风化细菌的比例分别是90％、89％、80％、72％和69％。矿物风化细菌16S rRNA基因序列分析表明，分离自云母片岩的矿物风化细菌为15个菌属。Bacillus和Ochrobactrum是优势菌属。Bacillus，Burkholderia，Ochrobactrum，Paenibacillus为三种不同风化程度岩石样品共有菌属;Brevibacillus，Curtobacterium，Sinomonas为高风化样品的特有菌属;Arthrobacter，Chitinophaga，为中风化样品的特有菌属;Cellulosimicrobium，Flavobacterium，Rhizobium为低风化样品的特有菌属;分离自根际土矿物风化细菌包括Acinetobacter，Bacillu，Burkholderia和Paenibacillus;非根际土矿物风化细菌包括Bacillus,Burkholderia,Ochrobactrum,Paenibacillus。
　　为了进一步探究细菌风化黑云母的作用，选取了四株细菌进行了摇瓶风化黑云母的动态试验。结果表明，四株细菌都具有风化黑云母的能力，其中分离自低风化样品的菌株L307风化黑云母的能力最强;细菌主要通过产生有机酸来分解矿物，在低营养培养基中，菌株产生的有机酸主要是酒石酸、草酸、柠檬酸和丁二酸，而在营养较丰富的培养基中菌株产生的有机酸主要是草酸、柠檬酸和丁二酸，菌株风化黑云母的能力与其产有机酸的能力呈正相关。另外，在低营养培养基中，菌株释放的Si，Al，Fe，K分别比对照增加1.9-3.5，7-13，20-105和3.5-6.4倍;而在营养较丰富的培养基中菌株释放的Si，Al，Fe，K分别比对照增加1.5-2.2，5-12，11-69和3.7-5.7倍。
　　对矿物风化细菌M327菌株可能的新种进行了生理生化和分子遗传学鉴定，发现该菌株与同属的Paenibacillus terrigena A35T and Paenibacillus selenitireducens ES3-24T的16S rRNA基因序列的同源相似性分别为98.6％和98.3％;该菌株的甲基萘醌为MK-7，其脂肪酸主要有anteiso-C15∶0，iso-C16∶0，anteiso-C17∶0，极性脂主要包括极性磷脂酰甘油、磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、氨基磷脂;其DNA的G+C摩尔百分含量为48.6％，与Paenibacillus terrigena A35T and Paenibacillus selenitireducens ES3-24TDNA-DNA杂交的同源性分别为33.1％和26.6％，根据以上结果，提议菌株M327为Paenibacillus属的一个新种，将其命名为Paenibacillus susongensis sp.nov.。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

第一节 矿物分解细菌种群结构的研究进展

1 矿物分解细菌的研究进展

2 矿物分解细菌种群结构的研究内容和方法

3 研究微生物对矿物风化作用的意义

第二节 微生物参与矿物风化作用的研究进展

第三节 立题依据与研究意义

第二章 云母片岩可培养矿物分解细菌的种群结构及其对黑云母风化作用的研究

第一节 云母片岩中高效矿物分解细菌的分离筛选及其种群结构的研究

1 材料

2 方法

3 结果与分析

第二节 细菌风化黑云母的效果及其机制研究

1 材料

2 方法

3 结果与分析

4 讨论

5．小结

第三章 优势植物根际和非根际土中可培养矿物分解细菌种群结构及其对黑云母风化作用的研究

1 材料

2 方法

3 结果与分析

3．1 样品的采集

3．2 样品理化性质

3．3 样品表生可培养细菌的分离纯化

3．4 高效分解云母矿物细菌的筛选

3．6 可培养矿物分解细菌的种群结构

4．讨论

5．小结

第四章 云母风化细菌M327的分类学地位研究

1 材料

1．1 菌株来源

1．2 试剂

2 方法

2．1 菌株形态观察

2．2 菌株的API鉴定系统的测定

2．3 菌株的生理生化特性测定

2．4 菌株系统发育

2．5 菌株的极性脂成分测定

2．6 菌株的脂肪酸成分测定

2．7 菌株的醌型分析

2．8 菌株总DNA的G+C mol％的测定

2．9 菌株DNA-DNA同源性的测定

3 结果与分析

3．1 菌株的形态观察

3．2 菌株的生理生化特性

3．3 菌株的系统发育

3．4 菌株的极性脂成分

3．5 菌株的脂肪酸成分

3．6 菌株的醌型

3．7 菌株总DNA的G+C mol％的测定

3．8 菌株DNA-DNA同源性的测定

4 讨论

5．小结

全文总结

研究展望

附录

本文创新之处

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢