黄花蒿土壤无机磷细菌地理隔离的代谢证据

Biogeographic isolation of microorganisms in microbial biogeography is currently subjected to great debate. The metabolic component of microorganisms is the key to know phenotypic biogeographical discrimination of microorganism because the metabolism is remarkably affected by the environmental heterogeneity and geographic distance. It will be very important significance to reveal the metabolic evidence for biogeographic isolation of microorganisms via phenotypic biogeographical discrimination of the metabolic component of microorganisms. However, relative understanding is very lack. So this project will be that, based on biogeography and metabonomics, drawing upon phylogeography, with metabolic components as guide, taking the metabolic accumulation and accumulative process of metabolic components as breakthrough point, phenotypic biogeographical discrimination pattern of organic acids and phospholipid fatty acids of inorganic phosphate-solublizing bacteria (IPSB) in soil of Artemisia annua L. will be established via influence of the environmental heterogeneity and geographic distance to the components, contents and their proportions of organic acids and phospholipid fatty acids of IPSB. And biogeographical properties of organic acids and phospholipid fatty acids of IPSB will be clarified and the interaction of them and the environmental heterogeneity and geographic distance will be been clear. The metabolic evidence of biogeographic isolation of IPSB will be revealed. Exploring interaction process and response mechanism of metabolic component of IPSB will be intended to solve the key problem of resource use of agricultural microorganisms.

微生物地理隔离已成为当今微生物生物地理学的研究热点。由于环境异质性及地理距离对微生物代谢产生巨大影响，使得微生物代谢组分成为认识微生物表型生物地理识别的关键。通过微生物代谢组分的表型生物地理识别研究微生物代谢组分的地理特征，对揭示微生物地理隔离的代谢证据具有重要意义。然而，相关的研究十分有限。因此，本项目基于生物地理学与代谢组学研究思想、借鉴谱系地理学理论，以代谢组分为导向，代谢组分的代谢累积及累积过程为切入点，通过黄花蒿土壤无机磷细菌代谢组分的组成、含量及比例关系对环境异质性及地理距离的响应，建立无机磷细菌有机酸及磷脂脂肪酸代谢组分表型生物地理识别模式，阐明无机磷细菌有机酸及磷脂脂肪酸代谢组分的地理特征，明确它们与环境异质性及地理距离的相互作用关系，揭示无机磷细菌地理隔离的代谢证据,探索无机磷细菌代谢组分地理隔离的形成过程与响应机制，以期解决农业微生物资源利用的关键问题。

微生物地理隔离已成为当前微生物生物地理学的研究热点，但微生物地理隔离的证据尚未清楚。由于环境异质性及地理距离对微生物代谢产生重要影响，为此，开展土壤微生物代谢组分地理隔离的代谢证据研究。项目以黄花蒿土壤微生物为研究对象：建立 11:0、2-OH 10:0、12:0、13:0、2-OH 12:0、3-OH 12:0、14:0、i-15:0、α-15:0、15:0、2-OH 14:0、3-OH 14:0、i-16:0、16:1ω7c、16:0、i-17:0、cy17:0、17:0、2-OH 16:0、18:2ω6,9、18:1ω9c、18:1ω9t、10Me18:0、cy19:0、20:0 微生物细胞壁磷脂脂肪酸 (PLFAs) 的 GC-MS 以及分泌有机酸 (包括草酸、酒石酸、甲酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、丁二酸) 的 HPLC-DAD 分析方法。通过 18 样地 54 样点的黄花蒿土壤微生物PLFAs和分泌有机酸组成及含量，分析土壤微生物细菌、真菌、放线菌及线虫的丰富度，土壤细菌占总微生物比例为61.20~97.13%，PLFAs 和有机酸组成及含量存在差异。利用选择性培养基培养不同样地黄花蒿土壤可培养无机磷细菌的 PLFAs 和有机酸组成及含量均存在地理差异。黄花蒿主要代谢组分青蒿素、青蒿素随海拔呈线性变化、对其他环境生物及非生物因子有响应；黄花蒿土壤可培养无机磷细菌群落结构组成与土壤环境因子以及黄花蒿土壤可培养无机磷细菌SMB与分泌有机酸含量存在相关性。从不同黄花蒿土壤中分离、筛选、纯化出可培养无机磷细菌 P1、P2、P3 菌株，分析 P1、P2、P3 菌株的形态特征、16S rDNA 序列与系统发育树，鉴定 P1、P2、P3 菌株为不动杆菌属，其解磷能力为 P2﹥P1﹥P3；在有磷和无磷培养基培养条件下，菌液 OD、pH 值及分泌有机酸含量随培养时间而变化；基于相距 450 多km 的 LD2、SS1 分离纯化的 P1 和 P2 菌株具有相似的形态特征，生长曲线及 pH 变化显示基本一致的特征，但 P1 和 P2 菌株 PLFAs 组成及含量以及在菌液中分泌草酸、甲酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、丁二酸含量均存在差异，暗示 P1 和 P2 菌株 PLFAs 和有机酸组分差异，可能佐证土壤无机磷细菌代谢的地理隔离。