全 文 ：第 34 卷第 21 期
2014年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.21
Nov.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:新疆维吾尔自治区高技术研究发展项目(201216145)
收稿日期:2013鄄01鄄31; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄13
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: loukai02@ mail.tsinghua.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201301310205
薛娟,张涛,曾军,李萍,高小其,娄恺.24节气内乌鲁木齐 10号泉水体细菌群落结构变化.生态学报,2014,34(21):6214鄄6224.
Xue J, Zhang T, Zeng J, Li P, Gao X Q, Lou K.Structure changes of bacteria community in 24 solar terms at No.10 spring Urumqi.Acta Ecologica Sinica,
2014,34(21):6214鄄6224.
24节气内乌鲁木齐 10号泉水体细菌群落结构变化
薛摇 娟1,2,张摇 涛1,曾摇 军1,李摇 萍1,3,高小其4,娄摇 恺1,*
(1. 新疆农业科学院微生物应用研究所,乌鲁木齐摇 830091; 2. 石河子大学生命科学学院, 石河子摇 832000;
3. 新疆大学生命科学与技术学院, 乌鲁木齐摇 830046; 4. 新疆维吾尔自治区地震局, 乌鲁木齐摇 830011)
摘要:为了解乌鲁木齐 10号泉水体细菌群落结构及多样性在 24节气内的变化,选取 24 节气当天采集泉水样品(计 24 份),利
用末端限制性片段长度多态性(T鄄RFLP)技术对其进行群落结构及多样性分析,并结合该泉地球水文化学指标进行典型相关性
分析。 结果表明:泉水细菌群落的香农指数(H)变化幅度较大(1.088—3.003),春季(立春至谷雨)样品呈现出明显的波动趋
势,并在惊蛰时达到最低值(1.088),夏季(立夏至大暑)和秋季(立秋至霜降)样品在节气内出现类似的递增趋势,冬季(立冬至
大寒)样品则保持在较低水平(抑1.761);辛普森指数(D)和均匀度指数(E)在 24节气内变化的差异不显著。 24节气的泉水细
菌群落组成主要有厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门及梭杆菌门,此外,还有少量隶属于蓝藻门、螺旋体门、异常球菌鄄栖
热菌门、绿菌门、柔膜菌门和硝化螺菌门等的类群存在于某些特定的节气中;春夏季节革兰氏阴性菌为优势类群,秋冬季节,革
兰氏阳性菌为优势类群;硫氧化菌类群(Acidithiobacillus、Thiothrix)和硫还原菌群落(Desulfobacter、Desulfoluna)的存在,与 10 号
泉的含硫特性相关。 通过对各项地球水文化学指标的分析显示,电导率、水汞、甲烷、硫化物在各节气的波动最为剧烈;乌鲁木
齐 10号泉水体细菌群落组成随 24节气更替存在一定变化并与地球水文化学指标相关。
关键词:24节气;细菌群落结构;多样性;T鄄RFLP;乌鲁木齐 10号泉
Structure changes of bacteria community in 24 solar terms at No.10 spring
Urumqi
XUE Juan1,2, ZHANG Tao1, ZENG Jun1, LI Ping1,3, GAO Xiaoqi4, LOU Kai1,*
1 Institute of Microbiology, Xinjiang Academy of Agriculture Science, Urumqi 830091, China
2 College of Life Science, Shihezi University, Shihezi 832000, China
3 College of Life Science and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830046, China
4 Seismological Bareau of Xinjiang Uygur Autonomous Region, Urumqi 830011, China
Abstract: Urumqi No.10 spring is located in the fracture zone of Willow ditch鄄Hongyanchi in southern Urumqi, and is one
of the most important national key hydrological observation points. The spring water contains various geochemical elements,
such as sulfide, methane, hydrogen, radon, sulfide, methane, carbon dioxide, helium, fluorine and mercury. Microbes
living in the spring are intensely affected by hydro鄄geochemical changes caused by movements of the Earth忆s crust. The 24
solar terms, part of the Chinese traditional calendar, can accurately reflect changes in the Earth忆s climate, and the habitats
of microorganisms also change with changes in the solar terms. In order to understand the changes in the structure of the
bacterial community and diversity in Urumqi No.10 spring with the 24 solar terms, spring water samples collected during
each period of the 24 solar terms were analyzed by T鄄RFLP, and CCA analysis combined with hydro鄄chemical analysis of
indicators in the spring was conducted. Diversity analysis shows that the Shannon index ( H) of the spring bacterial
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communities has a large variation (from 1.088 to 3.003). Spring samples ( from ‘Beginning of Spring爷 to ‘Grain Rain爷)
show a significant fluctuating trend and reaches its lowest value in ‘Waking of Insects爷 ( 1. 088); in summer ( from
‘Beginning of Summer爷 to ‘Greater Heat爷) and autumn (from ‘Beginning of Autumn爷 to ‘Frost爷s Descent爷), the index
shows similar increasing trends within the solar terms, while for winter ( from ‘Beginning of Winter爷 to ‘Greater Cold爷),
the index remains at a low level (approximately 1.761). The changes in Simpson (D) and evenness index (E) were not
significant throughout the 24 solar terms and the lowest value appeared in ‘Waking of Insects爷 . Hierarchical cluster analysis
shows that the bacterial community patterns for the spring water appear to cluster with the solar terms, reflecting the
similarity of the sample community composition between solar terms within the same season. Adjacent seasons show mild
diversity, indicating that the bacterial community composition has intraseasonal variations. T鄄RFLP analysis shows that there
are 11 phyla in total: Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria and Fusobacteria are the main taxa
(逸70%), and their proportions vary in each solar term; Cyanobacteria, Deinococcus鄄Thermus, Spirochaetes, Nitrospirae,
Chlorobi, Tenericutes and some unknown taxa only appear in some of the solar terms, are present in low numbers, but they
occupy a very important position in the community composition; Gram鄄positive bacteria are abundant in autumn and winter,
while Gram鄄negative bacteria dominate in spring and summer. The existence of sulfur鄄oxidizing bacteria (Acidithiobacillus,
Thiothrix) and sulfate鄄reducing bacteria (Desulfobacter, Desulfoluna) may be related to the high H2S content in the spring.
Hydrological chemical indicator analysis shows that conductivity, mercury, methane and hydrogen sulfide show the most
variation. Of these indicators, fluorine and radon concentration can influence the dominant taxa, such as Bacteroidetes and
Firmicutes, while Deinococcus is influenced by mercury concentration. These results indicate that the bacterial community in
No.10 spring is influenced by changes in the 24 solar terms which in turn affect the hydrological chemical indicators.
Key Words: 24 solar terms; bacterial community structure; diversity; T鄄RFLP; No.10 Spring Urumqi
摇 摇 乌鲁木齐 10号泉, 为国家基本水化一类台, 位
于乌鲁木齐南部柳树沟—红雁池断裂带(E 87毅37忆,
N 43毅42忆) 上。 泉水硫化物气味强烈,pH 值为 7.7,
全年水温为 11.0 益左右,为 HCO3鄄SO4鄄Cl鄄Na型弱碱
性矿化水[1]。 目前,该泉是新疆维吾尔自治区最重
要的地下流体综合观测泉,也是中国新疆与哈萨克
斯坦交换地下流体资料的监测泉点之一[2]。
目前对 24 节气的相关研究主要集中在植物物
候[3鄄6]、动物物候[7]及气候调查[8鄄10]方面,对于微生
物群落的物候变化,国内相关研究较少[11鄄12]。 在含
硫冷泉微生物方面,Nancy[13]、Anita[14]、Susanne[15]
及 Christian[16]等人借助不同的手段分别对加拿大极
地冷泉、密歇根州硫化泉、加拿大硫化物冷泉和德国
冷泉进行了研究,结果发现:硫化物对维持微生物群
落稳定有重要作用,含硫冷泉内细菌大部分属于变
形菌门,硫化物氧化细菌、蓝细菌等为其主要的优势
类群。 而针对含硫冷泉水体微生物群落的物候变化
的研究,尚未见相关文献报道。
对乌鲁木齐 10 号泉的研究主要集中于地震分
析[17鄄19]和水体微生物群落结构方面[20鄄24],而水体细
菌群落在 24节气内的组成及结构上是否存在差异,
群落变化是否存在物候现象及细菌群落与地球水文
化学参数间的响应关系尚不清楚。 本研究采用 T鄄
RFLP 技术对乌鲁木齐 10 号泉水体细菌在 24 节气
内群落结构组成及多样性的变化,以及与地球水文
化学元素之间的关系进行了研究,以期通过研究,为
后续的微生物映震提供细菌群落组成的背景参考。
1摇 材料与方法
1.1摇 样品采集及预处理
2011年 8月 3日至 2012年 7月 27日的 1a周期
内,于每节气当天采集泉水样品 3 L,采样后 4 h内低
温运回实验室[25]。 所有采集的泉水样品经 0.22 um
微孔滤膜过滤,再用 10 mL GTE buffer 进行洗脱,用
于后续 DNA提取。
1.2摇 泉水 12项理化指标测定
对 24节气时所采集的泉水样品中的氟(F-)、硫
化物(HS-)、水汞(Hg)、氡(Rn)、氦(He)、氩(Ar)、
氮(N2)、甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)、流量(Flow)、
电导率(C)和气体总量(Gas)等 12 项水文化学参数
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进行测定[26],并利用基于 GIS 的地震分析预报系统
(Mapsis 2.8.5)绘制理化参数波动折线图。
1.3摇 样品总 DNA提取
泉水中微生物总 DNA的提取参照 Shaheen等的
方法[27],并根据泉水样品自身的特点稍作改进。 取
800 滋L GTE 洗脱液,加入溶菌酶(10 mg / mL)30 滋L
至终浓度为 10 mg / mL,37 益水浴 2 h;加入蛋白酶
K(20 mg / mL)10 滋L 至终浓度为 0. 2 mg / mL,20%
的 SDS 17 滋L和 5 mol / L的 NaCl 10 滋L,53益水浴 2
h;等体积的酚颐氯仿颐异戊醇(25颐24颐1) 抽提,离心取
上清,再加入 2 / 3 体积的氯仿抽提,离心取上清,加
入 0. 6 倍的异丙醇,4 益过夜;离心弃上清,用预冷
的 70% 乙醇清洗 1 次,倒置凉干;加入 20 滋L TE 缓
冲液,-20 益保存。
1.4摇 16S rDNA 片段扩增
利用细菌通用引物 8F(5忆鄄FAM鄄AGAGTTTGAT
CCTGGCTCAG鄄3忆)和 926R(5忆鄄CCGTCA ATTCCTTTR
AGTTT鄄3忆) [28](Sangon,上海)对细菌 16S rDNA 片段
进行 PCR扩增。 扩增体系如下:预混 Premix 15 滋L,
上下游引物各 0.25 滋L,10 倍稀释的 DNA 模板 0.5
滋L,Taq polymerase 0. 05 滋L,加 dd H2 O 至体系为
30 滋L。
PCR扩增采用降落 PCR,程序为:预变性 95 益
6 min, 95 益 45 s,61 益 45 s, 72 益 90 s,扩增 10个
循环,每个循环递减 0.5 益;95 益 45 s, 56 益 45 s,
72 益 90 s,扩增 20 个循环,72 益延伸 10 min,共计
30个循环。 以无菌水为空白作为阴性对照。 扩增结
束后,产物用 1%的琼脂糖凝胶进行含量及特异性
检测。
1.5摇 细菌 T鄄RFLP 分析
利用 Hinf玉(Takara,大连)和 Msp玉(Takara,大
连)两种限制性内切酶对 PCR 产物进行酶切,酶切
体系根据说明书略作调整。 Hinf玉和 Msp玉酶切条
件为 37 益酶切 10 h,酶切完毕后 65 益水浴 20 min
终止反应。 酶切产物利用 2.5%的琼脂糖凝胶进行
酶切效果检测。 酶切产物遮光送上海基康生物技术
有限公司检测,使用 ABI 3730 测序仪扫描,用 Peak
Scanner Software V1.0分析结果。
1.6摇 数据统计分析
选择末端限制性片段大小在 50—900 bp 之间,
荧光强度大于 50 FU且目的片段的峰面积比大于总
峰面积 0.5%(小于 0.5%被认为是噪音)的片段进行
多样 性 分 析。 分 别 计 算 各 样 品 的 香 农 指 数
(Shannon鄄Weiner index H)、辛普森指数 ( Simpson
index D)和均匀度指数(Evenness index E) [29]。 利用
Mica PAT+ 在线数据库 ( http: / / mica. ibest. uidaho.
edu / )比对分析各 T鄄RFs片段所代表的细菌种属,并
将峰面积比大于 4%的种属确定为优势类群[30]。 分
别对 Hinf玉和 Msp玉酶切片段进行比对,挑出共有种
属,确定为该环境条件下所拥有的细菌群落。 选用
SPSS18.0进行样品系统聚类分析;借助 CANOCO 软
件,分析泉水细菌群落组成与 12 项水文化学参数之
间的相关性。
2摇 结果与分析
2.1摇 泉水理化指标波动式变化
理化指标分析显示,在 24 节气内,各项指标均
围绕背景值呈现出不同程度的上下波动(图 1),其
中,氮、氡、氟、流量和气体总量的波动较为平缓,氩、
二氧化碳、甲烷、氦等 4项参数出现了低于背景值的
波动,硫化物、水汞和电导率等指标则出现了显著高
于背景值的明显波动。
2.2摇 T鄄RFLP 图谱及多样性分析
共获得 T鄄RFLP 指纹图谱 48 个,根据 Hinf 玉和
Msp 玉酶切 T鄄RFLP 图谱(图 2)中 T鄄RFs 数目及相
对峰高和峰面积值,分别计算了 24 个样品香农指数
(H),辛普森指数(D)、均匀度指数(E) (图 3)。 结
果显示,Msp 玉酶切样品微生物多样性高于 Hinf 玉
酶切,故后续分析采用 Msp 玉酶切结果。
各项指数中,香农指数 ( H) 变化幅度较大
(1郾 088—3.003),春季(立春至谷雨)样品呈现出明
显的波动趋势,并在惊蛰时达到最低值(1.088),夏
季(立夏至大暑)和秋季(立秋至霜降)样品在节气内
呈现类似的递增趋势,冬季(立冬至大寒)样品则保持
在较低水平(抑1.761),且夏季样品的香农指数明显高
于冬季。 此外,辛普森指数(D)和均匀度指数变化较
为平缓(E)。 惊蛰时期样品的三项指数均最低。
2.3摇 样品聚类分析
对 24 节气样品进行质心法聚类分析显示(图
4):芒种、大暑、处暑与小满等夏季样品,霜降、冬至、
立秋与寒露等秋季样品,小寒、立春、清明、谷雨、惊
蛰与春分等春季样品分别聚为一支;夏至与小暑、大
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图 2摇 部分样品的 T鄄RFLP酶切图谱
Fig.2摇 parts of the sample T鄄RFLP restriction map
图 3摇 Msp 玉 酶切各项指数的变化
Fig.3摇 the index variation by Msp 玉 digeste
雪与小雪、白露与秋分、清明与谷雨、惊蛰与春分等
相邻节气聚为一支;芒种与大暑、处暑与小满、立秋
与寒露、小寒与立春等相距较近的节气聚在一起。
2.4摇 24节气内细菌群落组成
经 Mica数据库比对(表 1,表 2),24节气内所有
细菌群落主要隶属于 11 个门,其中,放线菌门,拟杆
菌门、厚壁菌门、梭杆菌门和变形菌门的含量较高,
占总体的 75%以上。 以上 5 门按其含量作折线图
(图 5),拟杆菌门和变形菌门在 24 节气内呈现出较
为一致的含量波动;秋冬季节,变形菌门在群落中的
含量最高,春夏季节,拟杆菌门在群落中的含量最
高;秋冬季节各节气中放线菌门和其他类群与厚壁
菌门呈现出相似的波动规律;春夏季节内的各节气
又与拟杆菌门呈现出相似的波动规律;24 节气中厚
壁菌门含量的波动始终与拟杆菌门等呈现出相反的
趋势,即:拟杆菌门含量最高时,厚壁菌门含量最低。
进一步分析各片段所代表的细菌类群,优势类
群包括放线菌门的 Arthrobacter、 Corynebacterium、
Frankia、Nocardioides 和 Streptomyces 代表片段为 130
bp 和 165 bp; 拟 杆 菌 门 的 Flavobacterium 和
Flexibacter,代表片段为 84 bp 和 93 bp,厚壁菌门的
Bacillus、Clostridium、 Eubacterium 和 Paenibacillus 代
表片段为 130 bp、165 bp、270 bp和 485 bp;变形菌门
的 Acidithiobacillus、 Acidiphilium、 Caulobacter 和
Thiothrix代表片段有 130 bp 和 165 bp;梭杆菌门的
Leptotrichia,代表片段为 165 bp;以及普遍存在于大
部分样品中的暂定名类群(Candidatus),他们的代表
片段为 130 bp和 165 bp。
特殊类群指仅在某些特定季节或节气中出现,
且含量较少的类群,包括放线菌门的 Microbacterium
和 Mycobacterium,代表片段为 84 bp 和 165 bp;拟杆
菌门的 Capnocytophaga、 Cytophaga 和 Microscilla,代
表片段为 84 bp 和 93 bp;变形菌门的 Achromatium、
Acidiphilium、Azoarcus、Azospirillum、Desulfatiferula、
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图 4摇 24节气乌鲁木齐 10号泉细菌群落聚类图(1—24 为采样
日期)
Fig.4 摇 Dendrogram of the hierarchical clustering analysis of
bacterial community in Urumqi No.10 Spring durning 24 solar
terms(1—24 are sampling date)
Desulfobacter、Desulfofrigus 和 Stenotrophomonas,代表
片段有 84 bp、130 bp、165 bp、441 bp和 455 bp;异常
球菌鄄栖热菌门的 Deinococcus,代表片段为 270bp;蓝
藻门的 Synechococcus 和 Cylindrospermopsis,代表片段
为 130 bp 和 148 bp;螺旋体门的 Treponema,代表片
段为 305 bp,硝化螺菌门的 Leptospirillum,代表片段
为 80 bp;绿菌门的绿菌科某属和 Prosthecochloris,代
表片段为 127 bp以及柔膜菌门的 Phytoplasma,代表
片段为 212 bp。
2.5摇 细菌群落与 12项水文化学参数的 CCA分析
24节气样品基于 T鄄RFs片段大小(图 6鄄A)和细
菌门含量(图 6鄄B)与 12 项水文化学参数的 CCA 分
析显示,电导率、甲烷、流量和氡等对细菌群落的分
布影响较大。 两种排序方式均显示群落组成有明显
的聚集现象,主要可以分为两类。 第一类:春夏季节
内节气为主的细菌群落组成与氟、氡等具有较高的
相关性;第二类:秋冬季节内节气为主的细菌群落组
成与电导率等具有较高的相关性。 其中,甲烷对秋
季各节气细菌群落的影响较为显著。
通过对样品群落多样性与泉水理化参数的 CCA
分析发现(图 6鄄C),24 节气泉水细菌群落多样性与
环境因子存在明显相关性。 其中,氡、甲烷、流量、硫
表 1摇 24节气细菌群落组成的百分比例表
Table 1摇 Bacterial community composition in 24 solar terms
门
Phylum
节气 Solar term
立秋
Beginning of
Autumn
处暑
End of
Heat
白露
White
Dew
秋分
Autumnal
Equinox
寒露
Cold
Dew
霜降
Frost忆s
Descent
立冬
Beginning
of Winter
小雪
Slight
Snow
放线菌门 Actinobacteria 0.2056 0.3335 0.3769 0.1996 0.1639 0.1481
拟杆菌门 Bacteroidetes 0.1012 0.422 0.3679 0.1106 0.1337 0.4205 0.0766 0.4464
厚壁菌门 Firmicutes 0.2643 0.289 0.0251 0.1896 0.0697 0.2971
变形菌门 Proteobacteria 0.289 0.2223 0.3266 0.4071 0.2764 0.4154 0.5536
梭杆菌门 Fusobacteria 0.2863 0.0251 0.0018 0.0038
蓝藻门 Cyanobacteria 0.0063 0.0035
异常球菌鄄栖热菌门
Deinococcus鄄Thermus 0.0242 0.0026 0.0086
螺旋体门 Spirochaetes 0.0265
硝化螺菌门 Nitrospirae
绿菌门 Chlorobi
柔膜菌门 Tenericutes
其他 Others 0.1184 0.0764 0.1357 0.0353 0.0595 0.0544 -
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续表
门
Phylum
节气 Solar term
大雪
Great
Snow
冬至
Inter
Solstice
小寒
Slight
Cold
大寒
Great
Cold
立春
Beginning
of Spring
雨水
Rain
Water
惊蛰
Waking
of Insects
春分
Spring
Equinox
放线菌门 Actinobacteria 0.2119 0.1138 0.1513 0.0746 0.224 0.1174 0.0952 0.1698
拟杆菌门 Bacteroidetes 0.2308 0.2194 0.2148 0.4353 0.2481 0.3417 0.3706 0.4834
厚壁菌门 Firmicutes 0.1482 0.1484 0.243 0.2128 0.1734 0.1056 0.1621 0.0848
变形菌门 Proteobacteria 0.2572 0.4203 0.24 0.1922 0.1812 0.3026 0.1406 0.244
梭杆菌门 Fusobacteria 0.0121 0.0045 0.0152 0.0214 0.0033 0.0034 0.0041
蓝藻门 Cyanobacteria 0.0345
异常球菌鄄栖热菌门
Deinococcus鄄Thermus 0.0021 0.0102 0.0103
螺旋体门 Spirochaetes 0.0121 0.015 0.0094 0.0525
硝化螺菌门 Nitrospirae 0.0025
绿菌门 Chlorobi 0.0031
柔膜菌门 Tenericutes 0.0025
其他 Others 0.1276 0.0765 0.1357 0.0826 0.1519 0.0799 0.1653 0.0037
门
Phylum
节气 Solar term
清明
Pure
Brightness
谷雨
Grain
Rain
立夏
Beginning
of Summer
小满
Grain
Full
芒种
Grain
in Ear
夏至
Summer
Solstice
小暑
Slight
Heat
大暑
Great
Heat
放线菌门 Actinobacteria 0.0561 0.0742 0.0495 0.2734 0.3114 0.0203 0.0893 0.0708
拟杆菌门 Bacteroidetes 0.2678 0.5182 0.3406 0.2763 0.4511 0.4549 0.319
厚壁菌门 Firmicutes 0.3542 0.0742 0.2395 0.2414 0.012 0.2445 0.5022 0.2239
变形菌门 Proteobacteria 0.1719 0.0742 0.1491 0.0532 0.0305 0.2714 0.2592
梭杆菌门 Fusobacteria 0.0088 0.0109 0.0088 0.0223 0.0065 0.0067
蓝藻门 Cyanobacteria 0.021 0.0434
异常球菌鄄栖热菌门
Deinococcus鄄Thermus 0.0064 0.0119
螺旋体门 Spirochaetes 0.0109 0.0067
硝化螺菌门 Nitrospirae
绿菌门 Chlorobi
柔膜菌门 Tenericutes 0.0129 0.0452
其 他 Others 0.1411 0.2591 0.1593 0.147 0.2255 0.2274 0.1306 0.056
图 5摇 细菌优势门在 24节气内的含量变化
Fig.5摇 Dominant Community composition in 24 solar terms
0226 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 2摇 Mica数据库比对各片段所属类群(部分)
Table 2摇 Parts of the bacterial community identified by MiCA
类群 Groups 门 Phylum 属 Genus 荧光片段 T鄄RFs
优势类群 Dominant Community Actinobacteria Arthrobacter 165
Corynebacterium 165
Frankia 130
Nocardioides 130
Streptomyces 130 / 165
Bacteroidetes Flavobacterium 84 / 93 / 485
Flexibacter 93
Firmicutes Bacillus 53 / 130 / 145 / 165
Clostridium 93 / 165 / 485
Eubacterium 270 / 485
Paenibacillus 130
Proteobacteria Acidithiobacillus 165
Acidiphilium 441
Geobacter 130
Thiothrix 130
Fusobacteria Leptotrichia 165
Others Olavius 165
特殊类群 Particular Community Actinobacteria Microbacterium 165
Mycobacterium 165
Bacteroidetes Capnocytophaga 84
Cytophaga 84
Microscilla 93
Proteobacteria Achromatium 455
Azoarcus 84
Azospirillum 130 / 165
Caulobacter 130
Desulfatiferula 165
Desulfobacter 165
Desulfofrigus 165
Stenotrophomonas 455
Spirochaetes Treponema 165 / 305
Cyanobacteria Synechococcus 130
Cylindrospermopsis 148
Chlorobi Chlorobiaceae 某属 127
Prosthecochloris 127
Deinococcus鄄Thermus Deinococcus 270
Nitrospirae Leptospirillum 80
Tenericutes Phytoplasma 212
化物、电导率等因子对群落多样性的影响较大,均匀
度指数(E)受环境影响相对较小,香农指数(H)与二
氧化碳的含量变化呈显著正相关,辛普森指数(D)
与流量、甲烷及电导率呈显著正相关,与氡呈显著负
相关。
根据 24节气细菌群落的门组成与 12 项水文化
学参数在 CCA轴上的分布(图 6鄄D),拟杆菌门、厚壁
菌门和其他类群受氟和氡的影响最大;放线菌门、变
形菌门和绿菌门受电导率影响较大;蓝藻门、异常球
菌鄄栖热菌门和硝化螺菌门分别受到二氧化碳、水汞
和硫化物的影响较大;12 项水化参数对梭杆菌门的
影响较小。
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图 6摇 24节气(A、B)、多样性(C)、细菌群落(D)与乌鲁木齐 10号泉理化参数的典型相关性分析
Fig.6摇 Canonical correspondence analysis between bacterial community(A、B)、 diversity(C)、dominant genus(D) parameters of the No.
10 spring
3摇 讨论
通过对乌鲁木齐 10 号泉水体细菌群落香农指
数、辛普森指数及均匀度指数的计算和分析发现,24
节气内,水体细菌群落呈现出秋升冬降春波动夏回
升的趋势,且夏季的各项指数明显高于冬季。 乌鲁
木齐 10号泉水温年变化甚微[2],故判断温度对出现
此变化趋势的影响较小。 分析原因可能为:(1)虽然
10号泉属寡营养环境,但随着季节更替,外界环境温
度的逐渐回升,泉区东南方的博格达山区大气降水
与高山积雪融水的补给增多,泉水径流量增加,导致
水体营养成分有所变化所致;(2)乌鲁木齐 10 号泉
处于地震断裂带上,受地球内部活动的影响,细菌群
落可能对氡、甲烷、流量、硫化物、电导率等地球水文
化学因子产生得响应所致;(3)物候现象可对微生物
群落产生影响所致。
细菌群落结构组成的分析表明:该环境下的微
生物群落有优势类群和随机类群组成。 放线菌门、
拟杆菌门等 5 个门中的部分细菌类群 ( Arthbater,
Corynebacterium,Flexibacter,Clostridium,Eubacterium,
GeobacterDesulfobacter,Thiothrix 等)为该环境下的优
势群落,它们随时间、季节变化而稳定存在,对环境
具有高度的适应性,这与 Farnleitner等人[31]和 Pronk
等人[32]对不同冷泉系统微生物群落的研究结果相
一致。 随机类群包括放线菌门、拟杆菌门等 5 个门
中部分随机出现的细菌类群和蓝藻门、异常球菌鄄栖
热菌门等类群,它们在监测期内仅存在于某些特定
季节或节气内,其丰度变化并无明显的规律可循,推
测可能是受物候影响所致。 例如:无色杆菌属
(Achromatium)、嗜纤维菌属(Cytophaga)等仅出现在
春季的各节气中;冷弯菌属(Psychroflexus)仅见于冬
季的节气中;异常球菌属(Deinococcus)仅出现在立
秋、立冬、立春和立夏节气附近。 此外,群落中存在
较为 丰 富 的 硫 氧 化 菌 类 群 ( Acidithiobacillus、
Thiothrix ) 和 硫 还 原 菌 类 群 ( Desulfobacter、
Desulfoluna),他们共同维持着该环境下的硫循环。
12项水文化学参数对细菌群落影响的分析结果
表明,理化参数的变化对 10 号泉水体细菌群落的多
样性有显著影响,其中影响作用较大的因子有甲烷、
流量、硫化物、氡及电导率等。 乌鲁木齐 10 号泉中
含有的 CO2、H2、N2、HS、CH4等可作为潜在的电子供
体和受体,它们可为微生物多样性的代谢类型提供
2226 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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可能[13],它们同时影响着泉水的电导率。 在 CCA排
序轴上的排序显示,大部分的样品这几项指标的变
化呈正相关,这一结果表明,细菌群落的多样性受多
项环境因子的共同作用[33]。 24节气样品基于 T鄄RFs
和群落组成门含量在 CCA 轴上的排序均显示春夏
季节样品和秋冬季节样品具有差异性,结合 5 个优
势门含量在 24节气内的波动变化可知,拟杆菌门和
厚壁菌门在含量上呈互补关系,受氟和氡的共同作
用,春夏季节的各节气,优势的细菌类群为拟杆菌为
代表的革兰氏阴性菌,秋冬季节的各节气,优势类群
为厚壁菌为代表的革兰氏阳性菌。 革兰氏阳性菌与
革兰氏阴性菌相比,细胞壁具有较厚的肽聚糖层,相
关研究表明,肽聚糖具有抗新陈代谢活性、免疫调解
活性等生物学功能[34],因而细胞壁中肽聚糖含量占
干重 30%—95%的革兰氏阳性菌[34],可能对恶劣环
境具有更高的耐受性。
4摇 结论
乌鲁木齐 10 号泉水体细菌群落结构和多样性
在 24节气内的变化明显,水体细菌群落呈现出秋升
冬降春波动夏回升的趋势,且夏季的各项指数明显
高于冬季,群落多样性受水文化学参数的影响;乌鲁
木齐 10号泉中稳定存在有放线菌门、拟杆菌门、厚
壁菌门、变形菌门及梭杆菌门的某些细菌种属,只是
在各节气所占比例略有差别,此外,放线菌门、拟杆
菌门、变形菌门、厚壁菌门、蓝藻门、异常球菌鄄栖热
菌门、绿菌门、柔膜菌门、螺旋体门及硝化螺菌门的
某些种属存在于特定季节或节气内且含量相对较
低;厚壁菌门为代表的革兰氏阳性菌对环境变化具
有更好的耐受性。
由于 T鄄RFLP 技术的局限性[35],后续可结合克
隆文库分析及核酸杂交分析来获得更加详实的信
息,为深入研究乌鲁木齐 10 号泉水体微生物群落奠
定更加坚实的基础。
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