青藏高原冻土微生物生态学研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 冯虎元 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2005 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 程国栋 |
| 关键词 | 青藏高原 冻土 微生物生态学 嗜冷微生物 耐冷微生物 嗜碱微生物 最佳生长条件 生物技术应用 资源微生物 抗生素 全球变化 冻土退化 活性微生物 |
| 其他题名 | The Study on Microbial Ecology of Qinghai-Tibet Plateau Permafrost |
| 中文摘要 | 冻土是一个独特的土壤生态系统，一方面由于其低温的特性为生命和生命大分子物质的保存提供了较为理想的环境，从而被认为是生于其中的一些生物生长繁殖的"伊甸园"；另一方面，冻土是一种逆境，对于绝大多数生物来说，冻土限制了它们正常的生长、发育和繁殖，冻土是生物圈中主要极端环境之一。冻土形成、发育的特点决定了冻土生态学在理论和实践中的重要意义，因此，近100年来，特别是最近10年来，冻土微生物生态学研究的基础和应用研究取得了长足的进展：（1）、应对全球变化对人类和其它生物可能的危害；（2）、为古气候的重建提供信息；（3）、研究生命进化及极端环境下生物学特性；（4）、为探索诸如火星等外星生命存在的可能性提供线索；（5）、寻找对人类有用特殊基因和嗜冷微生物及其分泌产物（酶和次生代谢物）。青藏高原冻土具有不同于极地的特性，冻土微生物生态学研究的迫切性和重要性不言而喻。本文选择青藏高原中部的两个6米深的冻土钻孔以及地表活动层的冻土为材料，研究了：（1）、青藏高原冻土微生物的多样性与冻土环境之间的关系；（2）、青藏高原冻土中嗜碱微生物的多样性及其特性分析；（3）、全球变化条件下青藏高原冻土融化与微生物多样性关系研究；主要结果如下：使用平板计数法和荧光染色直接计数法对两个6米深钻孔中保存的微生物进行初步培养和总数测定，结果表明，两个钻孔中可以培养的微生物数目在3．6xio6-5．0xioZc刊（colonyormingunits）／gdw之间，微生物细胞总数在3·8x109-1．oXI了cells／gdw之间。随着深度增加，冻土年龄递增，可以培养的和总的微生物数目显著减少。表层冻土属于季节冻土，可培养的微生物种群较多。冻土中微生物数目随深度递减。相关性分析表明，土壤中可以培养的微生物以及总的微生物与土壤的pH值·电导率、总有机质和全氮没有显著的相关关系，而与土壤深度关系密切。恢复的好氧的细菌，在细胞形态上，以不产生芽抱的杆菌为主，没有嗜冷的细菌存在，仅有部分细菌是耐冷的微生物。不同菌种菌株间对不同抗生素的反应存在明显的敏感性差异，这些特性为我们进一步开发冻土微生物资源奠定基础。这两个钻孔的可培养细菌的分子系统分析表明，从青藏高原两望通哩遍塑旦丝型些邂址支冻土钻孔中恢复到了34株不同的细菌，它们分属于a-protcobacteria·B-proteobacteria、Y-proteobacteria、CFB（CytoPhaga-Flexibacter-Bacteroide）、高G＋C革兰氏阳性菌和低G＋C阳性菌。其中3株青藏高原冻土中恢复的细菌属于a－proteobacteria群；2株属于B-proteobacteria群；2株为Y-proteobacteria群；13株属于高G＋c革兰氏阳性菌群；7株为低G＋C阳性菌群；4株属于CytoPhaga－川以ibacter一Bacteroide群。在属和种类水平上，青藏高原冻土中得到的微生物与西伯利亚冻土中微生物的多样性即有相似性又有明显的差异性。考虑到青藏高原冻土中具有较高的pH值土壤盐份可能左右着微生物的多样性和生态学特征，本文的另外一项研究内容以嗜碱微生物为核心展开。从碱性（PH＝9．0）和低温（4℃）条件下恢复的嗜碱菌的数量来讲，青藏高原冻土中嗜碱微生物的数量在1护-105之间，平均1了个CFU／gdw，比使用中性培养基得到的微生物数量少一个数量级。通过传统的形态学、生理生化和165rDNA鉴定表明，挑选的49个碱性菌株以杆形细菌为主，大多数革兰氏染色呈阳性，它们属于高G＋C、低G＋C和a-proteobacteria三个大的类群，可归于如下8个属的12个种：Planococcussp．， nomicrobiumchinense，Arthrobactersp．， 'terenkoniasp．，Brevundimonasbullata，Arthrobactersp．，SPorosarcinamacmurdoensis，BacillussP．。种群的分布和群落的结构组成与土壤的深度没有相关关系。总体上，第二个钻孔得到的嗜碱微生物数量、种类和多度远远大于第一个钻孔和地表样品，说明青藏高原冻土嗜碱微生物分布可能与冻土土壤的空间异质性有关。这些嗜碱菌最适宜的生长温度低于20℃，为耐冷的微生物，从另一个侧面印证了一个普遍的观点，即在冻土和其它土壤中很少有嗜冷细菌存在，真正的嗜冷菌绝大多数分布在深海和低温岩层中。在亲缘关系上，这些嗜碱微生物与低温冷冻、盐湖、深海、高pH值以及污染土壤等极端环境有关，这说明青藏高原冻土中微生物群落结构的复杂性和多样性起源，以及与其它环境中微生物的相关性，同时，也表明青藏高原特殊的环境孕育了丰富多样的微生物资源。产酶实验表明，发现有9株产淀粉酶的菌，23株菌产蛋白酶和7株菌产纤维素酶。一些菌株对抗生素具有明显的抗性，意味着冻土中有害微生物在冻土退化过程中可能对人类和其它生物的生活具有潜在性的危害。随着全球变暖，冻土逐渐融化，冻土中微生物的组成和数量上发生动态变化，其方向和程度很难预测。本实验在模拟气温变暖，冻土退化情况下，细菌的组成中国科学院寒早所博士后出站报告和数量上的动态变化过程，发现冻土在消融初期可培养的细菌都是增加的，并且，永久冻土中的可培养细菌数目增加很明显，冻土微生物群落会单一化，优势种群会增加。这表明随着地球升温，冻土消融，完全可能使一些远古被埋藏其中有益或有害微生物的再度出现和扩散。在4℃条件下，冻土会逐渐融化，蕴藏在冻土的微生物也逐渐复苏，从而更有效适应人工培养基的生长环境。因此，极端条件下微生物的低温原位恢复策略有利于微生物的生长和繁殖。低温原位微生物复活可以大大促进在人工培养基上得到更多的细菌数量和种类。本研究发现在4℃下融化的时间增加会抵消微生物数量随着土壤深度的增加而减少的趋势，这种相关性仅仅出现在最初的几周里。由此看来，低温的长时间的恢复过程促进了多年冻土中微生物的复苏。另外，低温恢复策略改变了土壤微生物的多样性，通过对挑选的菌株进行从D双（AmplifiedRibosomal DNARestrictionAnalysis）分析，所有的菌株可以分为33个基因型。代表性菌株的165rDNA序列分析表明，这些菌株归属于高G＋C革兰氏阳性菌，低G＋c的革兰氏阳性菌，。一protcobacteria菌群，p-proteobacteria菌群，Y-proteobacteria菌群和CFB组的细菌等六个大的类型，其中，个别菌株可能是新种。这与前面两种方法恢复得到的微生物在种属水平上有较大的差异。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 123 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/22071]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 冯虎元. 青藏高原冻土微生物生态学研究[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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