钾矿物表生矿物分解细菌资源与生物多样性研究

微生物广泛分布于各种地质环境中，微生物过程在地球环境中元素的循环、矿物的形成和风化以及环境保护等方面起着非常重要的作用。本项目根据南京小龙山钾矿区生态环境和矿物风化状况，采集不同生态环境中风化程度不同的钾矿物，同时采集附近非矿区土壤样品作为对照。采用改进培养方法结合现代分子生态手段以及现代仪器分析技术，分析矿物表生和土壤可培养矿物分解细菌和未培养细菌资源和种群多样性、功能多样性及遗传多样性及其关键影响因素，筛选高效钾矿物分解细菌，研究高效菌株与钾矿物（钾长石、黑云母）相互作用及菌株强化矿物风化效应及其机制。预期研究结果不仅可以丰富矿物分解细菌资源库、基因库，而且可为深入阐明矿物分解细菌生物多样性与矿物风化的关系、矿物-微生物相互作用及矿物生物风化机制提供实验依据，并可为植物促生细菌的筛选与利用提供基础材料。

微生物-矿物相互作用是地质环境中广泛发生的一种重要作用，对于矿物风化、土壤形成和土壤肥力的维持以及生态环境都有重要的影响。本课题通过研究不同风化程度钾矿物表生矿物风化细菌资源、生物多样性以及对硅酸盐矿物的风化效应，阐明不同风化程度钾矿物表生矿物风化细菌种群结构与多样性，细菌对硅酸盐矿物的风化效应及其机制，该研究结果不仅丰富了矿物风化细菌的资源库，而且为深入理解矿物-微生物相互作用提供理论依据，同时为矿物风化细菌的利用提供了菌种资源。.通过未培养（DGGE和16S rDNA克隆文库）方法研究了不同风化程度钾矿物表生细菌和矿物风化细菌的种群多样性，结果表明Acidobacteria，Actinobacteria及α-Proteobacteria为低风化和高风化矿物优势种群；Bacteroidetes也为高风化矿物优势种群；土壤细菌以Acidobacteria及β-Proteobacteria为优势种群。β-，δ-Proteobacteria，Firmicutes，Planctomycetes，Chloroflexi，Nitrospira，Ktedonobacteria及Verrucomicrobia随着矿物风化程度的增高呈递增的趋势。PCA及CCA分析表明，α-Proteobacteria，Bacteroidetes，Gemmatimonadetes与样品中的K，Ca，Mg含量相关，而-Proteobacteria，Planctomycetes，Ktedonobacteria，Firmicutes及Acidobacteria与Si，Al，Fe含量相关。.从不同风化程度的钾质粗面岩样品中分离到270株细菌，对270株细菌风化钾质粗面岩能力（以Fe、Si、Al、K这四种结构元素的溶出为风化指标）进行了研究，结果表明，分离自钾质粗面岩样品的细菌均对矿物（岩石）具有显著的风化作用；从钾质粗面岩显著溶出Fe、Si、Al、K元素的细菌比例分别为67%、93%、95%和65%。相关性分析表明，发酵液中pH值与Fe、Si、Al和K的浓度呈显著负相关（对应的相关系数分别为-0.775，-0.488，-0.855，-0.586，P <0.01）。高效岩石风化细菌溶解钾质粗面岩的动态研究表明，岩石风化细菌JN197释放Fe、Si、Al和K的方式与岩石风化细菌JN73和JN111明显不同