新疆高山冻土活动层微生物群落地理分布格局研究

微生物生物地理学是一个新兴的交叉学科，本项目以我国新疆天山、阿尔泰山、昆仑山五个地理上自然隔离的高山样点冻土活动层微生物群落为研究对象，利用可培养方法和构建rDNA分子克隆文库为主，辅以更简捷的DGGE指纹、荧光显微镜直接计数、荧光探针原位杂交(FISH)、real-time PCR技术，了解不同地理位置高山冻土微生物的多样性及特有的微生物区系；以基因序列之间的系统发育信息为基础(不必将序列归属为具体的OTU)，利用网络在线软件UniFrac同时比较分析多个微生物群落的序列数据，通过多元统计阐明：①在不同的分类水平上, 高山冻土微生物系统发育类群地理分布的一般规律；②在较小的局部空间尺度范围，是否土壤的异质性是决定冻土微生物群落组成的主要因素；在较大尺度的地区空间范围，地理上自然隔离的高山冻土微生物群落组成、地理分布格局是否主要由地理隔离、扩散限制的历史进化因素解释。

1.天山一号冰川底部沉积层冻土可培养微生物分离，采用5种培养基分离了500多个菌株，其中产蛋白酶菌株60多株，产脂肪酶菌株17株、产淀粉酶菌株3株，产半乳糖苷酶菌株25株。这些菌株隶属于四个系统发育类群，共22个属、108个OTU，这些细菌隶属于变形细菌门Proteobacteria、拟杆菌门Bacteroidetes、高G+C革兰氏阳性菌和低G+C的革兰氏阳性菌。依据分离菌株数隶属的门，其丰富度依次为Actinobacteria、γ-Proteobacteria、β-Proteobacteria、α-Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes。最容易分离到的培养物依次为Pseudomonas、Polaromonas、Chryseobacterium、Flavobacterium、Arthrobacter。目前冰川中可培养细菌数量不超过总数的5%。.2. 高通量测序结果显示，天山一号冰川底部沉积层中细菌在高层次分类单元（taxon）门（phylum）一级水平共有18个系统发育类群，其中测序reads丰度超过5%的包括Proteobacteria（58%）、Bacteroidetes（26%）、Actinobacteria（5.7%）；序列超过1%的系统发育类群只有Firmicutes和Chloroflexi，分别为1.03%、1.45%。天山一号冰川底部沉积层及其前沿环境中的细菌，在高层次分类单元（taxon）门（phylum）一级水平共有34个系统发育类群。依据冰川末端距离的增加所代表的演替时间的增加，细菌多样性指数、操作分类单元OUT数明显增加，但不同系统发育类群对多样性变化的贡献差异显著。同时研究发现，冰川退缩前沿环境因素对微生物群落中具体系统发育类群丰度的影响不显著，而对组成群落的微生物单元的影响更显著，即环境梯度的渐进对组成微生物群落空间的演替的作用明显。.3. 冰川底部沉积层微生物群落结构显著不同与前沿环境，冰川底部沉积层环境对特殊功能微生物种群具有明显的生态选择作用，尤其在微氧、缺氧环境下，对可能驱动冰川底部氧化还原化学反应（硝化、反硝化氮素循环、硫化物氧化、硫酸盐循环等）、与生物地球化学循环相关的细菌更加明显；在不同的系统发育水平上，微生物显示的生态凝聚力有比较大的差异。