鉀質(zhì)粗面巖表生細(xì)菌生物多樣性與伯克霍爾德氏菌促進(jìn)礦物風(fēng)化生理機(jī)制研究.pdf

1、鉀質(zhì)粗面巖屬于火成巖，一般含有堿性長石、斜長石、石英、鐵鎂礦物等礦物組分。微生物廣泛分布于各種地質(zhì)環(huán)境中，是地質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。微生物與巖石（礦物）的相互作用是自然界中廣泛發(fā)生的一種重要地質(zhì)現(xiàn)象。鉀質(zhì)粗面巖作為自然界中分布最廣泛的富鉀巖石之一，對其表生細(xì)菌的生物多樣性和礦物風(fēng)化機(jī)制的研究，不僅可以豐富微生物資源庫、基因庫，還為生物地球化學(xué)循環(huán)、土壤的形成以及土壤肥力的維持提供了理論依據(jù)。
　　本研究采集了鉀質(zhì)粗面巖、野青茅

2、根、根際和非根際土壤樣品作為實(shí)驗(yàn)對象，采用Illumina Miseq高通量測序技術(shù)研究鉀質(zhì)粗面巖、土壤和野青茅根樣品細(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。同時(shí)從鉀質(zhì)粗面巖中篩選出一株礦物風(fēng)化能力高效和一株礦物風(fēng)化能力低效的伯克霍爾德氏菌株，研究其在不同環(huán)境條件下對礦物風(fēng)化效果及方式差異，分析伯克霍爾德氏菌風(fēng)化礦物的生理學(xué)機(jī)制。
　　高通量測序表明，野青茅根際土RS(1699)和非根際土BS(

3、1728)的OTU數(shù)目明顯高于野青茅根RI(1111)、高風(fēng)化MR(691)和低風(fēng)化巖石LR樣品(493);系統(tǒng)發(fā)育分析表明，低風(fēng)化和高風(fēng)化的巖石樣品、根際土和非根際土樣品以及野青茅根樣品分別包含13、18、19、22和21個(gè)菌門，其中Proteobacteria(25.38％)、Chloroflexi(23.34％)、Actinobacteria(18.02％)、Acidobacteria(15.93％)為共有優(yōu)勢菌門，占總菌門的82

4、.67％;其中BRC1、Microgenomates是非根際土樣品中特有的菌門，Tenericutes是野青茅根樣品中特有的菌門。主成分分析(PCA)表明，風(fēng)化程度對鉀質(zhì)粗面巖表生細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有重要影響，根際土壤和非根際土壤樣品細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)相似，與巖石樣品以及野青茅根樣品間細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)存在顯著差異。相關(guān)性分析結(jié)果表明，鉀質(zhì)粗面巖中pH、OM、有效態(tài)Mg、 Ca、Si、Al、Mn、Cu對細(xì)菌優(yōu)勢種群的分布有顯著影響。
　　為研究伯克

5、霍爾德氏菌對礦物的風(fēng)化效應(yīng)。本研究從鉀質(zhì)粗面巖和野青茅根、根際和非根際土壤中分離篩選到12株具礦物風(fēng)化效應(yīng)的伯克霍爾德氏菌。通過菌株16SrDNA序列分析，這12株伯克霍爾德氏菌分別屬于6個(gè)種群，同時(shí)研究了伯克霍爾德氏菌對鉀長石和黑云母的溶解效應(yīng)與菌株的生物學(xué)特性。結(jié)果表明，供試伯克霍爾德氏菌從鉀長石中釋放出的Si、Al分別比對照增加了23.7-119％、2.1-20.8倍，從黑云母中釋放出的Si、Al分別比對照提高了11.9-181％

6、、5.3-321％。另外，不同的伯克霍爾德氏菌產(chǎn)鐵載體能力不同，而且對溫度、pH和鹽濃度具有一定的耐受性。
　　篩選一株高效礦物風(fēng)化能力的菌株Burkholderia sp.F22和一株低效礦物風(fēng)化能力的菌株Burkholderia sp.G34作為供試菌株，研究其在不同培養(yǎng)條件下對礦物的風(fēng)化特點(diǎn)以及多種代謝產(chǎn)物的差異。結(jié)果表明，菌株F22從礦粉中釋放Fe、Al和Si元素的量分別比對照增加了2.1-185、2-254、1.8-9.

7、8倍;菌株G34從礦粉中釋放Fe、Al和Si元素的量分別比對照增加了1.7-139、2-180、1.9-4.7倍;菌株F22對礦粉中Fe、Al的元素釋放能力是菌株G34的3.1-218、1.7-49倍。Fe、Al元素表現(xiàn)出明顯的協(xié)同溶出現(xiàn)象。菌株F22發(fā)酵液和礦物表面的菌體總量顯著低于菌株G34，但其礦物表面菌體量與總菌量的比值是菌株G34的1.4-275倍，且菌株F22代謝能力更強(qiáng)。在葡萄糖含量充足的條件下菌株F22葡萄糖酸和多糖產(chǎn)量