天山一号冰川前沿环境古菌及冻土活动层甲烷菌群落的分布格局研究

摘要

目的:冰川底部沉积层的环境相对隔离,其退缩前沿环境有鲜明的时间序列演替性,这种地理生境为我们研究和了解较少受到人类活动影响的原始生态系统中生物的演替过程、地理格局、功能类群的生态效应及其对全球变化的区域响应提供了绝佳的自然条件。阐明冰川环境中的微生物既有助于研发低温微生物技术,也为了解冰川底部沉积层的低温环境中发生的生物地球化学过程提供了基础资料。
　　方法:本研究采用PCR方法克隆甲烷菌pmoA基因,通过测序、序列分析、建立系统发育树,分析不同土样中甲烷氧化菌的群落的结构组成;采用高通量测序技术和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术,经测序、序列分析、建立系统发育树,分别对冰川前沿环境的古菌及高山草甸冻土活动层的古菌群落结构分布进行了分析。
　　结果:本研究针对天山一号冰川开展相关工作,研究结果如下:
　　1.天山一号冰川前沿共得到51个OTU。系统发育结果显示,天山一号冰川前沿的高山草甸冻土活动层中检测序列代表的甲烷氧化细菌中,绝大部分为迄今仍然不可培养的类群,包括UplandSoilClusterα(USCα)、UplandSoilClusterγ(USCγ)、Cluster1(CL1)三类,其中UplandSoilClusterγ(USCγ)、Cluster1(CL1)是优势类群,隶属于UplandSoilClusterγ(USCγ)的OTU数占50％以上,而UplandSoilClusterα(USCα)类群只检测到4个OTU。
　　2.冰川前沿环境中存在一定丰度的古菌,但总体上丰度较低。对天山一号冰川前沿环境古菌群落结构分析发现,随着前沿环境时间序列,古菌的多样性总体上是增加的。在冰川前沿我们也检测到了部分隶属于Halobacteriaceae、Methanosarcinaceae、Methanobacteriaceae的广古菌序列。其中盐杆菌科Halobacteriaceae的序列丰度,在冰川前沿早、中期土壤中丰度比例明显较晚期成熟土壤高。这可能与早起土壤主要是裸露的冰碛物,无机盐成分较高,为盐杆菌的生存提供了更有利的条件。目前已有证据表明,group1.1b、group1.1c类群广泛存在于农田、森林等土壤中,属于中温泉古菌,在土壤氮素的硝化作用中发挥重要功能。
　　3.草甸土垂直取样初步分析显示,不同土层中也以泉古菌(Crenarchaeota)占绝对优势。在垂直土层中,只在冻土活动层表层、亚表层检测到了广古菌。
　　结论:天山一号冰川前沿的高山草甸冻土活动层中检测序列代表的甲烷氧化细菌中,绝大部分为迄今仍然不可培养的类群。冰川环境中古菌的多样性较低,在整个冰川底部及退缩环境中,以泉古菌(Crenarchaeota)占绝对优势,广古菌(Euryarchaeota)在冰川底部沉积层以及冰川初始退缩环境、及土壤中间发育阶段(约60-80年)的土壤中丰度较高,而在距离冰川较远的高山草甸较成熟土壤中丰度很低。草甸土垂直取样初步分析显示,不同土层中也以泉古菌(Crenarchaeota)占绝对优势。在垂直土层中,只在冻土活动层表层、亚表层检测到了广古菌。分析结果显示,在冰川前沿环境存在的广古菌中,存在一定丰度的产甲烷古菌和嗜盐杆菌,后者尤其在冰川初始退缩环境较丰富。由于古菌可培养菌株数量极少,目前采用分子生物学获得的大部分古菌基因序列无法明确归属于具体的分类单元,对其生态学作用的评价几乎了解很少,有待更深入研究。

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缩略词表

第一章 文献综述

1.1 古菌多样性及其生态分布

1.2. 冻土中的甲烷菌群

1.3冻土中甲烷的循环

1.4 研究意义

1.5 本课题的主要研究内容

1.6本课题的研究路线

第二章 天山一号冰川冻土活动层甲烷氧化菌群落的垂直分布

2.1 试验材料和仪器

2.2 实验方法

2.3 结果与分析

2.4 本章小结

第三章 天山一号冰川前沿环境古菌群落的演替格局

3.1 材料与方法

3.2数据处理

3.3.结果与分析

3.4 讨论

3.5 本章小结

第四章 天山一号冰川前沿冻土活动层古菌垂直分布格局

4.1 材料

4.2 试验方法

4.3. 结果与分析

4.4 讨论

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2 展望

5.3 本文的主要创新点

参考文献

致谢

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