全 文 ：第 34 卷第 0 期
2014年 0月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.0
Jan.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(31060002); 国家自然科学基金项目(U1203101); 新疆维吾尔自治区科技支疆项目(201091236)
收稿日期:2014鄄01鄄24; 摇 摇 修订日期:2014鄄08鄄06
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: erkin1106@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201401240174
吾尔麦提汗·麦麦提明,卡依尔·玉素甫,热孜亚·艾肯,布阿依夏姆·阿木提,努丽曼姑·司马义,买孜拉木·肉扎洪,麦合甫再木·阿布都热
合曼,马相汝,艾尔肯·热合曼.塔里木胡杨林可培养胡杨内生细菌多样性与群落结构的时空演变格局.生态学报,2014,34(22):6622鄄6639.
Hormathan Mamtimin, Khayir Yusuf, Raziya Erkin, Buayshem Hamood, Nurimagbul Ismayil, Manziram Rozahon,Mahfuzem Abdurahman, Xangru MA,
Erkin Rahman.Temporal and spatial patterns of diversity and community structure of culturable endophytic bacteria isolated from Populus euphratica within
the rivers of the Tarim basin.Acta Ecologica Sinica,2014,34(22):6622鄄6639.
塔里木胡杨林可培养胡杨内生细菌多样性与
群落结构的时空演变格局
吾尔麦提汗·麦麦提明,卡依尔·玉素甫,热孜亚·艾肯,布阿依夏姆·阿木提,
努丽曼姑·司马义,买孜拉木·肉扎洪,麦合甫再木·阿布都热合曼,马相汝,
艾尔肯·热合曼*
(新疆大学生命科学与技术学院,乌鲁木齐摇 830046)
摘要:阐明塔河,Kiyik河,Ugan河这 3条河胡杨内生细菌多样性及群落结构时空演变格局。 2011 年 5 月上旬与 9 月下旬从
Kiyik,Ugan古河道和塔河主河道的 6个采样位点采集 24棵树的胡杨茎秆内存液样,用 4种培养基分离纯化了 588株胡杨内生
细菌。 16S rDNA序列分析表明,588 株细菌分别属于 6 大类群: 酌鄄变形菌纲 ( 50. 17%),厚壁菌门 ( 34. 58%),放线菌门
(10郾 17%),琢鄄变形菌纲(4.24%),拟杆菌门(0.50%),茁鄄变形菌纲(0.34%),47个属,114种。 其中有 211株菌的 16S rDNA相似
率<98.0%,它们分别属于 19个属的 41个物种,是胡杨林本源的潜在新菌种。 假单胞菌属(29.76%)和芽孢杆菌属(19.05%)为
优势属。 与 Pseudomonas xinjiangensis相聚类的潜在新种(74 株,12.585%)是本源优势菌种。 辛普森多样性指数显示,Kiyik 河
多样性指数为 0.931,塔河为 0.935;Ugan 河最高,为 0.969。 香农鄄威纳均匀度指数表明, Ugan 河的分布最均匀,均匀度指数为
0郾 8570;塔河次之,为 0.8314;Kiyik河最低,为 0.7937。 时空变化对比分析表明:整体上塔里木胡杨林内生菌群落结构的原生态
状态保持较好,较少地遭受到外来优势菌群的侵染。 其中,Kiyik古河道的内生菌群落结构保持原生态最好,很少受外来菌群的
清洗与取代;Ugan河次之,内生菌群落结构发生了一定程度的变迁;塔河主河道细菌群落结构发生了较大程度的改变,被人类
活动带来的外来常见优势菌群生态冲刷的趋势明显。
关键词:塔河;Kiyik河;Ugan河;胡杨;可培养内生细菌;16S rDNA;细菌多样性;时空演变分析
Temporal and spatial patterns of diversity and community structure of culturable
endophytic bacteria isolated from Populus euphratica within the rivers of the
Tarim basin
Hormathan Mamtimin, Khayir Yusuf, Raziya Erkin, Buayshem Hamood, Nurimagbul Ismayil, Manziram Rozahon,
Mahfuzem Abdurahman, Xangru MA, Erkin Rahman*
College of Life Science and Technology, Xinjiang University, Urumqi 830046, China
Abstract: The aim of this study was to clarify the temporal and spatial patterns of the bacterial diversity and community
structure of endophytes isolated from Populus euphratica beside the Tarim, Kiyik (disused) and Ugan (disused) Rivers.
The storage liquid in the stem of Populus euphratica stands was gathered as the source for isolation of endophytic bacteria.
For each river, eight stands of riparian forest were targeted and the storage liquid from 24 tree stems was sampled in early
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May and late September 2011. A total of 588 bacterial strains were isolated using four different types of culture media (LB,
TSA, NA and King A). Phylogenetic analysis based on 16S rRNA gene sequences showed that the 588 isolates belonged to
Gammaproteobacteria ( 50. 17%), Firmicutes ( 34. 58%), Actinobacteria ( 10. 17%), Alphaproteobacteria ( 4. 24%),
Bacteroidete (0.50%) and Betaproteobacteria (0.34%), encompassing 47 genera and 114 species. Of those isolates, the
16S rRNA gene sequences of 211 were <98% similar to 41 species within 19 genera that could be represented as potentially
novel indigenous species. 酌鄄proteobacteria and Firmicutes were the dominant groups in Populus euphratica stem liquid.
Pseudomonas and Bacillus were the most widely distributed and predominant genera, accounting for 29.76% and 19.05% of
isolates, respectively. The most widely distributed and predominant novel indigenous species had < 98% 16S rRNA gene
sequence similarity to Pseudomonas xinjiangensis, representing 12.585% of all isolates. The Simpson忆s diversity index of
endophytic bacteria from Populus euphratica was highest for the disused Ugan River (0.969), then lower for the Tarim
River (0.935) and the ancient disused Kivik River (0.931). These data showed that the cultivable endophytic bacteria of
Populus euphratica were highly diverse, and similar among the three riparian forest ecosystems. The Shannon鄄Wiener
uniformity index of endophytic bacteria from Populus euphratica from the Ugan River was 0.8570, compared with 0.8314 and
0. 7937 for the Tarim and Kiyik Rivers, respectively. The analysis of spatial and temporal variations in the endophytic
bacterial community structure of Populus euphratica for the three ecosystems revealed that in general, the community
structure of endophytic bacteria from each ecosystem was relatively intact, with some small impact from foreign common
dominant bacteria. The bacterial community of the Kiyik River was the least impacted, with the highest abundance of
bacterial species and potentially novel indigenous species (1 / 3.082 and 1 / 7.55, respectively), and a minor impact of
replacement and cleaning and associated non鄄indigenous bacterial species. The Ugan River was next highest for abundance
of bacterial species and potentially novel indigenous species ( 1 / 3. 333, 1 / 12. 857) and these values indicate that the
bacterial community structure has changed to a certain extent. In contrast, the bacterial community isolated from the Tarim
River had been intensively substituted, with the abundance of bacterial species and potentially novel indigenous species
greatly decreased to 1 / 4. 282 and 1 / 20. 875, respectively. It is clear that non鄄indigenous microbes have had a large
ecological impact on this bacterial community. Our combined results demonstrate that the endophytic bacterial community
structure was influenced by human activity near these three rivers. Human activity stopped for the Kivik and Ugan Rivers
after those rivers dried out. The period of time without human activity for the ancient Kiyik and Ugan Rivers has had a
positive impact on the community structure of the bacterial population.
Key Words: Tarim River; Kiyik River; Ugan River; Populus euphratica; endophytic bacteria; 16S rDNA; diversity;
spatial and temporal variation
摇 摇 植物内生菌是栖居在陆地和水生植物相关组织
内,生活史的一部分或其整个生活史在健康植物组
织内部腐生、寄生和共生,而对植物不造成实质性危
害的一组微生物[1鄄3]。 研究发现植物内生菌广泛存
在,地球上 300 000 种植物中都有内生菌的存在[4]。
在目前研究过的所有植物中均发现有内生菌,它们
可存在于植物的根、茎、叶、花、果实等各个部位[5鄄7]。
胡杨(Populus euphratica Oliv) 分类学上属于杨
柳科杨属,落叶乔木,生长在中纬度的干旱荒漠地
区,具有抗寒、抗热、抗干旱、抗风沙、耐盐碱等优良
性状,是新疆荒漠中分布最广的落叶树种,也是特有
的荒漠森林树种[8]。 塔里木河流域分布着全世界最
大的一片天然胡杨林,其面积近 30 万 hm2 [9],它约
占全国胡杨林总面积的 90%和全世界胡杨林总面积
的 55% 以上[10鄄11],是极其珍贵的自然资源。
对于胡杨有关的微生物多样性的研究,国内文
献中袁秀英等[12]人对内蒙古的胡杨根际真菌和内
生真菌;孜来古丽,王宁,玛丽艳木,祖母拉提,玛丽
怕等人对塔河,沙雅县,Kiyik 河和 Ugan 河等地区的
胡杨林土壤微生物多样性和内生真菌多样性状况进
行过报道[13鄄21]。 但是在国内外文献中,除了本实验
室的卡依尔·玉素甫等人[22]2011 年对 Ugan 河胡杨
3266摇 22期 摇 摇 摇 吾尔麦提汗·麦麦提明摇 等:塔里木胡杨林可培养胡杨内生细菌多样性与群落结构的时空演变格局 摇
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可培养内生细菌进行初步多样性分析(从胡杨内存
液中共分离了 62株可培养胡杨内生细菌,分别属于
细菌四大类群,18 个属,32 个种)以外,针对塔里木
胡杨林的胡杨内生细菌资源尚未见系统地进行分离
和用现代细菌分类学方法进行研究的报道。 因此,
对塔里木河中下游的胡杨内生细菌进行分离鉴定,
系统发育分析,不仅可以搞清塔里木胡杨林的胡杨
内生细菌的群落结构,分离拯救一批不可多得的珍
稀菌种和本源土著菌种,还可以为将来的科学研究
和在工农业生产应用提供菌种资源和数据。
1摇 材料和方法
1.1摇 材料
1.1.1摇 研究区自然概况
塔里木盆地特有暖温带极端干旱的大陆性气
候,光热资源丰富,降水稀少,年均降水量为 17.4—
42mm,而年蒸发量却高达 1890.1—3229.3mm,该地
的胡杨林主要分布海拔高度约为 700—1500m 塔里
木河及其废弃古河道两岸泛洪区的狭长带区。 在现
在的塔河中游(沙雅县至尉犁县)主河道的南面,塔
克拉玛干沙漠的北部边缘荒漠区,遗留着历史上由
于塔河改道而干枯的 6 条较大的废弃古河道遗迹,
其中分布在最南部废弃年代最久远的 2 条河道上只
剩下胡杨的残桩断枝,已没有活体胡杨的分布以外,
其余的 4 条废弃河道沿岸,不同程度的分布着依靠
地下水维系生命的衰败状态的胡杨林。 其中 Kiyik
(断流废弃 344a)河道和 Ugan 废弃古河道(断流废
弃 126a)沿岸胡杨分布密度较高,利用地下水无性繁
殖的萌生林木的生长状况略好于其它废弃古河道。
这两条河与当今塔河河道距离较远,断流年代比较
久远,脱离了塔河水系。 因此,分布在塔河、Kiyik 河
和 Ugan 河流域的胡杨林之间早已失去利用洪水散
播种子的自然条件,丧失通过互换种子来维系相互
之间的基因流畅通及借此传播内生菌的机制,形成
了在时间和空间上相对隔离封闭的 3个生态体系。
1.1.2摇 样品的采集
本研究分别于 2011 年 5 月上旬和 2011 年 9 月
下旬从尉犁县现行塔河主河道南面的 Ugan 河两岸
生长多年的胡杨林(N 41毅 00忆397义 E 85毅 04忆241义,N
41毅 00忆032义 E 85毅 02忆501义),尉犁县现行塔河主河道
南面的 Kiyik古河道胡杨林(N40毅42忆8义 E 85毅23忆22义,
N40毅43忆22义 E 85毅19忆18义)和现行塔河主河道(N40毅
58忆21义 E85毅29忆26义,N41毅10忆04义 E84毅13忆52义)各选取
两个位点(2样点之间的直线空间距离保持在 10 km
以上),每个样点选取 4 棵胡杨(每一个样点内 2 棵
取样树之间的直线空间距离保持在 500 m以上),共
24颗胡杨树作为采样目标(图 1),按卡依尔·玉素
甫等人[22]的方法用无菌的年轮钻在胡杨树干离地
高度 1.60 m处钻孔,以灭菌的离心管收集树干内存
液,置于 4 益即刻返回实验室进行涂布与分离菌株。
图 1摇 塔里木胡杨林采样点示意图
Fig.1摇 Six sampling sites at the three rivers in southern Xinjiang, China
1.1.3摇 主要试剂和仪器
Taq DNA聚合酶购自天根生物技术有限责任公
司;引物由北京鼎国生物技术有限责任公司合成;
PCR仪为 ALD.244型,购自 BIORAD公司;凝胶成像
分 析 仪 ALPHAIMAGERTM2200 及 成 像 软 件
AlphaEase 4.1.0,购自 AlphaInnotech 公司;恒温振荡
摇床和恒温培养箱购自江苏省金坛市医疗仪器厂。
1.1.4摇 培养基
本实验中采用溶菌肉汤培养基 LB(胰蛋白胨
10 g,酵母侵粉 5 g,氯化钠 10 g),胰蛋白胨大豆琼
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脂培养基 TSA(胰蛋白胨 15 g,大豆蛋白胨 7.5 g,氯
化钠 30 g),牛肉膏蛋白胨培养基 NA(牛肉膏 30 g,
蛋白胨 5 g,氯化钠 5 g),KingA(蛋白胨 20 g,氯化镁
1.4 g,硫酸钾 10 g,氯化钠 3 g,丙三醇 10 g)等 4 种
培养基。
1.2摇 菌株的分离培养
把每一个采样位点采来的 4 棵胡杨树茎秆液等
量混合,稀 释 至 10-1—10-6倍,取 100 滋L 涂布到上
述的不同的固体培养基上,在 37 益 培养 3—7 d。
根据细胞与菌落形态、颜色、大小分别挑取表型差异
的细菌,并在上述的培养基上划线纯化,纯化后的内
生细菌用含 30% 甘油的 LB 培养基于-70 益保存
备用。
1.3摇 DNA 提取及 16S rDNA 的扩增
DNA 提取参照刘刚[23] 等的方法进行。 16S
rDNA 扩 增 采 用 细 菌 通 用 引 物[24] 27F ( 5忆鄄
AGAGTTTGATCCTGGCTCAG鄄 3忆) 和 1492R ( 5忆鄄
GGTTACCTTGTTACGACTT鄄3忆)进行。 PCR反应体系
(50 滋L):DNA 模板约 0.8 滋L,10伊PCR 缓冲液 5.0
滋L,10 mmol / L 的 P1 和 P2 各 0. 8 滋L, dNTP ( 10
mmol / L) 4 滋L,TaqDNA聚合酶(2.5 U / laL) 0.6 滋L,
加灭菌双蒸水至 50.0 滋L。 PCR 反应条件: 94 益 5
min; 94 益 30s,55 益 30 s,72 益 1 min 30 s,30个循
环; 72 益10 min。 反应结束后,取 2—3 滋L PCR 产
物在 1.0%琼脂糖凝胶上电泳检测。 PCR 产物送到
上海生物工程有限公司进行 16SrDNA 完整长度
测序。
1.4摇 系统发育分析
测序 结 果 Ezbiocloud ( EzTaxon鄄e server ) 和
BLAST(http: / / www.ncbi.nlm.nib.gov / blast / blast.cgi)
上进行分析。 用 CLUSTALX 进行多序列比对[25],系
统进化矩阵根据 Kimura 模型[26]估算,用 MEGA5.0
(Molecular Evolutionary Genetics Analysis)软件采用
邻接法[27](Neighbor. Joining)聚类分析,并构建出系
统进化树。
1.5摇 细菌多样性指数的分析
采用 Simpson 多样性指数(D) 、Shannon鄄Wiener
指数(H) 和 Shannon鄄Wiener 均匀度指数(E) 计算
多样性[28]。
Simpson 多样性指数:
D = 1 - 移
S
i = 1
P2i = 1 - 移
S
i = 1
(Ni / N) 2
Shannon鄄Wiener 指数:
H =- 移
S
i = 1
P i log2P i
Shannon鄄Wiener 均匀度指数
E = H / log2S
式中, S 为菌种数; P i 为第 i 种的多度比例,可以用
P i = Ni / N求出; Ni是第 i种的菌株数, N是所有菌株
数总和。
1.6摇 胡杨内生细菌分布状况分析
采用维恩图( http: / / bioinfogp. cnb. csic. es / tools /
venny / index.html)的在线作图工具对胡杨内生细菌
群落结构在 3条河中的分布状况分进行了分析。
2摇 结果和分析
2.1摇 菌株的分离纯化与测序分析
分别用 NA,TSA,LB与 King A等 4 种培养基进
行稀释涂布法分离,选择表型不同的菌株进行划线
法培养纯化。 从样品中分离并成功对其 16S rDNA
全序列测序的胡杨内生细菌共 588 株,其中 Ugan 古
河道 270 株,Kiyik 古河道 151 株,塔河主河道 167
株。 它们分别属于 6 大类群,47 个属,114 个物种
(表 1)。 其中 酌鄄变形菌纲的细菌占总分离菌的
50郾 17%, 厚壁菌门占 34.58%,放线菌门占 10.17%、
琢鄄变形菌纲占 4.24%,拟杆菌门占 0.50%,茁 鄄变形菌
纲占 0.34%;酌鄄变形菌纲和厚壁菌门的细菌是胡杨茎
秆液中的优势类群,假单胞菌属(29.76%)和芽孢杆
菌属(19.05%)为优势属。
2.2摇 胡杨内生菌的系统发育分析
2.2.1 摇 Ugan 河胡杨内生细菌多样性及系统发育
分析
从 Ugan河胡杨林的两个采样位点共获得 270
株细菌 (表 1 ),通过 16SrRNA 基因序列测序,
Ezbiocloud(EzTaxon鄄e server)和 BLAST 比对序列相
似性,确定菌株的系统发育地位,并构建系统发育树
分析进化关系(图 2)。 结果表明,它们主要分布于
厚壁菌门(Firmicutes, 45.93%),酌鄄变形菌纲(Gamma
Proteobacteria, 37. 40%),放线菌门 ( Acinetobacter,
13郾 70%),琢鄄变形菌纲(Alpha Proteobacteria, 2.22%),茁
变形菌纲(Beata鄄proteobacteria, 0.37%)和拟杆菌门
(Bacteroidetes, 0.37%)等 6 个大领域,由 34 个属 81
个种组成 。芽孢杆菌属 ( Bacillus )和假单胞菌属
5266摇 22期 摇 摇 摇 吾尔麦提汗·麦麦提明摇 等:塔里木胡杨林可培养胡杨内生细菌多样性与群落结构的时空演变格局 摇
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表 1摇 3个生态区胡杨林中分离的代表菌株列表
Table 1摇 Representative isolates and Closest species isolated from populus euphratica in three ecosystems
属
Genus
最近亲缘菌株
Closest species
分离来源 Origin of isolates
U K T Total
代表菌株
Representative isolates
Acinetobacter Acinetobacter johnsonii 1 5 4 10 KBL鄄5鄄12B(KF049129), RK5(KC842217)
Acinetobacter lwoffii 6 3 9 K鄄11(KC967077),KTO鄄24(HQ696440)
Aeromonas Aeromonas aquariorum 5 5 W25(KC840815)
Aeromonas media 6 6 W75(KC840850)
Aeromonaspunctata subsp.punctata 1 1 W20(KC840846)
Aerococcus Aerococcus viridansp 1 1 W66(KC840872)
Azomonas Azomonas macrocytogenes 2 2 NT鄄32(HQ696413)
Bacillus Bacillus atrophaeus 1 1 2 KTT鄄8(696420)
Bacillus anthracis 1 1 2 W104(KF017366)
Bacillus flexus 5 1 2 8 KTO鄄 43 ( HQ696446 ), 5 ( KC843393 ), W鄄 36(KC840841)
Bacillus nanhaiensis 1 1 RL鄄1(KC842271)
Bacillus oceanisediminis 1 1 M鄄24(HQ699494)
Bacillus pumilus 11 9 1 21 KBK鄄3鄄23(KF049119), RK27(KC842270), AL45(KC844765)
Bacillus safensis 22 8 5 35 KBK鄄5鄄14(KF049121), AL鄄 72(KC844757),W74(KC840860)
Bacillus sonorensis 1 1 2 KTT鄄24(HQ696443)
Bacillus tequilensis 9 1 10 KTT鄄2(HQ699399), 70(KC843386)
Bacillus vietnamensis 1 1 2 M鄄13(HQ69949), NA鄄55(KC967070)
Bacillus subtilis subsp.Inaquosorum 7 7 LB鄄24鄄1(KC967052)
Bacillus niabensis 3 3 AL鄄50(KC844762)
Bacillus beringensis 1 1 AL鄄C11(KC844771)
Bacillus halmapaus 7 7 AL鄄35(KC844784)
Bacillus alkalitelluris 1 1 AL鄄C8(KC844806)
Bacillus infantis 7 7 AL鄄A33(KC844812)
Bacillus cohnii 1 1 AL鄄A33(KC844812)
Bacillus niacini 1 1 NA鄄16(KC967067)
Bacillus persicus 1 1 K鄄5
Brenneria Brenneria salicis 18 6 17 41 KBN鄄4鄄 4(KC967012), AL鄄 47(KC844764),W93(KC840819)
Brevibacterium Brevibacterium halotolerans 6 6 AL鄄55(KC844789)
Cellulosimicrobium Cellulosimicrobium funkei 1 1 AL鄄57(KC844778)
Corynebacterium Corynebacterium casei 1 1 KTT鄄15(HQ693996)
Enterobacter Enterobacter oryzae 2 2 20(KC843381)
Escherichia Escherichia vulneris 1 1 W30(KC840814)
Exiguobacterium Exiguobacterium mexicanum 1 2 1 4 AL鄄A11(KC844822), W8(KC840826), KBN鄄 1鄄41(KF049110)
Gracilibacillus Gracilibacillus saliphilus 1 1 NA鄄31(KC967067)
Halomonas Halomonas gomseomensis 1 1 KTO鄄20鄄2(HQ696435)
Halomonas meridiana 4 2 3 9 KBM鄄 2鄄 9 ( KC967023 ), 59 ( KC843405 ), RT30(KC842225)
Halomonas sulfidaeris 1 4 5 KBM鄄2鄄8(KC967022)
Halomonas zhanjiangensis 2 2 38(KC843370)
Halomonas pacifica 1 1 K鄄21(KC967078)
Halomonas desiderata 2 2 KBM鄄4鄄31(KF049125)
Ignatzschineria Ignatzschineria larvae 1 1 NT鄄21(696404)
6266 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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续表
属
Genus
最近亲缘菌株
Closest species
分离来源 Origin of isolates
U K T Total
代表菌株
Representative isolates
Janibacter Janibacter anophelis 1 1 AL鄄11(KC844795)
Kocuria Kocuria polaris 1 1 1 NA鄄9鄄2(KC9670),RT16(KC842223)
Kocuria rosea 8 1 2 11 KTT鄄 6 ( HQ696417), AL鄄 61 ( KC844780), W78(KC840863)
Kocuria gwangalliensis 1 1 LB鄄7(KC967046)
Kocuria rhizophila 2 2 NA鄄76(KC967080)
Kineococcus Kineococcus endophytica 1 1 NA鄄20
Lysinibacillus Lysinibacillus massiliensis 2 2 ML鄄64(KC609752)
Oceanobacillus Oceanobacillus iheyensis 2 2 KLH鄄18(HM854234))
Luteimonas Luteimonas terricola 1 1 AL鄄49(KC844763)
Macrococcus Macrococcus brunensis 1 1 2 KTT鄄38(HQ696456)
Marinilactibacillus Marinilactibacillus piezotolerans 2 2 W94(KC840867)
Microbacterium Microbacterium profundi 1 1 67(KC843387)
Microbacterium hydrocarbonoxydans 2 2 KBN鄄1鄄3(KC967009)
Microbacterium sedminis 1 1 KBL鄄4鄄1(KF049131)
Microvirga Microvirga lotononidis 1 1 NA鄄119
Nesterenkonia Nesterenkonia aethiopica 2 1 7 10 KBL鄄 4鄄 7 ( KF049127), M3 ( KF177276), RL21(KC842233)
Nesterenokonia suensis 8 2 10 KBL鄄4鄄2(KF049128), AL鄄C3(KC844799)
Nesterenkonia flava 3 3 15(KC843382)
Nocardioides Nocardioides alkalitolerans 1 1 KBL鄄4鄄15XH(KC967036)
Pantoea Pantoea brenneri 1 1 KBN鄄1鄄2(KC967008)
Pantoea septica 3 3 NA鄄64(KC967057)
Planococcus Planococcus citreus 1 1 2 NT鄄20(HQ696402), RT12(KC842264)
Planococcus maitriensis 4 3 7 NT鄄3(HQ696361), 87(KC843353)
Planococcus maritimus 1 1 KBM鄄2鄄6(KC967021)
Planococcus rifietoensis 1 1 3 5 KTO鄄RZ(HQ696450),RL6(KC842274)
Planococcus salinarum 12 1 9 22 KTT鄄 9 ( HQ696422 ), 12 ( KC843418 ), RT38(KC842281)
Planomicrobium Planomicrobium koreense 9 2 1 12 KBM鄄 2鄄 20 ( KF219799), AL鄄 17 ( KC844801 ),RN3鄄2(KC842242)
Planomicrobium chinense 2 5 7 AL鄄A18(KC844819), RT4(KC842238)
Planomicrobium okeanokoites 5 3 8 6(KC843392), RT8(KC842243)
Planomicrobium flavidum 1 3 4 RN24(KC842239), 10(KC843389)
Planomicrobium mcmeekinii 1 1 47(KC843363)
Pontibacter Pontibacter salisaro 1 1 2 AL鄄3(KC844808), KBN鄄4鄄22(KC967017)
Psychrobacter Psychrobacter feacalis 1 1 98(KC843399)
Psychrobacter pulmonis 1 1 KLH鄄28(HM854246)
Pseudomonas Pseudomonas azotifigens 3 2 1 6 MA鄄69(KC709664), KBN鄄4鄄17(KC967014), W9(KC84082)
Pseudomonas baetica 1 1 W77(KC840862)
Pseudomonas geniculata 3 3 KTO鄄29(HQ696444)
Pseudomonas indoloxydans 1 1 KTT鄄5 (HQ696415)
Pseudomonas koreensis 1 1 W12(KF017364)
Pseudomonas pelagia 1 2 3 KBN鄄3鄄11(KF049113), MM鄄6(KF819804)
Pseudomonas sabulinigri 2 10 20 32 KBM鄄2鄄12(KF049126), AL鄄68(KC844758), W51(KF017347)
7266摇 22期 摇 摇 摇 吾尔麦提汗·麦麦提明摇 等:塔里木胡杨林可培养胡杨内生细菌多样性与群落结构的时空演变格局 摇
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续表
属
Genus
最近亲缘菌株
Closest species
分离来源 Origin of isolates
U K T Total
代表菌株
Representative isolates
Pseudomonas stutzeri 12 6 13 31 KTT鄄 10(HQ696426), AL鄄 76(KC844787), W15(KC840835)
Pseudomonas toyotomiensis 3 3 W71(KC840859)
Pseudomonas xanthomarina 7 3 10 NT 鄄7(HQ696421), AL鄄77(KC753545)
Pseudomonas xinjiangensis 24 32 23 79 AL鄄A25 ( KC844809), KBK鄄 6鄄 39 ( KF049111),RL24(KC842258)
Pseudomonas alcaliphila 1 1 AL鄄54(KC753546)
Pseudomonas lundensis 1 1 49(KC843374)
Pseudomonas peli 1 1 2 LB鄄3(KC967045), W80(KC840813)
Pseudomonas putida 1 1 2 W57(KC840849)
Pseudomonas oleovorans
subsp.lubricantis 4 4 AL鄄64(KC844777)
Pseudomonas argentinensis 1 1 KTH鄄8(HM854247)
Rahnella Rahnella aquatilis 3 3 W22(KC840865)
Ralstonia Ralstonia pickettii 1 2 3 KTO鄄9(696431), NA鄄1(KC967055)
Rosemonas Rosemonas aestuarii 1 1 1 3 KBM鄄 2鄄 3P ( KC967019), NA鄄 90 ( KC967081),RN15(KC845526)
Rosemonas gilardii subsp.gilardii 1 1 NA鄄14(KC967062)
Rhizobium Rhizobium rosettiformans 3 9 7 19 KBN鄄 4鄄 20 ( KC967016), 88 ( KC843352 ), W7(KC840812)
Saccharibacillus Saccharibacillus kuerlensis 3 3 NT鄄11(HQ696397)
Sanguibacter Sanguibacter marinus 1 1 RL18(KC845525)
Staphylococcus Staphylococcus equorumsubsp.Equorum 1 1 AL鄄c2(KC844770)
Staphylococcus capitis subsp.Capitis 1 1 52(KC843347)
Staphylococcus pasteuri 1 1 KLH鄄3(HM854230)
Staphylococcus xylosus 1 1 KTH6鄄1(HM854231)
Staphylococcus saprophyticus
subsp.Bovis 1 1 KTH6鄄2(HM854233)
Stenotrophomonas Stenotrophomonas maltophilia 1 1 KTO鄄25(HQ696449)
Streptomyces Streptomyces avidinii 1 1 CM鄄19(HQ699509)
Streptomyces glomeroaurantiacus 1 1 CM鄄2(699500)
Streptomyces xanthophaeus 1 1 CM鄄9(HQ699503)
Vibrio Vibrio metschnikovii 1 1 W17(KC840825)
Virgibacillus Virgibacillus koreensis 4 4 AL鄄37(KC844773)
Photobacterium Photobacterium halotolerans 1 1 KLT鄄27(HM854249)
Providencia Providencia rettgeri 1 1 KTH鄄7(HM854245)
Micrococcus Micrococcus yunnanensis 1 1 KTH鄄35(HM854237)
Micrococcus antarcticus 1 1 KLH鄄29(HM854236)
摇 摇 表中分离来源一列 K代表 Kiyik河,U代表 Ugan河,T代表塔河主河道
( Pseudomonas ) 作为优势属分别占 29. 26% 和
19郾 25%。 分离频率最高的是芽孢杆菌属(Bacillus),
分离到 79株该属的细菌,分别属于 18 个种。 分离
频率次之的是假单胞菌(Pseudomonas),分离到 52
株该属的细菌,分别属于 12 个种。 除了出现频率较
高的上述的细菌以外,还分离到了 32 个属的细菌:
Brenneria( 1 个种), Kocuria ( 4 个种), Planococcus
(3个种) ,Planomicrobium(5个种) ,Virgibacillus(1个
8266 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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图 2摇 Ugan河胡杨内生细菌 16rDNA系统发育分析
Fig.2摇 Phylogenetic tree of 16S rDNA sequences of endophytic bacteria isolated from populus euphratica in Ugan River
The tree was constructed by the neighbor鄄joining method.the bootstrap values were obtained after a bootstrap test with 1000 replications;The numbers in
parentheses are accession numbers of sequences;Scale bar indicates 2% sequence divergence
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种), Lysinibacillus ( 1 个 种), Rhizobium ( 1 个 种),
Halomonas(4个种),Nesterenkonia(3个种),Enterobacter
(1 个种),Microbacterium(1 个种),Psychrobacter(2 个
种),Ralstonia(1 个种),Pantoea(1 个种),Acinetobacter
(2个种),Brevibacterium(1个种),Microvirga(1个种),
Gracilibacillus ( 1 个 种 ), Kineococcus ( 1 个 种 ),
Staphylococcus(5 个种),Cellulosimicrobium (1 个种),
Janibacter(1 个种),Roseomonas (2 个种),Luteimonas
(1个种),Pontibacter (1 个种),Exiguobacterium (1 个
种),Oceanobacillus (1 个种),Macrococcus (1 个种),
Photobacterium ( 1 个 种 ), Providencia ( 1 个 种 ),
Micrococcus (2个种)。
从 Ugan 河采集的样品中分离的细菌最多,为
270株,属于细菌六大类群。 其中厚壁菌门所占的比
例最高,占 45.93%。 酌鄄变形菌纲所占的比例为第 2,
占 37.40%。 而在胡杨总内存液中,酌鄄变形菌纲作为
优势类群占总分离菌株的 50.17%;厚壁菌门为第 2,
占 34.58%。 Ugan河样品和胡杨总内生细菌的细菌
类群相比,所占的优势类群比例上有所差异。 例如
Ugan河样品中,酌鄄变形菌纲所占的比例从胡杨总内
存液中的 50.17%减少到 37.4%,列为第 2;而厚壁菌
门所占的比例从胡杨总内存液中的 34.58%增加到
45.93%,列为第 1。 其他 4 个类群所占的比例基本
上跟胡杨总内存液中的比例保持一致,依次为放线
菌门,琢鄄变形菌纲,拟杆菌门和 茁鄄变形菌纲。
2.2.2 摇 Kiyik 河胡杨内生细菌多样性及系统发育
分析
用可培养方法从 Kiyik 河胡杨林的两个采样位
点共获得 151株细菌(表 1),通过 16S rRNA 基因序
列测序,Ezbiocloud(EzTaxon鄄e server)和 BLAST上比
对序列相似性,确定菌株的系统发育地位,并构建系
统发育树分析进化关系(图 3)。 结果表明,151 株细
菌分别属于 酌鄄变形菌纲 ( Gamma鄄Proteobacteria,
57郾 61%),厚壁菌门(Firmicutes, 27.15%),放线菌门
( Actinobacteria, 7. 94%), 琢鄄变 形 菌 纲 ( Alpha鄄
Proteobacteria, 6. 62%), 茁鄄变 形 菌 纲 ( Beta鄄
proteobacteria, 1. 32%) 和拟杆菌门 ( Bacteroidetes,
0郾 66%)等细菌域 6大系统发育类群,25 个属,49 个
物种。 其中假单胞菌属(Pseudomonas)作为优势属,
占总分离菌株的 38. 40%,次之是芽孢杆菌属
(Bacillus)占 15.23%。 假单胞菌属(Pseudomonas)的
分离频率最高,分离到 58株该属的细菌,分别属于 8
个不同种。 次之是芽孢杆菌属(Bacillus),分离到 23
株该属的细菌,分别属于 8 个种。 除了以上的出现
频率较高的细菌以外,还分离到了 23 个属的细菌:
Halomonas(5种),Planococcus(5 种),Acinetobacter(2
种), Streptomyces ( 3 种 ), Nesterenkonia ( 2 种 ),
Microbacterium ( 2 种 ), Ignatzschineria ( 1 种 ),
Azomonas(1 种), Stenotrophomonas ( 1 种),Ralstonia
(1 种),Macrococcus(1 种),Saccharibacillus(1 种),
Planomicrobium ( 1 种 ), Corynebacterium ( 1 种 ),
Kocuria(1种),Nocardioides(1 种),Rosomonas(1 种),
Rhizobium ( 1 种 ), Pontibacter ( 1 种 ), Fictibacillus
(1种), Exiguobacterium ( 1 种), Brenneria ( 1 种),
Pantoea(1种)。
从 Kiyik河采集的样品中分离的细菌较少,为
151株,属于细菌六大类群。 六大类群在 Kiyik 河样
品中所占的比例基本上跟胡杨总内存液保持一致,
依次为 酌鄄变形菌纲,厚壁菌门,放线菌门,琢鄄变形菌
纲,拟杆菌门和 茁鄄变形菌纲。 而 Kiyik 河和 Ugan 河
样品的细菌类群相比,在 Kiyik河样品中 酌鄄变形菌纲
所占的比例有所增加,占 57郾 61%。 厚壁菌门所占的
比例有所减少,仅占 27.15%。 除此之外,放线菌所
占的比例有减少,琢鄄变形菌纲所占的比例有增加的
趋势。
2.2.3摇 塔河胡杨内生细菌多样性及系统发育分析
用可培养方法从塔河胡杨林的两个采样位点共
获得 167株细菌(表 1),通过 16S rRNA 基因序列测
序,Ezbiocloud(EzTaxon鄄e server)和 BLAST上比对序
列相似性,确定菌株的系统发育地位,并构建系统发
育树分析进化关系(图 4)。 结果表明,167 株菌分别
属于 酌鄄变形菌纲(Gamma鄄Proteobacteria, 64.70%),
厚壁 菌 门 ( Firmicutes, 23. 30%), 放 线 菌 门
( Actinobacteria, 6. 60%), 琢鄄变 形 菌 纲 ( Alpha鄄
Proteobacteria, 5.30%) 等细菌域 4大系统发育类群,
19个属 39个物种。 其中假单胞菌属作为优势属,占
细菌总数的 38.90%,共分离到 65 株属于该属的细
菌,分别属于 8 个种。 除此之外还分离了 Aeromonas
(3 种 ), Acinetobacter ( 1 种 ), Brenneria ( 1 种 ),
Escherichia(1种),Halomonas(1 种),Rahnella(1 种)
和 Vibrio(1种)等属于 酌鄄变形菌纲的 8 个不同属的
细菌。厚壁菌门(Firmicutes)细菌类群中含有39株
0366 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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图 3摇 Kiyik河胡杨内生细菌 16rDNA系统发育分析
Fig.3摇 Phylogenetic tree of 16S rDNA sequences of endophytic bacteria isolated from populus euphratica in Kiyik River
The tree was constructed by the neighbor鄄joining method.the bootstrap values were obtained after a bootstrap test with 1000 replications;The numbers in
parentheses are accession numbers of sequences;Scale bar indicates 2% sequence divergence
1366摇 22期 摇 摇 摇 吾尔麦提汗·麦麦提明摇 等:塔里木胡杨林可培养胡杨内生细菌多样性与群落结构的时空演变格局 摇
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图 4摇 塔里木河胡杨内生细菌 16rDNA系统发育分析
Fig.4摇 Phylogenetic tree of 16S rDNA sequences of endophytic bacteria isolated from populus euphratica in Tarim River
The tree was constructed by the neighbor鄄joining method.the bootstrap values were obtained after a bootstrap test with 1,000 replications;The numbers
in parentheses are accession numbers of sequences;Scale bar indicates 2% sequence divergence
2366 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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细菌,分别属于 Bacillus ( 5 种),Aerococcus ( 1 种),
Exiguobacterium ( 1 种 ), Marinilactibacillus ( 1 种 ),
Planococcus(3 种)和 Planomicrobium(4 种)等 6 个
属。 放线菌门细菌类群中含有 11 株细菌,分别属于
Kocuria(2种),Nesterenkonia(1 种)和 Sanguibacter(1
种)等 3 个属。 琢鄄变形菌纲 ( Alpha鄄Proteobacteria)
细菌类群中含有 9 株细菌,分别属于 Roseomonas(1
种),Rhizobium属(1种)。
从塔河采集的样品中分离的细菌较多,为 167
株,属于细菌四大类群。 塔河和 Ugan 河,Kiyik 河样
品的胡杨内生细菌相比,在细菌类群上有一定的差
异,例如 Ugan 河,Kiyik 河样品中分离的拟杆菌门和
茁鄄变形菌纲的细菌在塔河样品中没有被分离到。 并
且 酌鄄变形菌纲所占的比例有继续增加的趋势,例如
酌鄄变形菌纲在 Ugan 河占 37. 40%,在 Kiyik 河占
57郾 61%,在塔河样品中占 64.70%。 而厚壁菌门所占
的比例有减少的趋势,例如厚壁菌门在 Ugan 河占
45郾 93%,在 Kiyik 河占 27郾 15%,在塔河样品中占
23郾 30%。 除此之外,放线菌门所占的比例也有相应
的减少趋势,放线菌门在 Ugan 河样品中占 13郾 70%,
在 Kiyik河占 7郾 94%,在塔河样品中占 6郾 60%。 琢鄄变
形菌纲所占的比例跟 Ugan 河样品相比有增加,跟
Kiyik河样品相比有减少趋势。
2.3摇 胡杨本源内生新菌种分布状况分析
Ugan河、Kiyik河和塔河主河道胡杨林胡杨内存
液中总共分离的 588 株细菌中,有 211 株菌 ( 16S
rRNA基因序列长度 1300—11500 bp)与其已知的最
近亲缘关系菌株的 16S rRNA 基因序列相似性小于
98.0%(表 2),占总分离菌株的 35.884%。 这 211 株
菌隶属于 19个属,41个种(表 2),是 41 个潜在的新
菌种,也是胡杨林中的特有本源土著菌种。 这一数
据充分展示了胡杨内生菌群落结构的独特性,它们
整体上较少的遭受外来常见优势菌种的入侵、清洗
与取代,保持了较高程度的地域隔离性、纯洁性与原
始性。 这 41 种潜在新菌中,只有与 Halomonas
meridiana,Nesterenkonia aethiopica,Pseudomonas azotifigens,
Pseudomonas sabulinigri, Pseudomonas xinjiangensis,
Rhizobium rosettiformans 这 6 个菌种相聚类的 6 个潜
在新菌种从所有 3 条河道的样品中检出,他们是胡
杨林中普遍存在的本源物种。 其中与 Pseudomonas
xinjiangensis 这个菌种相聚类的潜在新菌种中共有
74个分离株,占总分离菌株的 12.585%(74 / 588),是
胡杨内生菌中的本源优势菌种。 还有与 Acinetobacter
lwoffii, Halomonas sulfidaeris, Macrococcus brunensis,
Nesterenkonia suensis,Pseudomonas pelagia,Pseudomonas
stutzeri相聚类的 6 个潜在新菌种只出现在 Kiyik 河
与 Ugan河这 2条河道的样品中,而没有出现在塔河
样品。 这一结果揭示塔河胡杨内生菌群落结构发生
了较大的变化,而 Ugan 河与 Kiyik 河胡杨内生菌群
落结构较多的保持了原始状态。 而其余的 29 个潜
在新菌种分别分布于 3 个河道中一条河道中,它们
是胡杨内生菌中稀有的本源弱势菌种,比较容易受
环境因素的干扰,被外来优势菌群清洗取代。 各河
道胡杨林区内生菌新菌种的检出率表现出了较大的
差异,Ugan河为 21种,Kiyik河为 20 种,而塔河最少
只有 8种。 这表明塔河主河道流域受人类生活和生
产活动的影响,大量的外来常见优势菌群入侵扩散,
使原有本土弱势菌群大量消失,胡杨林原有的本源
内生菌种群落结构产生了较大的改变。
表 2摇 潜在新种与模式菌株的 16 rDNA序列相似性
Table 2摇 16S rDNA similarity of potential new species and its closet relative species
属
Genus
最近亲缘菌株
Closest species
分离来源 Origin of isolates
U K T Total
16S rDNA相似性
Similarity%
1 Acinetobacter Acinetobacter lwoffii DSM 2403(T) 2 2 4 96.926—97.7
2 Azomonas Azomonas macrocytogenes IAM 15003(T) 2 2 96.554
3 Bacillus Bacillus alkalitelluris BA288(T) 1 1 97.11
4 Bacillus anthracis ATCC 14578(T) 1 1 96.79
5 Bacillus beringensis BR035(T) 1 1 96.73
6 Bacillus halmapaus DSM8723(T) 1 1 97.34
7 Bacillus niabensis 4T19(T) 1 1 95.81—97.46
8 Bacillus persicus B48(T) 1 1 97.71
3366摇 22期 摇 摇 摇 吾尔麦提汗·麦麦提明摇 等:塔里木胡杨林可培养胡杨内生细菌多样性与群落结构的时空演变格局 摇
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续表
属
Genus
最近亲缘菌株
Closest species
分离来源 Origin of isolates
U K T Total
16S rDNA相似性
Similarity%
9 Bacillus safensis FO鄄036b(T) 1 1 97.707
10 Bacillus tequilensis NRRL B鄄41771(T) 1 1 97.843
11 Bacillus vietnamensis 15鄄1(T) 1 1 97.825
12 Halomonas Halomonas meridiana DSM 5425(T) 3 2 1 6 96.73—97.92
13 Halomonas gomseomensis M12(T) 1 1 97.612
14 Halomonas sulfidaeris ATCC BAA鄄803(T) 1 4 5 97.383—97.81
15 Kocuria Kocuria rosea DSM20447(T) 1 1 97.74
16 Luteimonas Luteimonas terricola BZ92r(T) 1 1 97.76
17 Lysinibacillus Lysinibacillus xylanilyticus XDB9(T) 2 2 97.03
18 Macrococcus Macrococcus brunensis CCM 4811(T) 1 1 2 91.586,92.49
19 Microvirga Microvirga lotononidis WSM3557(T) 1 1 97.82
20 Nesterenkonia Nesterenkonia aethiopica DSM 17733(T) 2 1 6 9 97.652—97.99
21 Nesterenkonia suensis Sua鄄BAC020(T) 8 2 10 97.16—97.85
22 Nocardioides Nocardioides alkalitolerans KSL鄄1(T) 1 1 97.21
23 Oceanobacillus Oceanobacillus iheyensis HTE831(T) 1 1 97.76
24 Pantoea Pantoea brenneri LMG 5343(T) 1 1 97.888
25 Planococcus Planococcus salinarum ISL鄄16(T) 1 1 97.068
26 Planococcus citreus NCIMB1493(T) 1 1 97.068
27 Planococcus maritimus TF鄄9(T) 1 1 97.79
28 Planomicrobium Planomicrobium koreense JG07(T) 1 1 97.52
29 Pseudomonas Pseudomonas alcaliphila AL15鄄21(T) 1 1 97.29
30 Pseudomonas argentinensis CH01(T) 1 1 97.47
31 Pseudomonas azotifigens 6H33b(T) 2 2 1 5 97.275—97.9
32 Pseudomonas geniculata ATCC 19374(T) 1 1 97.586
33 Pseudomonas oleovorans subsp.lubricantis RS1(T) 4 4 96.99—97.2
34 Pseudomonas pelagia CL鄄AP6(T) 1 2 3 96.56—97.1
35 Pseudomonas sabulinigri J64(T) 2 10 20 32 96.939—97.42
36 Pseudomonas xinjiangensis S3鄄3(T) 19 32 23 74 97.08—97.28
37 Pseudomonas stutzeri CCUG 11256(T) 4 2 6 97.17—97.78
38 Saccharibacillus Saccharibacillus kuerlensis HR1(T) 1 1 96.691
39 Rhizobium Rhizobium rosettiformans W3(T) 3 9 7 19 96.815—97.4
40 Rhizobium rubi IFO 13261(T) 1 1 96.08
41 Virgibacillus Virgibacillus koreensis BH30097(T) 3 3 97.35—97.45
总计 total 19 41 (U:21, K:20, T: 8) 73 78 60 211 <98.00%
摇 摇 表中分离来源一列 K代表 Kiyik河,U代表 Ugan河,T代表塔河主河道
2.4摇 胡杨内生细菌多样性指数与 3条河细菌群落的
分布状况分析
2.4.1摇 从 3条河胡杨林中分离的胡杨内生细菌多样
性指数结果见表 3。 从表中可知:Ugan 河胡杨内生
细菌辛普森 ( Simpson ) 多样性指数,香农鄄威纳
(Shannon鄄Wiener)多样性指数高于 Kiyik 河和塔河
胡杨内生细菌的多样性指数。 Kiyik 河和塔河比较,
塔河胡杨内生细菌辛普森(Simpson)多样性指数高
于 Kiyik 河胡杨内生细菌,而 Kiyik 河胡杨内生细菌
香农鄄威纳(Shannon鄄Wiener)多样性指数高于塔河胡
杨内生细菌。 比较香农鄄威纳(Shannon鄄Wiener)均匀
指数,Ugan河胡杨内生细菌均匀度最高,塔河胡杨
内生细菌的均匀度为次之,Kiyik 河杨内生细菌的均
匀度最低。
4366 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 3摇 3个生态区胡杨内生细菌多样性指数与均匀度指数
Table 3 摇 Diversity index and uniformity index of the endophytic
bacteria from three ecosystems
多样性指数
Index of diversity
Ugan河
Ugan River
Kiyik河
Kiyik River
塔河主河道
Tarim River
辛普森多样性指数
Simpson 0.969 0.931 0.935
香农 鄄威纳指数
Shannon鄄Wiener 5.436 4.5 4.3944
香农威纳均匀度指数
Shannon鄄Wiener 0.857 0.7937 0.8314
2.4.2摇 胡杨林内生细菌群落的菌种分布状况见图
5。 由图 5 可知塔里木胡杨林内生细菌群落共形成
114个物种水品的分类学单元。 其中 Ugan 河分布
81种,Kiyik河 49 种,塔河主河道 39 种。 由于各河
道的地理位置、空间距离和采样点的环境条件的不
同,3个内生菌亚群落结构上出现了较大的差异。 属
于 Acinetobacter johnsonii , Bacillus flexus, Bacillus
pumilus,Bacillus safensis,Brenneria salicis,Halomonas
meridiana, Kocuria rosea, Nesterenkonia aethiopica,
Planococcus rifietoensis, Planococcus salinarum,
Planomicrobium koreense, Pseudomonas azotifigens,
Pseudomonas sabulinigri, Pseudomonas xinjiangensis,
Pseudomonas stutzeri, Rosemonas aestuarii, Rhizobium
rosettiformans等以上 17种的细菌在 3 条河胡杨林采
集的样品中都得到了分离培养,仅占菌种数总数的
14.91%。 而其余 97 个物种则分别分布于其中一条
河道或 2 条河道。 Ugan 河分布的 81 种中除了 3 者
共有的 17 种外,与 Kiyik 河共有的有 12 种,与塔河
共有的有 7 种,Ugan 河独有的有 45 种之多。 Kiyik
河分布的 49个菌种中除了 3 者共有的 17 种外,与
Ugan河共有的有 12 种,与塔河共有的有 2 种,Kiyik
河独有的有 18种。 塔河分布的有 39 种除了 3 者共
有的 17种外,与 Ugan 河共有的仅有 7 种,与 Kiyik
河共有的仅有 2 种,塔河独有的有 13 种。 3 个亚群
落独有的菌种数有 76 株之多,占总菌种数的 66.
67%,总体上呈现离散状态。 上述数据表明胡杨内
生菌的地域分布性较强,不同的胡杨林生态区有不
同的菌种分布。 3个亚群落中共有的 17个菌种是胡
杨内生菌种中适应性最强的菌种,可能在胡杨体内
新陈代谢过程中具有重要的功能,与胡杨树共生共
荣,不弃不离。
图 5摇 胡杨内生菌群落分布状况示意
Fig.5 摇 Venn diagram of representing the number of species
isolated from each sample and the overlap of species among
the samples
图中 Ugan代表 Ugan河,Kiyik 代表 Kiyik 河, Tarim 代表塔河主
河道
2.5摇 菌种与潜在新菌种检出率分析
本源潜在新菌种是一个细菌群落中特有的物
种,因为它不存在于其它任何不同的细菌群落中。
因而,本源潜在新菌种数量的多少可以直观的反映
一个微生物群落是否处于原生态状态。 潜在新菌种
数量多表明外来优势常见菌种尚未对它们进行取代
和替换,反之则表明潜在新菌种被外来优势常见菌
种清除、数量减少,细菌群落结构发生了改变。 同
理,随着外来优势常见菌种的持续入侵,群落中原有
弱势菌种不断被取代清除,导致菌种数减少。 所以
一个细菌群落是否被外源菌群入侵,也可以通过该
群落的菌种数量作为指标进行衡量和判定。
本研究从 Ugan 河采样点分离到了最多 ( 270
株)的表型各异的胡杨内生菌株,它们录属于 6 大系
统发育类群,34个属 81个物种。 平均每 3.333(270 /
81)个分离菌株产生 1个物种水平的分类学单元(表
4)。 Ugan河样品中分离到 21种(表 2)潜在新菌种,
平均每 12.857(270 / 21)个分离株能够检出 1 个潜在
的新物种分类单元(表 4)。 在种的水平上表现出了
较大的相容性。
从 Kiyik河采样点分离到了较少(151 株)的表
型各异的胡杨内生菌株,它们录属于 6 大系统发育
类群,25个属 49 个物种。 平均每 3.082(151 / 49)个
分离菌株产生 1 个物种水平的分类学单元(表 4);
在潜在新菌种的检出率上也表现出同一趋势,样品
中分离到 20 种 (表 2)潜在新菌种,平均每 7. 55
5366摇 22期 摇 摇 摇 吾尔麦提汗·麦麦提明摇 等:塔里木胡杨林可培养胡杨内生细菌多样性与群落结构的时空演变格局 摇
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(151 / 20,表 4)个分离株就能够检出 1个潜在的新物
种分类单元(表 4);在种的水平上表现出了最大的
相容性。
从塔里木河采样点分离到了较多(167 株)的表
型各异的胡杨内生菌株,但是仅录属于 4 大系统发
育类群,19个属,39个物种。 平均每 4.282(167 / 39)
个分离菌株才能产生 1 个物种水平的分类学单元
(表 4)。 样品中仅分离到 8种(表 2)潜在新菌种,平
均每 20.875(167 / 8)个分离株才能够检出 1 个潜在
的新物种分类单元(表 4);在种的水平上表现出了
较大的局限性。
表 4摇 3个生态区胡杨内生细菌菌种与潜在新菌种检出率
Table 4 摇 The detection rates of bacteria species number and the
indigenous potential new species number in three ecosystems
检出率
Detection rates
Ugan河
Ugan River
Kiyik河
Kiyik River
塔河主河道
Tarim River
菌种检出率
detection rates of
bacteria species
1 / 3.333 1 / 3.082 1 / 4.282
潜在新菌种检出率
detection rates of
potential new species
1 / 12.875 1 / 7.550 1 / 20.875
表 4数据揭示,Kiyik 河胡杨内生菌群落中,菌
种检出率与潜在新菌种检出率均最高,细菌群落结
构相对保持了最高程度的原始状态。 由同类物种的
外来突变体品系在胡杨体内定植类型较少,形成改
变原有平衡状态的外来优势种群比较有限。 在塔河
主河道胡杨内生菌群落中,菌种检出率与潜在新菌
种检出率均最低,菌种数量上趋于减少,细菌群落结
构相对发生了较大的改变。 外来优势种群的入侵、
定植和扩散对原有的本源稀有弱势菌种形成较大的
选择压力,稀有弱势群体已经被边缘化、取代和清洗
出局。 Ugan河胡杨内生菌群落的菌种检出率与潜
在新菌种检出率均据第二位,细菌群落结构虽然发
生了一定程度的改变,但也在相当的程度上保持了
原始状态。
3摇 讨论
(1)塔里木胡杨林是全世界最大的一片天然胡
杨林,其分布面积约为 30 万 hm2 [9]。 塔河中游主林
区内人烟稀少,受人类生产与生活活动影响较小,基
本上保持着原生态状态。 本研究所获数据表明,胡
杨内生细菌多样性高,整体上在门和纲、属和物种的
水平上都展现了其内在的丰富度。 系统发育比较均
匀,群落结构保持相对稳定。 在 588 株分菌株中就
有 211 株菌的 16S rDNA 序列与已报道的菌种序列
相似性小于 98.0%,它们是塔里木胡杨林内生细菌
的特有本源菌群,数量大,比例高。 潜在新菌种类型
数量多,分布域广泛(19 个属的 41 个种)等结果揭
示:整个群落结构保持了较高的纯洁性,较少地受到
了外来优势菌群的入侵与取代,原始状态保持完好,
与胡杨林这一大生态环境保持了较高的一致性。
(2) 塔里木河主河道是目前最繁茂的胡杨林
区,也是当今人类生产与生活活动的聚集区。 已断
流废弃 126a的 Ugan河[29]与断流废弃 344a 的 Kiyik
古河道位于塔河中游南部的荒漠区(图 1),它们与
当今塔河河道距离较远,已脱离了塔河水系。 其河
岸两侧断续地分布着相当繁茂的胡杨林,形成了在
时间和空间上相对隔离封闭的 3 个生态体系。 3 条
河分离菌种亚群落结构的分析数据(图 5)揭示:3 个
亚群落共有的菌种数远低于各亚群落独有的菌种
数,个性远大于共性,菌种的地域分布性较强,不同
的胡杨林生态区有不同的菌种分布。 菌种与潜在新
菌检出率(表 2,表 4)数据表明:Kiyik 河菌种与潜在
新菌检出率最高,这与它的断流年代、无人类活动遗
迹、较远的地理隔离距离与小生态环境等特征相适
应,保持了最原始的群落结构体系。 Ugan 河的菌种
与新菌种检出率较高,与 Kiyik 河保持了较多的共
性,与塔河共性较低。 这与其断流废弃年代,与人类
生活区的空间距离相一致。 塔河亚群落的菌种与潜
在新菌种检出率最低,是外来常见优势微生物的入
侵、取代和生态冲刷所致,在时间与空间上与当代人
类活动的增加密切相关。
(3)本源潜在新菌种检出率是指本源的潜在新
菌种数在所属群落的分离菌株数中所占的比率。 它
比较易于理解、直观,灵敏,变化幅度比较大,易于对
群落结构是否被入侵及其改变程度进行对比研判。
但是它只适用于本源新菌种较多的群落的分析,而
不能用于对本源新菌种少或缺乏的群落的分析。 菌
种检出率是指一个群落中的所有菌种数在所属群落
的分离菌株数中所占的比率。 它比较抽象,不直观,
灵敏度与变化幅度都较小。 但是他可以用于研判任
6366 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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何 1个群落被入侵更改的程度。 尤其适应对本源新
菌种少或为零的群落的分析。 这两个指数越大就证
明群落结构的原始状态保持的越好,反之就表明群
落结构遭到了外来优势物种的更改。
(4) 3个群落共有的 17 个菌种(图 5,表 1,表
2)是所有胡杨内生菌中最适应于胡杨内环境的菌
种,它们可能在胡杨的生理生化、物质代谢与免疫等
方面起着举足轻重的作用,它们是胡杨病虫害生防
菌株的有力候选菌株。 植物内生细菌作为潜在的生
防资源,已成为近年来生防菌剂研制开发的热点。
国内外许多学者已在该领域取得了较多的进展,并
已应用于生产实践。 多年来胡杨一直受到褐色斑点
病,黑色斑点病,叶锈病,黑星病,栅锈菌病,树干腐
烂病,春尺蠖等病原菌和害虫的危害,这些病害极大
地加剧了胡杨林的衰败与生态体系的破碎化的进
程[30鄄36]。 从胡杨中分离适应性强的可培养内生细
菌,检测出一批具有生物防治作用的内生菌资源,将
在提高胡杨树的抗病,抗虫能力和促进胡杨林复壮
等方面具有潜在的实践意义。
(5)假单胞菌属由于简单的营养需求,易适应等
特征在自然界中普遍存在[37]。 该属被认为是根际
微生物群体很重要的成分,他们有能力在根表面增
殖,防止植物病原菌的繁殖和促进植物生长[38,39]。
现已证实假单胞菌能产生有效铁载体、抗生素、胞外
水解酶和 HCN 等抑菌代谢产物和诱导植物组织产
生抗生,有效地保护植物根系免受病原微生物侵
害[37,40鄄42]。 本 研 究 中 分 离 的 与 Pseudomonas
xinjiangensis相聚类的潜在新菌种具有酯酶(C4),类
脂酯酶(C8),酸性磷酸酶,碱性磷酸酶活性。 并且
能产生醋竹桃霉素,二甲胺四环素等抗生素。 因此
可以推测,与 Pseudomonas xinjiangensis 这个菌种相
聚类的潜在新菌种作为胡杨内生菌中的本源优势菌
种,在防治胡杨病害和加速胡杨对一些有机物的利
用等方面起着一定的作用。
4摇 结论
(1)塔里木河胡杨林胡杨内生细菌具有很高的
细菌多样性,在分离检测的 588 株细菌的范围内,共
发现 6大类群的细菌。 其中 酌鄄变形菌纲的细菌占总
分离菌的 50.17%, 厚壁菌门占 34.58%,放线菌门占
10.17%,琢鄄变形菌纲占 4.24%,拟杆菌门占 0.50%,
茁鄄变形菌纲占 0.34%;共 47 个属,114 种;酌鄄变形菌
纲和厚壁菌门的细菌是胡杨茎秆液中的优势类群,
假单胞菌属(29.76%)和芽孢杆菌属(19.05%)为优
势属。
(2)总分离菌株中就有 211株菌的 16S rDNA与
已报道的菌种序列相似性小于 98.0%,它们是塔里
木胡杨林内生细菌的特有本源菌群,数量大,比例
高。 潜在新菌种类型数量多,分布域广泛,分布在 19
个属的 41个物种。 其中与 Pseudomonas xinjiangensis
这个菌种相聚类的潜在新菌种(74 株,12.585%)是
胡杨内生菌的本源优势菌种。
(3) 辛普森多样性指数表明 Kiyik 河胡杨可培
养内生菌的多样性指数为 0.931,塔河多样性指数为
0.935;Ugan河多样性指数最高,为 0.969。 香农—威
纳均匀度指数表明,Ugan 河的可培养胡杨内生细菌
的均匀度指数为 0.8570;塔河次之,为 0.8314;Kiyik
河最低,为 0.7937。
(4) 塔河主河道的胡杨内生菌群落结构,在伴
随人流而入侵的外来优势菌种的作用下,已经发生
了较大改变。 Kiyik 河的内生菌群落结构保持最为
完善,很少受到外界的影响。 Ugan 胡杨内生细菌群
落结构发生了较小程度的改变,原生态保持状况优
于塔河,弱于 Kiyik河。
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