不同季节不同风化程度矿物表生可培养钾矿物分解细菌多样性研究

摘要

矿物微生物相互作用是地球上广泛发生的一种地质作用，主要包括微生物对矿物的风化作用、成矿作用以及矿物对微生物的影响。微生物对硅酸盐矿物的风化作用是矿物微生物相互作用研究的热点，风化作用的机制包括酸解作用，螯合作用，胞外多聚物作用，氧化还原作用和细胞的机械破坏作用等。能够高效风化硅酸盐矿物并释放其中硅、钾等元素的细菌被称为钾矿物分解细菌。
　　 目前报道的钾矿物分解细菌涵盖8个菌门，20多个菌属，已经成为一个范围广泛的功能微生物类群。对钾矿物分解细菌多样性的进一步研究，有助于加深对硅酸盐矿物风化作用的认识，丰富钾矿物分解细菌的物种和基因库，也为生物肥料的进一步发展提供理论依据和菌种来源。
　　 南京龙山钾矿区具有典型的硅酸盐矿物类型和显著的风化特征，是研究钾矿物分解细菌多样性的理想地点。本文分别在2009年4月，8月和11月从龙山钾矿区采集4种表观风化程度不同的矿物样品，并对样品进行了SEM、EDX、XRD分析和理化性质测定，结果表明采集的四种矿物样品之间在微观特征和理化性质方面存在着明显的风化进程差别，反映了钾矿物分解细菌生存环境的多样。并从采集到的矿物样品中分离筛选到表生可培养钾矿物分解细菌105株。
　　 对钾矿物分解细菌的形态特征、生理生化特性以及温度、pH、盐浓度、重金属和抗生素等环境条件对菌株的影响作了研究，结果表明龙山钾矿物分解细菌呈现出显著的生理代谢多样性。利用基于细菌16S rDNA序列的系统发育方法研究不同季节钾矿物分解细菌的遗传和物种多样性。结果显示不同季节龙山钾矿物分解细菌群落结构均具有明显的多样性，多样性指数分析表明龙山钾矿物分解细菌多样性水平8月>4月>11月，季节因素对多样性的影响显著。101株钾矿物分解细菌分布于Firmicutes，Actinobacteria，a-，β-，γ-Proteobacteria五个菌群；Bacillus、Paenibacillus、Brevibacillus、Arthrobacter、Sphingomonas、Burkholderia、Rhodococcus、Serratia、Leifsonia、Mitsuaria、Duganella、Pantoea和Dyella13个菌属的28个不同的种，具有显著的物种多样性。其中Firmicutes菌门，特别是Bacillus菌属占到多数，是龙山钾矿物分解细菌的优势种群。此外，Brevibacillus(短短芽孢杆菌属)、Rhodococcus(红球菌属)、Serratia(沙雷氏菌属)、Leifsonia、Mitsuaria和Duganella(杜擀氏菌)六个菌属的钾矿物分解细菌本文为首次报道。
　　 选取三株钾矿物分解细菌Bm，Bp、Pp作为供试菌株进行了摇瓶条件溶解硅酸盐矿物的试验。试验表明菌株Bp产酸能力较强，但不具有产多糖和铁载体能力。菌株Bm和Pp产酸能力较弱，但是分别具有较强的产铁载体和产多糖能力。通过对试验第7d发酵液中元素溶出情况的测定发现，溶解矿物能力菌株Bm>Pp>Bp。说明龙山钾矿物分解细菌风化含钾硅酸盐矿物的机制多样，同时也能说明多种风化机制共同作用下风化效果更好。