【摘要】：凝灰?guī)r是一種富含Al、Si和K的火山碎屑巖,凝灰?guī)r的風化作用對于土壤的形成、肥力的維持以及地球化學元素的循環(huán)有著重要的作用。本文采集江西撫州低風化和高風化凝灰?guī)r以及附近土壤作為研究對象,采用Illumina Miseq高通量測序技術研究凝灰?guī)r和土壤細菌種群結構及多樣性,并結合樣品理化因子分析細菌種群結構與理化因子的相關性;采用BIOLOG微平板和可培養(yǎng)技術對凝灰?guī)r和土壤細菌的碳源利用能力以及礦物風化能力進行研究;同時采用基因組學和轉錄組學相結合的方法對高效礦物風化細菌Rhizobium sp.S41風化鉀長石的機制進行了研究。高通量測序表明,土壤樣品的OTU(Operational Taxonomic Units)數(shù)目(1097)明顯高于高風化(801)和低風化巖石樣品(733);系統(tǒng)發(fā)育分析表明,低風化和高風化凝灰?guī)r樣品以及土壤樣品分別包含24、26和30個菌門,其中Acidobacteria、Actinobacteria、Proteobacteria和Chloroflexi為優(yōu)勢種群,占所有種群的77.3%;Candidate_division_OP11、Candidate_division_WS6、SHA-109和Spirochaetae是土壤樣品中特有的菌門。對樣品地質理化因子與細菌種群之間的相關性進行了分析,結果表明樣品pH、有效態(tài)Fe、Si和Mg的含量與細菌種群之間存在相關性。有效Si與Candidate_division_WS3有最高的正相關性(R=0.95,P0.05),與Cyanobacteria有最高的負相關性(R=-0.93,P0.05);有效Mg與Euryarchaeota有最高的正相關性(R=0.97，，P0.05),僅與Cyanobacteria有負相關性(R=-0.85,P0.05);優(yōu)勢種群Acidobacteria與有效Si和Mg的含量顯著正相關(相關系數(shù)分別為0.90和0.93，P0.05)。BIOLOG ECO微平板研究表明,土壤樣品微生物豐富度、多樣性指數(shù)、McIntosh指數(shù)均明顯大于凝灰?guī)r樣品。從凝灰?guī)r和土壤樣品中共分離得到150株細菌,巖石風化試驗表明,所有菌株均能夠風化凝灰?guī)r并釋放出其中的Fe、Si、Al元素;16S rRNA基因序列分析表明供試巖石風化細菌隸屬于Actinobacteria、γ-Proteobacteria、Firmicutes、α-Proteobacteria和β-Proteobacteria 5大類群的20個菌屬;其中凝灰?guī)r樣品中以Bacillus為優(yōu)勢菌屬,土壤樣品中以Arthrobacter為優(yōu)勢菌屬；Bacillus、Proteus、Enterobacter、Microbacterium、Moraxella、Arthrobacter以及Acinetobacter對凝灰?guī)r有較強的風化能力。對一株具有高效風化能力的Bacillus sp.G19菌株進行了生理生化特征分析及分子遺傳學鑒定,結果表明菌株G19與同屬的Bacillus megaterium IAM13418T和Bacillusayabhattai B8W221的16S rRNA基因序列同源相似性分別為97.1%和97.4%;該菌的脂肪酸主要包括iso-C14:0(6.6%)、iso-C15:0(40.6%)和anteiso-C15:0(40.8%);含有磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、雙磷脂酰甘油和未分類脂類;以MK-7為主要的呼吸醌;DNA G+C mol%含量為36.65%;與Bacillus megaterium IAM13418T和Bacillusaryabhattai B8W22T的DNA-DNA同源性分別為49.4%和55.0%。綜上所述,提議菌株G19為Bacillus屬的一個新種,命名為Bacillus qingshengii sp.nov.。篩選到一株高效風化細菌Rhizobiurri sp.S41,研究了該菌株在鉀長石和黑云母表面的吸附效應對其風化礦物能力的影響;同時對菌株S41進行基因組測序,確定了與菌株S41吸附能力相關的3個基因polS、cpaC、fliF,采用同源重組技術構建了單敲除、雙敲除和三敲除的突變株,分析了不同突變菌株的吸附能力和礦物風化能力,發(fā)現(xiàn)同時敲除polS、cpaC、fliF的突變株S41-07在礦物表面的吸附能力和風化礦物能力明顯減低;通過轉錄組測序技術比較了野生型與polS、cpaC、fliF突變株S41-07在風化鉀長石過程中基因表達差異,結果表明,在35 min時野生型與突變株S41-07相比有1189個基因差異表達,其中586個基因表達上調,603個基因表達下調;在7h時僅有361個差異表達的基因,其中158個基因表達量上調,203個基因表達量下調。通過基因功能注釋發(fā)現(xiàn)與過氧化物酶、錳轉運蛋白和砷酸鹽還原酶有關的編碼基因在35 min和7 h表達量均顯著上調。通過對轉錄組與基因組數(shù)據(jù)比較分析預測了15個可能的新基因。
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【學位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P512.1;Q93


本文編號：2272337