李二陽,馬雪莉,呂 杰,馬 媛,3,*,呂光輝,3

1 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊 830046 2 新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,烏魯木齊 830046 3 綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830046

新疆面積大于1 km2的天然湖泊有139個(gè),20世紀(jì)50年代以來受干旱氣候和上游農(nóng)業(yè)灌溉用水的影響,成鹽作用強(qiáng)烈,近半數(shù)湖泊已演化到鹽湖發(fā)展階段,許多鹽湖甚至發(fā)展到自析鹽階段[1-3]。根據(jù)湖水含鹽量的大小,可將新疆湖泊劃分為淡水湖、微咸水湖(半咸水湖)、咸水湖和鹽湖(鹵水湖)四大類型,湖水總鹽含量≤1 g/L稱為淡水湖,2—34 g/L稱為半咸水湖,35—49 g/L稱為咸水湖,50 g/L以上即為鹽湖[1]。另外新疆湖泊多形成于盆地及風(fēng)蝕作用形成的丘間洼地,基巖持續(xù)風(fēng)化和淋濾以及地史上古鹽的淋溶,對湖泊鹽分不斷進(jìn)行補(bǔ)給,不同湖泊成鹽母質(zhì)的差異,造成湖水化學(xué)成分的差異,形成了包括碳酸鹽、硫酸鹽、硼酸鹽、氯化物和硝酸鹽類多類型蒸發(fā)鹽類的沉積,特別是硝酸鹽類沉積礦物,是新疆鹽湖所獨(dú)有的[1,3]。鹽湖作為高鹽濃度的特殊環(huán)境,含有多種極端嗜鹽微生物,鹽環(huán)境下微生物群落適應(yīng)高鹽離子環(huán)境,鹽離子對微生物群落的多樣性和組成起著重要作用[4],但不同鹽湖水化學(xué)性質(zhì)差異是否制約微生物多樣性未見報(bào)道。因此,研究鹽湖水化學(xué)性質(zhì)對微生物菌群結(jié)構(gòu)及演變的影響,同時(shí)掌握鹽湖微生物種質(zhì)資源分布規(guī)律,對鹽湖資源開發(fā)利用具有重要意義[5-6]。

新疆不同鹽湖中蘊(yùn)含著豐富的耐鹽及嗜鹽微生物資源,但針對這一資源的研究較少,早期研究成果多以嗜鹽微生物純培養(yǎng)工作為主[7-8]。近些年采用克隆文庫技術(shù)對新疆鹽湖微生物菌群結(jié)構(gòu)開展了有意義的研究,但克隆文庫技術(shù)通量較小,僅能獲得湖泊主要微生物菌群,無法準(zhǔn)確獲得微生物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子互作關(guān)系[9-11]。近幾年高通量測序技術(shù)快速發(fā)展,并成功應(yīng)用于青藏高原鹽湖微生物多樣性研究[12-13],但利用高通量測序技術(shù)研究新疆鹽湖微生物多樣性研究鮮有報(bào)道。

現(xiàn)有研究顯示不同湖泊成鹽母質(zhì)的差異,造成湖水化學(xué)成分的差異,從而影響湖泊原核微生物菌群結(jié)構(gòu)。此外在鹽湖發(fā)展過程中,隨湖水鹽濃度變化,微生物菌群結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化過程無法還原?；谏鲜鲅芯楷F(xiàn)狀,本文擬解決以下兩個(gè)主要科學(xué)問題,一是新疆天山北坡5個(gè)不同鹽濃度湖泊湖底沉積物細(xì)菌和古菌多樣性及菌群結(jié)構(gòu)變化規(guī)律及特點(diǎn)。二是新疆天山北坡不同鹽湖湖底沉積物菌群結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境驅(qū)動(dòng)因子。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2019年8月分別對新疆天山北坡艾比湖(82°45′48″E,44°55′4″N)、柴窩堡湖(87°53′35″E,43°31′28″N)、鹽湖(88°8′17″E,43°23′39″N)、巴里坤湖(92°46′52″E,43°36′26″N)和伊吾湖(94°14′46″E,43°21′47″N)5個(gè)湖泊湖底沉積物進(jìn)行采集,5個(gè)鹽湖采樣位置如圖1所示。艾比湖、柴窩堡湖、鹽湖、巴里坤湖和伊吾湖后文分別按EB、CWB、YH、Bar和YW簡稱表示。每個(gè)湖泊采集湖水下3份沉積物樣本,采集深度為湖底0—20 cm湖底底泥,采集后裝入無菌聚丙烯折角袋中均勻混合,每份樣品間隔均超過30 m。沉積物樣本車載冰箱4℃運(yùn)載至實(shí)驗(yàn)室。每個(gè)樣本分成兩個(gè)部分,一部分樣品進(jìn)行理化性質(zhì)測試,另一部分樣品進(jìn)行總DNA提取進(jìn)行擴(kuò)增子測序分析。

圖1 采樣點(diǎn)位置圖Fig.1 Sampling sites

1.2 研究方法

1.2.1湖底沉積物理化因子分析

1.2.2湖底沉積物基因組DNA提取

采用FastDNA? SPIN Kit for Soil 土壤基因組DNA提取試劑盒對樣本中基因組DNA進(jìn)行提取,操作步驟按照試劑盒說明進(jìn)行?；蚪MDNA利用瓊脂糖凝膠檢測DNA的長度和完整性,利用NanoDrop 2000檢測DNA的濃度和純度,符合要求后委托諾禾致源進(jìn)行擴(kuò)增子測序分析。

1.2.3PCR擴(kuò)增及擴(kuò)增子測序

基于Ion S5TMXL測序平臺,利用單端測序的方法對樣本中細(xì)菌和古菌進(jìn)行擴(kuò)增子測序分析。細(xì)菌為16S V4—V5區(qū),測序引物為515f/926r[15]。古菌為16S V4區(qū),測序引物為Arch519F/Arch915R[16-17]。使用帶10 bp Barcode序列的簡并引物對不同的樣本進(jìn)行擴(kuò)增,根據(jù)PCR產(chǎn)物濃度進(jìn)行等量混樣,混勻后樣本進(jìn)行瓊脂糖膠電泳,切割目標(biāo)條帶,使用Thermo Fisher公司GeneJET膠回收試劑盒對產(chǎn)物進(jìn)行回收純化。純化樣本使用Thermo Fisher公司的Ion Plus Fragment Library Kit試劑盒進(jìn)行文庫構(gòu)建,構(gòu)建好的文庫經(jīng)過Qubit定量和文庫檢測合格后,進(jìn)行測序分析。柴窩堡湖、鹽湖、艾比湖、巴里坤湖和伊吾湖細(xì)菌注冊號為：PRJNA662635；古菌注冊號為：PRJNA662632。

1.2.4不同鹽湖原核微生物菌群結(jié)構(gòu)分析

測序原始數(shù)據(jù)使用Cutadapt軟件[18]對低質(zhì)量序列進(jìn)行剪切,根據(jù)Barcode序列拆分不同樣本,并截去Barcode和引物序列。再使用vsearch[19]軟件將測序數(shù)據(jù)與物種注釋數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對去除嵌合體序列獲得有效數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析。利用Uparse[20]軟件對所有樣品有效數(shù)據(jù)按照97%進(jìn)行聚類,聚類生成OTUs(Operational Taxonomic Units)數(shù)據(jù)集,篩選數(shù)據(jù)集中出現(xiàn)頻數(shù)最高的序列作為代表序列。代表序列采用Mothur軟件與SILVA數(shù)據(jù)庫[21]進(jìn)行物種注釋,在界、門、綱、目、科、屬不同分類水平上進(jìn)行分析。

1.2.5數(shù)據(jù)分析

用R語言繪制環(huán)境因子和Alpha多樣性箱線圖,門和綱水平百分比堆積圖,Tukey HSD檢驗(yàn)(multcomp包)進(jìn)行多重比較,添加顯著性(P≤0.05)標(biāo)記；pheatmap函數(shù)(pheatmap包)繪制屬水平熱圖；基于UPGMA聚類和Unweighted Unifrac距離進(jìn)行PCoA(principal co-ordinates analysis)分析；使用環(huán)境因子和門水平豐度數(shù)據(jù)進(jìn)行RDA(redundancy analysis)分析；通過Bioenv函數(shù)(vegan包)分析影響鹽湖微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性的環(huán)境因子組合,并進(jìn)行mantel檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽湖湖底沉積物理化性質(zhì)

圖2 五個(gè)鹽湖湖底沉積物理化因子(n=3)Fig.2 Sediment properties at the bottom of five salt lakes (n=3)

2.2 不同鹽湖湖底沉積物原核微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)

2.2.1測序數(shù)據(jù)分析

城際鐵路具有高效、快捷、舒適、大運(yùn)量等特點(diǎn)，在加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)城市間有機(jī)聯(lián)系和促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化的實(shí)現(xiàn)中扮演著越來越重要的角色。然而,城際鐵路建設(shè)項(xiàng)目投資金額大、建設(shè)周期長、技術(shù)要求高，且具有明顯的區(qū)域依賴性，依靠傳統(tǒng)的融資模式進(jìn)行大規(guī)模城際鐵路建設(shè)難以為繼。因此，積極拓寬城際鐵路建設(shè)融資渠道，提高對社會資本的吸引強(qiáng)度，成為促進(jìn)鐵路可持續(xù)健康發(fā)展和城際交通網(wǎng)絡(luò)加速形成的關(guān)鍵。

5個(gè)鹽湖湖底沉積物細(xì)菌和古菌16S rRNA擴(kuò)增子測序原始數(shù)據(jù)每個(gè)樣本為8萬條左右,經(jīng)質(zhì)控,聚類及物種注釋,繪制稀釋曲線。從稀有度曲線來看,所有樣本在測序范圍內(nèi)均趨于飽和,表明測序量合理,能夠比較真實(shí)地反映沉積物中原核微生物群落結(jié)構(gòu)。細(xì)菌和古菌測序引物均擴(kuò)增出了細(xì)菌和古菌兩界微生物,細(xì)菌測序結(jié)果中古菌OTUs比例較低,但古菌測序結(jié)果中細(xì)菌OTUs比例較高,為了更好的研究湖底沉積物中細(xì)菌和古菌菌群結(jié)構(gòu)變化趨勢,在分析時(shí)剔除相應(yīng)古菌和細(xì)菌OTUs,抽平后進(jìn)行分析。另外細(xì)菌和古菌測序覆蓋率均高于99%,表明測序深度能代表樣本的真實(shí)情況。

2.2.2沉積物中原核微生物多樣性

Alpha多樣性計(jì)算結(jié)果顯示(圖3),5個(gè)鹽湖湖底沉積物中細(xì)菌和古菌的多樣性指數(shù)隨總鹽濃度的變化趨勢不同。細(xì)菌的6個(gè)多樣性指數(shù)與湖底沉積物總鹽濃度呈相反的變化趨勢(巴里坤湖除外),總鹽濃度增大則細(xì)菌多樣性下降；古菌的6個(gè)多樣性指數(shù)在總鹽濃度最高或最低時(shí)多樣性更大。伊吾湖湖底沉積物細(xì)菌的Alpha多樣性最低,多個(gè)豐富度指數(shù)顯示其細(xì)菌群落豐度較低,Simpson指數(shù)顯示其細(xì)菌菌群結(jié)構(gòu)不均勻,PD(PD whole tree)指數(shù)顯示其菌群進(jìn)化差異最?。还啪娜郝湄S度和進(jìn)化差異和細(xì)菌一致,Simpson指數(shù)顯示其古菌菌群結(jié)構(gòu)比較均勻。巴里坤湖細(xì)菌多個(gè)豐富度指數(shù)和PD指數(shù)較低,Simpson指數(shù)反而高,顯示其細(xì)菌群落豐富度和進(jìn)化差異盡管低,但是群落結(jié)構(gòu)比較均勻；古菌的Alpha多樣性指數(shù)皆較高,顯示其不僅古菌群落豐富度和進(jìn)化差異較大,而且群落結(jié)構(gòu)均勻。柴窩堡湖細(xì)菌Alpha多樣性指數(shù)最高,古菌Alpha多樣性指數(shù)都較高,顯示其細(xì)菌和古菌群落豐富度和進(jìn)化差異較大,群落結(jié)構(gòu)均勻。此外5個(gè)湖泊細(xì)菌richness、chao1和ACE豐富度指數(shù)遠(yuǎn)高于古菌,且細(xì)菌豐富度指數(shù)差異較大,古菌多樣性指數(shù)差異相對較小。

圖3 5個(gè)鹽湖湖底沉積中細(xì)菌和古菌α多樣性指數(shù)(n=3)Fig.3 Alpha-diversity indices of bacterial and archaeal community of five salt lakes sediment (n=3)ACE:基于豐度的覆蓋估計(jì)值 Abundance-based coverage estimator;PD:系統(tǒng)發(fā)育多樣性Phylogenetic diversity

2.2.3沉積物中原核微生物群落組成和結(jié)構(gòu)

將5個(gè)鹽湖湖底沉積物樣本中的OTUs代表性序列在SILVA數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行比對,在門、綱、目、科、屬不同的分類水平進(jìn)行統(tǒng)計(jì),共檢測獲得細(xì)菌58門、68綱、138目、253科和560屬；古菌4門、8綱、12目、21科和60屬。如圖4所示,5個(gè)鹽湖細(xì)菌在門水平上相對豐度排名前10的分別為變形菌門(Proteobacteria)、藍(lán)藻門(Cyanobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、芽單胞菌門(Gemmatimonadetes)、厚壁菌門(Firmicutes)、綠彎菌門(Chloroflexi)、未鑒定細(xì)菌(unidentified-bacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、異常球菌-棲熱菌門(Deinococcus-Thermus)和酸桿菌門(Acidobacteria)。其中變形菌門為主要類群,在伊吾湖相對豐度達(dá)92%,在鹽湖相對豐度不足25%,在不同鹽濃度的湖泊當(dāng)中所占比例差異較大。變形菌門共包含γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria)、Δ-變形菌綱(Deltaproteobacteria)和α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)3個(gè)綱,γ-變形菌綱所占比例最大。除變形菌門以外,擬桿菌門和藍(lán)藻門相對豐度在不同鹽湖當(dāng)中差別不大。從結(jié)果中可以看出,不同鹽湖細(xì)菌豐度較高前10個(gè)門的相對豐度變化并非僅隨總鹽濃度高低發(fā)生規(guī)律性變化。

圖4 5個(gè)鹽湖湖底沉積中微生物相對豐度 Fig.4 The relative abundance of microbial community in five salt lakes sediment

5個(gè)鹽湖古菌在門水平進(jìn)行分類,結(jié)果為廣古菌門(Euryarchaeota)、Othes、未鑒定古菌(unidentified-Archaea)、泉古菌門(Crenarchaeota)、Diapherotrites和奇古菌門(Thaumarchaeota)(圖4)。從5個(gè)鹽湖湖底沉積物中鑒定出4個(gè)門的古菌,其中廣古菌門為鹽湖、艾比湖和伊吾湖古菌主要類群,泉古菌門為柴窩堡湖古菌主要類群,巴里坤湖多以未鑒定的古菌和其他門類為主。5個(gè)湖泊相對豐度最高廣古菌門共包含鹽桿菌綱(Halobacteria)、熱原體綱(Thermoplasmata)、甲烷微菌綱(Methanomicrobia)、甲烷桿菌綱(Methanobacteria)、熱球菌綱(Thermococci)和古丸菌綱(Archaeoglobi)7個(gè)古菌綱,其中Halobacteria綱占有很高的比例(圖4)。從結(jié)果中同樣可以得出,不同鹽湖古菌豐度較高門的相對豐度也不隨總鹽濃度高低發(fā)生規(guī)律性變化,不考慮總鹽濃度最低的柴窩堡湖的話,隨總鹽濃度增大,廣古菌門所占比例在降低,未鑒定的古菌門所占比例在增大。

根據(jù)5個(gè)鹽湖湖底沉積物樣本在屬水平的物種注釋及豐度信息,選取豐度排名前35的屬,在樣本和物種兩個(gè)層面進(jìn)行聚類分析,分別繪制細(xì)菌和古菌屬水平聚類熱圖。湖底沉積物樣本中細(xì)菌屬水平菌群結(jié)構(gòu)聚類熱圖如圖5所示,豐度前35個(gè)屬分別屬于細(xì)菌的6個(gè)門,其中放線菌門包含1個(gè)屬、擬桿菌門9個(gè)屬、藍(lán)藻門1個(gè)屬、異常球菌-棲熱菌門1個(gè)屬、厚壁菌門3個(gè)屬、變形菌門19個(gè)屬和未鑒定細(xì)菌1個(gè)屬。古菌屬水平聚類熱圖如圖5所示,豐度前35個(gè)屬分別屬于古菌的3個(gè)門,泉古菌門2個(gè)屬、Diapherotrites 1個(gè)屬、廣古菌門29個(gè)屬、未鑒定古菌1個(gè)屬和Unassigned 2個(gè)屬。聚類結(jié)果還顯示不同鹽湖均出現(xiàn)了相應(yīng)的微生物菌群,不同鹽湖細(xì)菌和古菌優(yōu)勢屬種類均不相同,有其獨(dú)特菌群結(jié)構(gòu)類型。指示物種分析(Indicator Species Analysis)顯示5個(gè)湖泊優(yōu)勢細(xì)菌屬數(shù)量大小為：巴里坤湖>鹽湖>艾比湖>柴窩堡湖>伊吾湖；5個(gè)湖泊優(yōu)勢古菌屬數(shù)量大小為：伊吾湖>艾比湖>巴里坤湖>鹽湖=柴窩堡湖。其中伊吾湖的優(yōu)勢細(xì)菌屬只有1個(gè)(Stenotrophomonas),而古菌優(yōu)勢屬有8個(gè)。巴里坤湖的優(yōu)勢細(xì)菌屬有Halothiobacillus、Desulfosalsimonas、Desulfovermiculus、Thioalkalivibrio、Tangfeifania、Dethiosulfatibacter、Roseovarius、Desulfonatronobacter和Desulfotignum,優(yōu)勢細(xì)菌屬均為嗜鹽微生物屬,其中一些屬與硫元素代謝相關(guān)[23]。巴里坤湖的優(yōu)勢古菌屬有Methanolobus和Methanohalophilus,與甲烷代謝相關(guān)[24]。伊吾湖古菌中Halolamina、Halorubellus、Halapricum、Haloplanus、Halodesulfurarchaeum、Natronoarchaeum和Haloquadratum屬占優(yōu)勢,也均是一些嗜鹽古菌屬。鹽濃度高的巴里坤湖擁有更多的優(yōu)勢細(xì)菌屬,鹽濃度高的伊吾湖擁有更多的優(yōu)勢古菌屬,鹽濃度低的柴窩堡湖擁有的優(yōu)勢菌屬較少。Simachew等[25]在鹽濃度梯度增加時(shí)的研究顯示兩個(gè)最豐富的OTU在屬水平上分別分為Halorubrum和Halorhabdus,它們都屬于古細(xì)菌嗜鹽菌科。巴丹吉林沙漠鹽湖沉積物中屬水平上高豐度聚類分支主要集中在鹽單胞菌科(Syntrophomonadaceae),超高鹽度沉積物中的優(yōu)勢菌屬是norank_Syntrophomonadaceae,該菌屬屬于鹽單胞菌科(Syntrophomonadaceae)[26]。可以推斷,隨著鹽湖鹽濃度的升高,微生物群落會由不耐鹽的微生物群落向耐鹽或嗜鹽微生物群落進(jìn)行演化。

圖5 5個(gè)鹽湖湖底沉積中微生物屬水平相對豐度聚類熱圖Fig.5 Top 35 genera heatmaps of microbial community in five salt lakes sediment 屬圖例(自上而下、自左至右,僅列出有對應(yīng)中文名稱的屬)：鹽厭氧菌屬Halanaerobium;玫瑰桿菌屬 Roseovarius;硫堿弧菌屬 Thioalkalivibrio;鹽硫桿菌屬 Halothiobacillus;鹽單胞菌屬 Halomonas;小紡錘狀菌屬 Fusibacter;冷彎菌屬 Psychroflexus;嗜酸菌屬 Acidovorax;硫桿菌屬 Thiobacillus;土桿菌屬 Geobacter;寡養(yǎng)單胞菌屬 Stenotrophomonas;特呂珀菌屬 Truepera;鹽盒菌屬 Haloarcula;鹽紅菌屬 Halorubrum;鹽薄片菌屬 Halolamina;鹽盤菌屬 Haloplanus;鹽堿單孢菌屬 Natronomonas;鹽方菌屬 Haloquadratum;甲烷嗜鹽菌屬 Methanohalophilus;甲烷葉菌屬 Methanolobus;甲烷鬃菌屬 Methanosaeta;甲烷桿菌屬 Methanobacterium;甲烷八疊球菌屬 Methanosarcina

2.2.4不同鹽湖原核微生物群落構(gòu)成比較分析

圖6 5個(gè)鹽湖湖底沉積物中微生物OTUs UPGMA聚類和主坐標(biāo)分析 Fig.6 UPGMA cluster and principal co-ordinates analysis of microbial community at OTU levels in five salt lakes sediment

2.3 不同鹽湖原核微生物多樣性與環(huán)境因子相關(guān)性分析

圖7 5個(gè)鹽湖湖底沉積物中原核微生物種類與理化因子相關(guān)性分析Fig.7 Correlation analysis of prokaryotic microorganisms and chemical properties in five salt lakes sediment

2.4 環(huán)境因子對鹽湖湖底沉積物菌群結(jié)構(gòu)的影響

表1 不同環(huán)境因子組合與細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系Table 1 The relationship between different combination of environmental variables and bacterial community

表2 不同環(huán)境因子組合與古菌群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系Table 2 The relationship between different combination of environmental variables and Archaeal community

3 討論

分子生態(tài)學(xué)研究能夠很好的揭示不同地域、不同湖泊現(xiàn)有演化階段條件下微生物群落特征,但很難針對一個(gè)特定鹽湖,研究它在歷史進(jìn)化(咸化或淡化)過程中微生物群落結(jié)構(gòu)的變化。2014年Izhitskiy等[27]采集了咸海不同湖泊樣本進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)不同湖泊雖起源相同,但水流補(bǔ)給等因素不同,導(dǎo)致不同湖泊鹽度存在較大差異,微生物群落結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出不同的特征。Shurigin等[28]也發(fā)現(xiàn)大咸海中具有獨(dú)特的群落結(jié)構(gòu)。Simachew等[25]在研究蘇打濃縮池中鹽濃度增加時(shí)原核微生物多樣性時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著鹽度的增加,觀察到從細(xì)菌到古菌的顯著群落轉(zhuǎn)移。目前的研究代表了時(shí)間和空間上的“快照”,微生物的多樣性可能會隨著季節(jié)和持續(xù)的干旱或降雨而改變[28],無法經(jīng)歷湖泊整個(gè)進(jìn)化過程,所以只有通過現(xiàn)代湖泊微生物群落結(jié)構(gòu)的研究推演鹽湖進(jìn)化過程中微生物菌落結(jié)構(gòu)變化規(guī)律[29]。因此,本文采用高通量測序技術(shù)研究新疆天山北坡5個(gè)不同鹽濃度湖泊湖底沉積物微生物菌群結(jié)構(gòu),從而推演新疆天山北坡鹽湖進(jìn)化過程中微生物菌群結(jié)構(gòu)演變成因。

3.1 鹽湖湖底沉積物微生物多樣性與結(jié)構(gòu)

天山以北的準(zhǔn)噶爾盆地,地形向西北開口,未完全封閉,使得來自大西洋的盛行西風(fēng)和來自北冰洋的氣流,能夠順著山口進(jìn)入,向南碰到天山北坡抬升,從而形成地形雨,產(chǎn)生降水。天山北坡的降水量要多于天山南坡,使得天山北坡的水分條件比南坡要好。此外天山北坡中山帶生長有針葉森林,針葉森林涵養(yǎng)了大量水源,也正因如此天山北坡形成較多的天然湖泊。實(shí)驗(yàn)選取的天山北坡5個(gè)鹽湖細(xì)菌在門水平上相對豐度依次為變形菌門、藍(lán)藻門、擬桿菌門、芽單胞菌門、厚壁菌門、綠彎菌門、放線菌門、異常球菌-棲熱菌門以及酸桿菌門,其中變形菌門為主要類群。張彥茹[30]采用克隆文庫法研究內(nèi)蒙古渾善達(dá)克地區(qū)桑根達(dá)來、達(dá)各淖和扎格斯臺淖三個(gè)鹽堿湖湖水細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn),桑根達(dá)來鹽堿湖細(xì)菌群落主要以變形菌門為主,達(dá)各淖鹽湖主要以藍(lán)藻門為主,扎格斯臺淖鹽湖主要以放線菌門為主。Ben等[31]采用高通量擴(kuò)增子測序的方法研究突尼斯南部杰里德大鹽湖雨季湖底沉積物微生物菌群結(jié)構(gòu)時(shí),結(jié)果顯示沉積物中細(xì)菌群落以變形菌門為主。多個(gè)研究發(fā)現(xiàn),鹽湖細(xì)菌類群中多以變形菌門、厚壁菌門、擬桿菌門和酸桿菌門為主[32],但因各個(gè)鹽湖理化成分差異,造成優(yōu)勢類群比例方面有所不同。將本研究5個(gè)鹽湖與青藏高原茶卡鹽湖和小柴旦鹽湖湖底沉積物中細(xì)菌菌群結(jié)構(gòu)研究結(jié)果進(jìn)行比對,青藏高原兩個(gè)鹽湖海拔分別為3017 m和3171 m,厚壁菌門為主要細(xì)菌類群,因此推測除理化成分影響外,海拔也會對菌群結(jié)構(gòu)造成影響。

5個(gè)鹽湖古菌在門水平上相對豐度依次為廣古菌門、泉古菌門、Diapherotrites和奇古菌門。張欣等[12]在研究茶卡鹽湖湖底沉積物古菌類群時(shí)發(fā)現(xiàn),古菌主要屬于廣古菌門(96.5%)、鹽納古菌門(1.13%)和未確定分類地位的古菌門(2.16%)。劉靜等[13]在研究小柴旦鹽湖湖底沉積物中古菌群落結(jié)構(gòu)時(shí),主要類群為沃斯古菌門(80.84%)、廣古菌門(7.55%)、奇古菌門(0.95%)和其他(0.67%)。此外,邵冠軍[33]對艾比湖湖底沉積物的古菌多樣性進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)古菌類群多集中在廣古菌門(96.6%),其次為鹽納古菌門(1.1%)。而本次研究5個(gè)湖泊中均未擴(kuò)增出鹽納古菌門,分析發(fā)現(xiàn)進(jìn)行研究所采用的簡并引物不同,會造成研究結(jié)果的不同,甚至?xí)?dǎo)致研究結(jié)果物種相對豐度有所差異[34]。此外對5個(gè)鹽湖的古菌Alpha多樣性指數(shù)比較發(fā)現(xiàn),richness、ACE和chao1豐富度指數(shù)不像細(xì)菌對應(yīng)豐富度指數(shù)那樣存在很大的差異,這與孫超[35]研究新疆瑪納斯鹽湖和阿洪庫魯木湖原核微生物多樣性類似。5個(gè)鹽湖中細(xì)菌的多樣性遠(yuǎn)高于古菌,與趙婉雨[36]在達(dá)布遜鹽湖和劉靜[13]在小柴旦鹽湖的研究一致。

3.2 5個(gè)鹽湖湖泊菌群結(jié)構(gòu)主要驅(qū)動(dòng)因子

4 結(jié)論

新疆湖泊受干旱氣候等因素的影響,成鹽作用強(qiáng)烈,加之近半個(gè)世紀(jì)湖泊上游農(nóng)業(yè)引水灌溉,加劇了鹽湖的演化過程。鹽湖在演化發(fā)展過程中,極端嗜鹽菌可能會在低鹽離子濃度環(huán)境中存活,但可能不占據(jù)優(yōu)勢生長地位,從而造成在不同環(huán)境中種類的差異[49]。因此本研究結(jié)果顯示新疆天山北坡鹽湖湖底沉積物中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)主要受Na+和TS濃度影響,古菌群落結(jié)構(gòu)主要受Na+和TS濃度影響外,還受其他理化因子共同影響,5個(gè)鹽湖均演化出了相應(yīng)的微生物菌群,不同鹽湖細(xì)菌和古菌優(yōu)勢屬種類均不相同,有其獨(dú)特菌群結(jié)構(gòu)類型。其中鹽湖中特殊鹵水成分會對微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響,從而孕育特殊的微生物資源,對開發(fā)利用極端微生物資源提供參考。