五大连池火山堰塞湖表层沉积物中细菌多样性及其同环境因子的关系

五大连池火山堰塞湖表层沉积物中细菌多样性及其同环境因子的关系沉积物细菌多样性一直是水体微生物分子生态学的研究热点和重点。丰富的营养和特殊的环境使沉积物成为水体细菌的理想栖息地。趋磁细菌(Magnetotacticbacteria,MTB)是沉积物微生物的重要成员,在铁硫元素的地球化学循环和沉积物土壤磁学方面扮演着重要角色。关于沉积物细菌多样性的分析多集中在淡水生境和咸水生境,而对火山堰塞湖沉积物细菌多样性的研究较少。关于水体沉积物中MTB的研究主要集中在多样性解析方面,MTB对沉积物磁性影响的报道极少。此外,沉积物细菌包括MTB的分子地理学研究主要集中在单一水体或者较大尺度上的多个水体,缺乏对较小尺度上不同类型水体中沉积物细菌包括磁细菌多样性的系统研究。针对上述背景,本研究选取五大连池8个火山堰塞湖表层沉积物样品,对其理化特征进行系统分析,采用磁富集和Race-Track法收集MTB和非趋磁细菌,通过高通量测序技术研究沉积物中MTB和非趋磁细菌多样性,以解析沉积物中MTB和非趋磁细菌多样性特征;结合沉积物环境因子的测定结果,探析其同细菌多样性的关系,从而揭示细菌对沉积物的环境意义。利用环境磁学手段对磁收集前后的沉积物的频率磁化率、常温磁性分析和低温磁性分析进行测试,通过磁收集前后的差异,获得MTB对沉积物磁性的影响。理化参数分析表明,8个火山堰塞湖表层沉积物12个环境因子中,可溶性总铁、硫化物、全磷、总氮、总有机碳、氨态氮、盐度7个环境因子在不同的火山堰塞湖中存在显著性差异。总氮,硫酸根,亚铁,盐度和硝态氮是影响不同类型水体聚类的主要影响因素。从环境因子的主成分分析结果可知,药泉湖和五池的理化环境相似,一池和二池的理化环境相似。沉积物MTB多样性分析结果表明,8个沉积物样品中MTB在门水平上的优势菌群为Proteobacteria,而在属的水平上各个湖泊MTB存在较大差异,月牙泡与药泉湖的MTB优势菌属为Crenothrix,但其丰度不同,月牙泡为14.83%,药泉湖为20.62%,温泊的MTB优势菌属为Nitrospira(16.21%),一池的MTB优势菌属为Magnetospirillum(31.28%),二池和四池的MTB优势菌属为Alphaproteobacteria,比例分别为4.27%和25.56%,三池的MTB优势菌属为Staphylococcus(19.33%),五池的MTB优势菌属为Methylophilaceae(63.71%)。MTB多样性同环境因子的相关性可知,MTB优势菌群变形菌门与可溶性总铁、硫化物、总有机碳、总氮、氨态氮呈正相关,与全磷和盐度呈负相关。从样品物种组成的相似性看,药泉湖和一池在物种组成上相似,四池、五池和月牙泡的物种组成相似。利用环境磁学手段分析磁收集前后的沉积物的磁学性质,阐明MTB对沉积物的磁性影响,结果表明,MTB对不同湖泊沉积物的频率磁化率、常温磁性分析和低温磁性分析的影响不同。二池的频率磁化率与其他7个湖泊的频率磁化率之间存在显著差异性。在0-15000Oe范围内8个湖泊沉积物的磁化强度存在差异性。8个火山堰塞湖沉积物的低温磁化强度在一定温度范围内存在差异性。沉积物中非趋磁细菌多样性研究表明,在门水平上8个湖泊沉积物非趋磁细菌的优势菌群不相同;在属水平上,月牙泡的优势菌属为Arthrobacter(14.44%),药泉湖和二池的优势菌属为Nitrospira,比例分别为4.35%和3.89%,温泊的优势菌属为Thiobacillus(22.04%),一池的优势菌属为Gemmatimonas(5.99%),三池和四池的优势菌属为Candidatus-Solibacter,比例分别为6.38%和9.51%,五池的优势菌属为Lactobacillus(6.57%)。非趋磁细菌多样性同环境因子的相关性分析可知,优势菌群变形菌门与全磷成正相关,与氨态氮、盐度、总有机碳、可溶性总铁、硫化物、总氮呈负相关。从物种组成的相似性看,药泉湖和三池在物种组成上相似,一池、四池和月牙泡的物种组成相似。综上所述,五大连池火山堰塞湖中存在丰富的细菌类群。其中MTB、非趋磁细菌主要分布在15个门和12个门,不同湖泊中MTB和非趋磁细菌分布存在差异。可溶性总铁、硫化物对MTB的分布具