青海湖可培养嗜盐菌种群分子进化差异分析

来源 :青海大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:jeanndy
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目的:嗜盐菌(Halophile)是一类能够在高盐极端环境下生存、生长的微生物,多分布于海洋、盐湖、盐场以及腌制品等环境中。嗜盐菌具有特殊的生理结构和代谢机制,对维持生态平衡具有重要意义。青海湖,位于青藏高原东北部,是我国最大的内陆咸水湖,含盐度约为6%,湖中嗜盐菌种类丰富,特殊的生态环境使青海湖嗜盐菌长期生存在高盐、低压、缺氧环境中。目前针对青海湖嗜盐菌嗜盐特性、生理生化特性、种群多样性、分子进化和耐盐机制的研究以及盐单胞菌属菌株种间多样性的分析,鲜见报道。本研究旨在通过微生物富集、分离、纯化获得青海湖可培养嗜盐菌种质资源,研究其耐盐特性;通过16SrDNA序列分析构建系统发育树,研究青海湖可培养嗜盐菌的种群进化关系;通过PCR扩增青海湖中10株盐单胞菌属菌株16SrDNA序列和16S-23S间隔序列,采用测序、Blast对比以及RFLP等方法分析这10株嗜盐菌的序列差异,并结合SDS-PAGE技术方法研究其全菌体蛋白的种间差异,以期了解青海湖嗜盐菌菌种资源的分布状况,为后续应用开发奠定坚实的基础。  方法:采集青海湖不同区域水样20份,采用RM培养基(不同盐度),筛选分离、纯化培养获得嗜盐菌种质资源;在RM固体培养基上观察菌落形态,采用革兰氏染色法在光镜下观察菌体形态特征;采用不同NaCl浓度梯度的RM培养液,对纯化菌株进行耐盐度测定,依据嗜盐菌分类标准初步进行分类;采用单因素实验,测定不同温度、pH值和Mg2+浓度对其生长的影响;参照细菌鉴定手册测定不同碳源、不同氮源对各菌株生长影响的试验;利用微生物生理生化鉴定测试项目,初步鉴定中度嗜盐菌,并进行种属定位分析。  提取青海湖可培养嗜盐菌菌株总DNA,以总DNA为模板扩增16SrDNA片段,PCR产物经琼脂糖凝胶电泳鉴定,纯化回收并测序,并将序列提交至NCBI数据库。基于16SrDNA序列,采用MAGE4.0软件构建系统进化树,并进行16SrDNARFLP分析、16S-23SrDNAISR分析和全菌体蛋白SDS-PAGE分析,确定其种间分子进化差异和系统学分类单元。  结果:从20份青海湖水样分离出青海湖嗜盐微生物种质资源35株,其中细菌34株,真菌1株。在菌落形态特征上,圆形或椭圆形占88.57%,颜色以白色或乳白色居多,其中因天然色素存在于一些菌体中,菌落呈红色、橙红色、黄色或淡蓝色,约占40%。在显微形态上多为长杆或短杆状,约占80%,球形或弧形约占14.28%,丝状约占5.7%,革兰氏阴性菌占74.28%。  通过耐盐梯度实验,35株青海湖嗜盐菌以中度嗜盐菌为主,约占62.85%,轻度嗜盐菌约占22.85%,非嗜盐菌与耐盐菌约占14.28%,未分离出边界和极端嗜盐菌,据此确定中度嗜盐菌为青海湖嗜盐菌生长优势种群类型。从初步分离获取的22株中度嗜盐微生物中,选择最适生长盐度范围较宽泛的典型菌株15株,进行生长特性研究,结果表明青海湖中度嗜盐微生物能在10~45℃生长温度范围生长,其中一些菌株甚至能在5℃生长,此与青海湖地处高原地区环境有关。22株中度嗜盐菌能在pH为5.5~11的范围内生长,且最适pH均大于7.5,此与地区盐碱化环境密切相关,具有嗜盐兼嗜碱的特性。因菌种属性的差异,中度嗜盐菌对Mg2+的生长需求不同,耐受程度亦不同,最大浓度达到1.6mol/L。  碳氮源利用实验结果显示,大多数青海湖中度嗜盐菌能以果糖、蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、乳糖、半乳糖、木糖、鼠李糖、棉子糖、海藻糖和纤维二糖作为碳源生长;其它碳源利用,因菌株差异而不同。在氮源利用方面,大多数菌株能利用酵母抽提物、蛋白胨、硫酸铵、硝酸铵、氯化铵、尿素、硝酸钾、硝酸钠和硝酸钙进行生长,不能在亚硝酸钠中生长。  通过提取细菌基因组DNA和16SrDNA测序,构建系统发育树,得出青海湖可培养嗜盐菌的种群发育主要有4个进化分支单元,分别为γ-变形菌纲、厚壁菌门、放线菌门和α-变形菌纲,隶属于14个不同的属类群。基于16SrDNA分析得出35株青海湖嗜盐菌中有10株菌株同属于γ-变形菌纲海洋螺菌目盐单胞菌科盐单胞菌属,为革兰氏阴性菌,属中度嗜盐菌范畴(盐度范围0.4~3.5mol/L,最适盐度0.5~2.0mol/L),但形态特征和生长特性具有明显的差异。通过对10株盐单胞菌属菌株进行16S-23SrDNAISR多态性分析、全菌体蛋白SDS-PAGE分析和16SrDNA分析,可初步确定10株菌株可分7个种进化分支单元,证实10株盐单胞菌属菌株在种间分子水平差异具有高度的一致性,同时验证了分子表型特性的多相研究对种单元初分类具有重要意义。  结论:立足高原地区生态环境的优势,本研究首次分离了35株青海湖嗜盐菌株,并对其进行了的16SrDNA基因序列同源性,初步分析了青海湖可培养嗜盐菌的种群多样性,为后期获得和利用相关耐盐基因提供了基础,也为将嗜盐菌应用于农业抗盐碱化工程、高盐污水处理系统提供理论支持。
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