發(fā)布時(shí)間：2018-10-15 11:02

【摘要】：凝灰?guī)r是一種富含Al、Si和K的火山碎屑巖,凝灰?guī)r的風(fēng)化作用對(duì)于土壤的形成、肥力的維持以及地球化學(xué)元素的循環(huán)有著重要的作用。本文采集江西撫州低風(fēng)化和高風(fēng)化凝灰?guī)r以及附近土壤作為研究對(duì)象,采用Illumina Miseq高通量測(cè)序技術(shù)研究凝灰?guī)r和土壤細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)及多樣性,并結(jié)合樣品理化因子分析細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)與理化因子的相關(guān)性;采用BIOLOG微平板和可培養(yǎng)技術(shù)對(duì)凝灰?guī)r和土壤細(xì)菌的碳源利用能力以及礦物風(fēng)化能力進(jìn)行研究;同時(shí)采用基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)相結(jié)合的方法對(duì)高效礦物風(fēng)化細(xì)菌Rhizobium sp.S41風(fēng)化鉀長(zhǎng)石的機(jī)制進(jìn)行了研究。高通量測(cè)序表明,土壤樣品的OTU(Operational Taxonomic Units)數(shù)目(1097)明顯高于高風(fēng)化(801)和低風(fēng)化巖石樣品(733);系統(tǒng)發(fā)育分析表明,低風(fēng)化和高風(fēng)化凝灰?guī)r樣品以及土壤樣品分別包含24、26和30個(gè)菌門,其中Acidobacteria、Actinobacteria、Proteobacteria和Chloroflexi為優(yōu)勢(shì)種群,占所有種群的77.3%;Candidate_division_OP11、Candidate_division_WS6、SHA-109和Spirochaetae是土壤樣品中特有的菌門。對(duì)樣品地質(zhì)理化因子與細(xì)菌種群之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析,結(jié)果表明樣品pH、有效態(tài)Fe、Si和Mg的含量與細(xì)菌種群之間存在相關(guān)性。有效Si與Candidate_division_WS3有最高的正相關(guān)性(R=0.95,P0.05),與Cyanobacteria有最高的負(fù)相關(guān)性(R=-0.93,P0.05);有效Mg與Euryarchaeota有最高的正相關(guān)性(R=0.97，，P0.05),僅與Cyanobacteria有負(fù)相關(guān)性(R=-0.85,P0.05);優(yōu)勢(shì)種群Acidobacteria與有效Si和Mg的含量顯著正相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.90和0.93，P0.05)。BIOLOG ECO微平板研究表明,土壤樣品微生物豐富度、多樣性指數(shù)、McIntosh指數(shù)均明顯大于凝灰?guī)r樣品。從凝灰?guī)r和土壤樣品中共分離得到150株細(xì)菌,巖石風(fēng)化試驗(yàn)表明,所有菌株均能夠風(fēng)化凝灰?guī)r并釋放出其中的Fe、Si、Al元素;16S rRNA基因序列分析表明供試巖石風(fēng)化細(xì)菌隸屬于Actinobacteria、γ-Proteobacteria、Firmicutes、α-Proteobacteria和β-Proteobacteria 5大類群的20個(gè)菌屬;其中凝灰?guī)r樣品中以Bacillus為優(yōu)勢(shì)菌屬,土壤樣品中以Arthrobacter為優(yōu)勢(shì)菌屬；Bacillus、Proteus、Enterobacter、Microbacterium、Moraxella、Arthrobacter以及Acinetobacter對(duì)凝灰?guī)r有較強(qiáng)的風(fēng)化能力。對(duì)一株具有高效風(fēng)化能力的Bacillus sp.G19菌株進(jìn)行了生理生化特征分析及分子遺傳學(xué)鑒定,結(jié)果表明菌株G19與同屬的Bacillus megaterium IAM13418T和Bacillusayabhattai B8W221的16S rRNA基因序列同源相似性分別為97.1%和97.4%;該菌的脂肪酸主要包括iso-C14:0(6.6%)、iso-C15:0(40.6%)和anteiso-C15:0(40.8%);含有磷脂酰甘油、磷脂酰乙醇胺、雙磷脂酰甘油和未分類脂類;以MK-7為主要的呼吸醌;DNA G+C mol%含量為36.65%;與Bacillus megaterium IAM13418T和Bacillusaryabhattai B8W22T的DNA-DNA同源性分別為49.4%和55.0%。綜上所述,提議菌株G19為Bacillus屬的一個(gè)新種,命名為Bacillus qingshengii sp.nov.。篩選到一株高效風(fēng)化細(xì)菌Rhizobiurri sp.S41,研究了該菌株在鉀長(zhǎng)石和黑云母表面的吸附效應(yīng)對(duì)其風(fēng)化礦物能力的影響;同時(shí)對(duì)菌株S41進(jìn)行基因組測(cè)序,確定了與菌株S41吸附能力相關(guān)的3個(gè)基因polS、cpaC、fliF,采用同源重組技術(shù)構(gòu)建了單敲除、雙敲除和三敲除的突變株,分析了不同突變菌株的吸附能力和礦物風(fēng)化能力,發(fā)現(xiàn)同時(shí)敲除polS、cpaC、fliF的突變株S41-07在礦物表面的吸附能力和風(fēng)化礦物能力明顯減低;通過轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)比較了野生型與polS、cpaC、fliF突變株S41-07在風(fēng)化鉀長(zhǎng)石過程中基因表達(dá)差異,結(jié)果表明,在35 min時(shí)野生型與突變株S41-07相比有1189個(gè)基因差異表達(dá),其中586個(gè)基因表達(dá)上調(diào),603個(gè)基因表達(dá)下調(diào);在7h時(shí)僅有361個(gè)差異表達(dá)的基因,其中158個(gè)基因表達(dá)量上調(diào),203個(gè)基因表達(dá)量下調(diào)。通過基因功能注釋發(fā)現(xiàn)與過氧化物酶、錳轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和砷酸鹽還原酶有關(guān)的編碼基因在35 min和7 h表達(dá)量均顯著上調(diào)。通過對(duì)轉(zhuǎn)錄組與基因組數(shù)據(jù)比較分析預(yù)測(cè)了15個(gè)可能的新基因。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P512.1;Q93


本文編號(hào)：2272337