湖泊细菌基因多样性的T-RFLP和16S rDNA克隆文库研究

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淡水生态系统中,细菌是有机质分解矿化,C、N、P、S等生源要素生物地球化学转化的主要参与者,其在物质循环和能量流动中起着关键作用。然而由于环境中的细菌存在不同程度的复苏障碍,传统的分离纯化培养方法严重的制约了人们对环境中细菌组成的认识。现代分子生物学技术的应用,使得人们对各种生境中细菌群落基因多样性的研究取得了重要进展。研究表明富营养化所导致的蓝藻水华频繁暴发,严重削弱了湖泊的生态功能。然而蓝藻水华对湖泊中细菌群落结构和功能的影响特征和作用机制尚不完全清楚。   本研究选取蓝藻水华频发的典型富营养化浅水湖泊太湖、巢湖、滇池、星云湖,采用基于聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)的分子指纹图谱技术——限制性末端片段多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)分析细菌群落组成和动态变化,采用构建细菌的核糖体16S rRNA基因文库(16S rDNA clone library)的方法,分析湖泊细菌群落主要的建群种。同时运用T-RFLP和构建克隆文库的方法研究湖泊细菌的种群组成和基因多样性,可以在比较细菌群落基因组成的基础上,对其中主要的种类进行系统发育分析。   通过对各个样品的T-RFLP分析,在太湖、巢湖、滇池、星云湖的浮游细菌和附着细菌中共检测到129个特异的限制性末端(terminal restrictionfragments,T-RFs)。采用非加权组平均法(unweighted pair-group method witharithmetic means,IJPGMA)对各样品的T-RFLP图谱进行聚类分析。结果显示滇池和星云湖的浮游细菌和附着细菌群落结构存在显著差异,而太湖和巢湖浮游细菌和附着细菌间未发现明显的区别。此外,同一湖泊内样品间浮游细菌基因组成的相似性高于不同湖泊样品间浮游细菌的相似性,上述规律也同样存在于湖泊间附着细菌基因组成的相似性。同时,对各湖中的浮游细菌和附着细菌多样性指数(Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数)进行分析,发现除星云湖外,其它3个湖泊的浮游细菌和附着细菌的多样性指数存在显著的差异,而且浮游细菌的基因多样性显著高于附着细菌。   选取部分样品构建克隆文库,共获得653个16S rRNA基因序列。通过与GenBank中已有序列的比对(blast),发现太湖、巢湖、滇池、星云湖中细菌的主要类群为:变形菌(Proteobacteria)的α-、β-和γ-亚纲(alpha-,beta-,and gammasubdivision)、聚球蓝细菌(Synechococcus),放线菌(Actinobacteria)、拟杆菌(Bacteriodetes)、浮霉菌(Planctomycetes)。对各主要类群所占比例分析,发现在有聚球蓝细菌存在的情况下,γ-proteobacteria、β-proteobacteria含量相对较少。浮游细菌细菌所特有的物种为α-proteobacteda中的未知种属,拟杆菌中的黄杆菌科,γ-proteobacteria中的弧菌目和气单胞菌目、军团杆菌的Legionellaceae、γ-proteobacteria的未知种属。附着细菌特有的物种是丛毛单胞菌科的Acidovorax、产碱菌科,γ-proteobacteria中的假单胞菌科、军团杆菌的Coxiellaceae,δ-proteobacteria的黏球菌目。   综上,通过对不同湖泊浮游细菌和附着细菌群落组成和基因多样性的比较,显示蓝藻水华的存在时湖泊中的浮游细菌和附着细菌群落结构存在显著差异。同时,尽管都是蓝藻水华占优势的生态系统,不同湖泊各自的环境特征对细菌群落结构仍可能存在不同的影响。T-RFLP和构建16S rRNA克隆文库有助于分析蓝藻水华对细菌群落结构的影响特征,获得的结果有助于进一步认识蓝藻水华导致的湖泊生态系统结构变化和功能退化的机理。
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