本文關(guān)鍵詞：南極菲爾德斯半島土壤氮循環(huán)細(xì)菌的多樣性及其特性研究

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【摘要】：本研究對從南極菲爾德斯半島動物聚集區(qū)、植物覆蓋區(qū)和無動植物山坡區(qū)采集的14份土壤樣品進行了一般可培養(yǎng)細(xì)菌、氮循環(huán)細(xì)菌的分離純化、形態(tài)觀察、計數(shù)和產(chǎn)酶狀況測定;同時對這些分離菌株的氮循環(huán)功能活性、功能基因以及16S rDNA的系統(tǒng)發(fā)育多樣性狀況,結(jié)合采集土壤的理化性質(zhì)進行了綜合測定與分析。研究結(jié)果表明:(1)一般可培養(yǎng)細(xì)菌菌落計數(shù)結(jié)果顯示:14份土壤樣品中可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量的順序為:動物聚集區(qū)土壤(1.9~3.7×10~6CFU/g)植物覆蓋區(qū)土壤(7.0×10~5~1.7×10~6CFU/g)無動植物山坡土壤(8.3×10~4~6.2×10~5CFU/g)。反映出土壤中動植物的存在與其中的細(xì)菌數(shù)量有一定關(guān)系,且不同類型的動植物對菌數(shù)影響也有所差異。MPN法氮循環(huán)細(xì)菌計數(shù)結(jié)果顯示:14份土壤樣品中氨化菌菌數(shù)(3.8×10~4~3.1×108MPN/g_(鮮土))反硝化菌菌數(shù)(0~3.1×108MPN/g_(鮮土))硝化菌菌數(shù)(0~3.5×10~5MPN/g_(鮮土))固氮菌菌數(shù)(6.8×102~2.5×10~5CFU/g)。其中,動物聚集區(qū)土壤氨化菌菌數(shù)為1.1~6.9×107MPN/g_(鮮土),植物覆蓋區(qū)土壤為6.7×10~6~1.7×108MPN/g_(鮮土),無動植物山坡土壤為3.8×10~4~3.1×108MPN/g_(鮮土);動物聚集區(qū)土壤反硝化菌菌數(shù)為0~6.4×10~4MPN/g_(鮮土),植物覆蓋區(qū)土壤反硝化菌菌數(shù)為2.2×10~3~2.7×10~6 MPN/g_(鮮土),無動植物山坡土壤反硝化菌菌數(shù)為9.8×10~3~3.1×108MPN/g_(鮮土);動物聚集區(qū)土壤硝化菌菌數(shù)為1.9×102~2.4×10~3MPN/g_(鮮土),植物覆蓋區(qū)土壤硝化菌菌數(shù)為1.2×102~3.4×10~4 MPN/g_(鮮土),無動植物的山坡土壤硝化菌菌數(shù)為0~3.5×10~5MPN/g_(鮮土);動物聚集區(qū)土壤中固氮菌的菌落數(shù)(6.8×102~2.5×10~5CFU/g)無動植物山坡土壤(8.5×102~1.3×10~5CFU/g)和植物覆蓋區(qū)(7.5×102~5.6×10~3CFU/g)。土壤理化性質(zhì)測定結(jié)果顯示:從土壤NH4+-N含量來看,動物聚集區(qū)和植物覆蓋區(qū)的部分土壤樣品(E1,E4,A1,A2)的NH4+-N含量較高,同時這些土壤的固氮菌和氨化菌含量也相對較高,表明氨化作用或固氮作用較強。從NO3--N含量來看,部分無動植物區(qū)樣品(B1、B2、C1)的含量較低,而該區(qū)域的反硝化菌數(shù)量卻相對較多。無動植物區(qū)土壤中的硝化菌數(shù)量有多有少,其含量與NO3--N含量并不很相符,這可能與該區(qū)NH4+-N含量較少有關(guān)。(2)形態(tài)觀察結(jié)果表明:分離得到的157株一般可培養(yǎng)細(xì)菌、115株氨化菌具有比較高的顏色、菌落形態(tài)等多樣性,而分離得到的101株固氮菌、67株硝化菌、137株反硝化菌菌落形態(tài)卻比較單一。(3)一般可培養(yǎng)細(xì)菌產(chǎn)酶結(jié)果表明:157株分離菌中,有97.5%的菌株產(chǎn)黃原膠酶,81.5%菌株產(chǎn)過氧化氫酶,51.6%菌株產(chǎn)七葉苷酶,36.9%菌株產(chǎn)纖維素酶,22.3%菌株產(chǎn)脂肪酶和酪蛋白酶,8.9%菌株產(chǎn)氧化酶,4.5%菌株產(chǎn)淀粉酶。另外,所有菌株均不產(chǎn)幾丁質(zhì)酶、卡拉膠酶和明膠酶。這些特性菌為今后進一步的應(yīng)用研究提供了菌株來源。(4)16S rDNA系統(tǒng)發(fā)育結(jié)果表明:經(jīng)形態(tài)、序列初測等排重后的68株一般可培養(yǎng)細(xì)菌代表共分布在5綱(Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Bacilli、Actinobacteria、Flavobacteria)的13個屬當(dāng)中,表明有較大的系統(tǒng)發(fā)育多樣性;其中Bacilli綱的Staphylococcus屬和Gammaproteobacteria綱的Pseudomonas屬為優(yōu)勢菌群,分別占68株可培養(yǎng)代表菌的14.7%、16.2%。經(jīng)排重后的49株固氮細(xì)菌代表分別分布在4綱(Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Bacilli)的5屬之中,31株硝化細(xì)菌代表分布在5綱(Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Bacilli、Actinobacteria)的8屬之中,43株反硝化細(xì)菌代表分布于Gammaproteobacteria綱的3屬之中,40株氨化細(xì)菌代表分布于5綱(Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Sphingobacteriia、Actinobacteria、Bacilli)的8屬之中,表明菲爾德斯半島土壤中氮循環(huán)細(xì)菌具有不同程度的多樣性。其中氨化菌和硝化菌的多樣性最高,反硝化菌最低;另外,固氮菌、硝化菌、反硝化菌、氨化菌的優(yōu)勢菌群均為Gammaproteobacteria綱的Pseudomonas屬。(5)氮循環(huán)各菌群功能活性的檢測結(jié)果表明:67株硝化菌中71.6%有硝化活性(強硝化活性菌有4株),137株反硝化菌中42.3%有反硝化活性(強反硝化活性菌有1株),而115株氨化菌均具有氨化活性,其中強氨化活性菌株占15.7%。(6)氮循環(huán)功能基因的PCR檢測結(jié)果表明:49株固氮分離菌中有37株可擴增出nif H目的條帶(采用34F-491R、100F-100R兩對引物PCR),除其中一株菌分布在Betaproteobacteria綱Janthinobacterium屬外,其余的36株菌均分布在Gammaproteobacteria綱的Pseudomonas屬。含nif H基因的菌株在動物聚集區(qū)、植物覆蓋區(qū)、無動植物山坡區(qū)的9個樣品中均有分布,而動物聚集區(qū)的E2樣品、植物覆蓋區(qū)的J4樣品、無動植物山坡區(qū)的B1、B2、H3樣品分離菌中沒有nif H基因。31株硝化菌中僅有3株擴增出amo A基因目的條帶(用amo A-F~amo A-R引物PCR),其中2株菌分布在Gammaproteobacteria綱的Pseudomonas屬中,1株菌分布在Bacilli綱Bacillus屬中;這3株菌分布在植物覆蓋區(qū)的A2和無動植物山坡區(qū)的G1樣品中。43株反硝化菌中有10株菌可擴增出nar G基因目的條帶(用nar G-F~nar G-R引物PCR),它們存在于無動植物山坡區(qū)的A1、A2、B1、B2和動物聚集區(qū)的D1、E1樣品中,且均分布在Gammaproteobacteria綱的Pseudomonas屬中。(7)另外研究發(fā)現(xiàn),有7株一般可培養(yǎng)菌、6株固氮菌、1株硝化菌、6株氨化菌與關(guān)系最近標(biāo)準(zhǔn)菌株的16S rDNA相似性在97%~98.65%。按照現(xiàn)有國際細(xì)菌分類標(biāo)準(zhǔn),它們具備成為新種的潛在可能,值得采用多相分類手段對其進行詳細(xì)的分類單元定位。從近幾年的文獻檢索來看,對南極一般微生物的研究較多,而對硝化、反硝化、固氮、氨化等氮循環(huán)微生物的研究極少且不系統(tǒng)。本文對南極菲爾德斯半島一般可培養(yǎng)細(xì)菌和氮循環(huán)細(xì)菌的多樣性進行了較為系統(tǒng)的初步研究,不僅對前人的研究做了一定補充,而且為今后更為全面深入的研究提供了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S154.3

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本文編號：1274534