五大連池火山堰塞湖表層沉積物中細(xì)菌多樣性及其同環(huán)境因子的關(guān)系

五大連池火山堰塞湖表層沉積物中細(xì)菌多樣性及其同環(huán)境因子的關(guān)系沉積物細(xì)菌多樣性一直是水體微生物分子生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。豐富的營養(yǎng)和特殊的環(huán)境使沉積物成為水體細(xì)菌的理想棲息地。趨磁細(xì)菌(Magnetotacticbacteria,MTB)是沉積物微生物的重要成員,在鐵硫元素的地球化學(xué)循環(huán)和沉積物土壤磁學(xué)方面扮演著重要角色。關(guān)于沉積物細(xì)菌多樣性的分析多集中在淡水生境和咸水生境,而對火山堰塞湖沉積物細(xì)菌多樣性的研究較少。關(guān)于水體沉積物中MTB的研究主要集中在多樣性解析方面,MTB對沉積物磁性影響的報道極少。此外,沉積物細(xì)菌包括MTB的分子地理學(xué)研究主要集中在單一水體或者較大尺度上的多個水體,缺乏對較小尺度上不同類型水體中沉積物細(xì)菌包括磁細(xì)菌多樣性的系統(tǒng)研究。針對上述背景,本研究選取五大連池8個火山堰塞湖表層沉積物樣品,對其理化特征進(jìn)行系統(tǒng)分析,采用磁富集和Race-Track法收集MTB和非趨磁細(xì)菌,通過高通量測序技術(shù)研究沉積物中MTB和非趨磁細(xì)菌多樣性,以解析沉積物中MTB和非趨磁細(xì)菌多樣性特征;結(jié)合沉積物環(huán)境因子的測定結(jié)果,探析其同細(xì)菌多樣性的關(guān)系,從而揭示細(xì)菌對沉積物的環(huán)境意義。利用環(huán)境磁學(xué)手段對磁收集前后的沉積物的頻率磁化率、常溫磁性分析和低溫磁性分析進(jìn)行測試,通過磁收集前后的差異,獲得MTB對沉積物磁性的影響。理化參數(shù)分析表明,8個火山堰塞湖表層沉積物12個環(huán)境因子中,可溶性總鐵、硫化物、全磷、總氮、總有機(jī)碳、氨態(tài)氮、鹽度7個環(huán)境因子在不同的火山堰塞湖中存在顯著性差異?？偟?硫酸根,亞鐵,鹽度和硝態(tài)氮是影響不同類型水體聚類的主要影響因素。從環(huán)境因子的主成分分析結(jié)果可知,藥泉湖和五池的理化環(huán)境相似,一池和二池的理化環(huán)境相似。沉積物MTB多樣性分析結(jié)果表明,8個沉積物樣品中MTB在門水平上的優(yōu)勢菌群為Proteobacteria,而在屬的水平上各個湖泊MTB存在較大差異,月牙泡與藥泉湖的MTB優(yōu)勢菌屬為Crenothrix,但其豐度不同,月牙泡為14.83%,藥泉湖為20.62%,溫泊的MTB優(yōu)勢菌屬為Nitrospira(16.21%),一池的MTB優(yōu)勢菌屬為Magnetospirillum(31.28%),二池和四池的MTB優(yōu)勢菌屬為Alphaproteobacteria,比例分別為4.27%和25.56%,三池的MTB優(yōu)勢菌屬為Staphylococcus(19.33%),五池的MTB優(yōu)勢菌屬為Methylophilaceae(63.71%)。MTB多樣性同環(huán)境因子的相關(guān)性可知,MTB優(yōu)勢菌群變形菌門與可溶性總鐵、硫化物、總有機(jī)碳、總氮、氨態(tài)氮呈正相關(guān),與全磷和鹽度呈負(fù)相關(guān)。從樣品物種組成的相似性看,藥泉湖和一池在物種組成上相似,四池、五池和月牙泡的物種組成相似。利用環(huán)境磁學(xué)手段分析磁收集前后的沉積物的磁學(xué)性質(zhì),闡明MTB對沉積物的磁性影響,結(jié)果表明,MTB對不同湖泊沉積物的頻率磁化率、常溫磁性分析和低溫磁性分析的影響不同。二池的頻率磁化率與其他7個湖泊的頻率磁化率之間存在顯著差異性。在0-15000Oe范圍內(nèi)8個湖泊沉積物的磁化強(qiáng)度存在差異性。8個火山堰塞湖沉積物的低溫磁化強(qiáng)度在一定溫度范圍內(nèi)存在差異性。沉積物中非趨磁細(xì)菌多樣性研究表明,在門水平上8個湖泊沉積物非趨磁細(xì)菌的優(yōu)勢菌群不相同;在屬水平上,月牙泡的優(yōu)勢菌屬為Arthrobacter(14.44%),藥泉湖和二池的優(yōu)勢菌屬為Nitrospira,比例分別為4.35%和3.89%,溫泊的優(yōu)勢菌屬為Thiobacillus(22.04%),一池的優(yōu)勢菌屬為Gemmatimonas(5.99%),三池和四池的優(yōu)勢菌屬為Candidatus-Solibacter,比例分別為6.38%和9.51%,五池的優(yōu)勢菌屬為Lactobacillus(6.57%)。非趨磁細(xì)菌多樣性同環(huán)境因子的相關(guān)性分析可知,優(yōu)勢菌群變形菌門與全磷成正相關(guān),與氨態(tài)氮、鹽度、總有機(jī)碳、可溶性總鐵、硫化物、總氮呈負(fù)相關(guān)。從物種組成的相似性看,藥泉湖和三池在物種組成上相似,一池、四池和月牙泡的物種組成相似。綜上所述,五大連池火山堰塞湖中存在豐富的細(xì)菌類群。其中MTB、非趨磁細(xì)菌主要分布在15個門和12個門,不同湖泊中MTB和非趨磁細(xì)菌分布存在差異。可溶性總鐵、硫化物對MTB的分布具