王艷紅,郝 兆,郭小芳,德 吉

納木錯(cuò)夏季酵母菌多樣性及其影響因素

王艷紅,郝 兆,郭小芳*,德 吉**

(西藏大學(xué)理學(xué)院,拉薩 850000)

以納木錯(cuò)湖水為研究對象,采用膜過濾平置培養(yǎng)法分離純化酵母菌,并結(jié)合ITS區(qū)域序列分析與經(jīng)典分類法對酵母菌菌株進(jìn)行鑒定,運(yùn)用生物信息學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析水體可培養(yǎng)酵母菌的多樣性及其與理化因子之間的相關(guān)關(guān)系.結(jié)果顯示,從納木錯(cuò)水體中分離出1067株酵母菌,分屬于27個(gè)屬45個(gè)種及2個(gè)潛在新分類單元,優(yōu)勢種為和.NMDS分析顯示,納木錯(cuò)不同區(qū)域水體可培養(yǎng)酵母菌群落β多樣性差異明顯.Pearson相關(guān)性分析結(jié)果表明,酵母菌總豐度與pH值、電導(dǎo)率、總?cè)芙夤腆w量、鹽度呈極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01),與總氮、氨氮呈顯著正相關(guān)(<0.05);物種數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)均與總磷呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05).冗余分析顯示,pH值是影響納木錯(cuò)水體酵母菌種群分布的主要理化因子.綜上,納木錯(cuò)水體酵母菌資源比較豐富且存在明顯的空間異質(zhì)性,水體理化因子對納木錯(cuò)水體可培養(yǎng)酵母菌的分布有較大的影響.

高原湖泊；納木錯(cuò)；酵母菌；多樣性；理化因子

湖泊作為地球表層系統(tǒng)各圈層的聯(lián)結(jié)點(diǎn),對維持生態(tài)平衡及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要價(jià)值[1-3].微生物作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的重要成員,廣泛參與其能量流動及化學(xué)元素循環(huán),且極易受物理及化學(xué)因素的影響,尤其是表層水體微生物,其群落結(jié)構(gòu)及多樣性能夠?qū)Νh(huán)境變化做出快速的響應(yīng)[4-7].酵母菌作為微生物的重要組成部分,其群落結(jié)構(gòu)組成被認(rèn)為是衡量湖泊生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)[8-10].酵母菌的群落結(jié)構(gòu)與其生境和生境污染狀況相關(guān),其群落結(jié)構(gòu)的變化是對生境條件變化的響應(yīng)[11-12].酵母菌對有機(jī)污染反應(yīng)迅速,可以作為評價(jià)水生環(huán)境富營養(yǎng)化水平的指標(biāo)[11,13],部分酵母菌的存在與否及其豐度水平還可用于指示糞便污染而參與水質(zhì)評價(jià)[11,13-15].近年來,國內(nèi)外學(xué)者逐步開展了許多關(guān)于湖泊水體酵母菌種群結(jié)構(gòu)及其影響因素的研究,如:李治瑩等[16]從云南程海湖冬季湖水樣品中分離獲得171株酵母菌,鑒定為14個(gè)屬22個(gè)種及2個(gè)潛在新分類單元;郭小芳等[17]研究發(fā)現(xiàn)撫仙湖酵母菌種群結(jié)構(gòu)與總有機(jī)碳濃度顯著相關(guān);Medeiros等[9]以巴西4個(gè)湖泊為研究對象分離純化酵母菌,并分析了酵母菌多樣性與水體理化因子的相關(guān)性;Russo等[18]、Brand?o等[19]及Libkind等[20]分別對阿根廷不同湖泊可培養(yǎng)酵母菌多樣性進(jìn)行了研究,但因其研究湖泊不同得到的結(jié)果不盡相同.

青藏高原氣候條件獨(dú)特,地理環(huán)境復(fù)雜,湖泊面積超過50900km2,大于全國湖泊總面積的一半,且以鹽堿湖為主,素有“亞洲水塔”之稱[21-23].納木錯(cuò)位于青藏高原中南部,是我國第二大咸水湖,也是世界上海拔最高的咸水湖[24],因?yàn)槠涮厥獾牡乩砦恢?受人類活動影響較少,基本保持生態(tài)原貌,是科學(xué)研究的天然實(shí)驗(yàn)場所[21,25],近年來,伴隨著全球氣溫上升,納木錯(cuò)東南側(cè)念青唐古拉山冰川大面積消融,納木錯(cuò)湖面擴(kuò)張,水體理化性質(zhì)發(fā)生著緩慢改變[26].目前關(guān)于納木錯(cuò)生物多樣性的研究主要側(cè)重于古生物學(xué)及水體細(xì)菌等方面[24,27-28],缺少對水體酵母菌較全面的詳細(xì)研究,本文以納木錯(cuò)水體酵母菌為研究對象,探究環(huán)納木錯(cuò)不同生境水體中酵母菌多樣性及其影響因素,期望能夠?yàn)榧{木錯(cuò)湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及青藏高原微生物多樣性研究提供理論依據(jù),并為極端環(huán)境下的酵母菌資源的開發(fā)和利用奠定基礎(chǔ).

1 材料與分析

1.1 研究地概況及水樣采集

圖1 納木錯(cuò)水樣采集樣點(diǎn)分布

納木錯(cuò)(30°30′N～30°55′N,90°15′E～91°04′E)位于念青唐古拉山北部、藏北高原東南部、西藏自治區(qū)拉薩市當(dāng)雄縣和那曲地區(qū)班戈縣境內(nèi)[1,25].湖面平均海拔4720m,湖面面積2021km2,湖泊最深處大于90m,是世界上海拔最高的大型湖泊[1].納木錯(cuò)處于高原亞寒帶季風(fēng)半干旱和半濕潤氣候區(qū)過渡帶,湖水補(bǔ)給主要為地表徑流、冰川融水和降水,年平均降水量387.36mm,主要集中在6～10月份,河流入水口主要分布于納木錯(cuò)南側(cè)和西側(cè),南側(cè)入湖河流主要為念青唐古拉山冰川融水,流程短且密集,西側(cè)以昂曲和側(cè)曲兩河為主[25-26,29-31].

2020年8月根據(jù)湖水分布情況及地理?xiàng)l件,采用系統(tǒng)抽樣法,在納木錯(cuò)選取20個(gè)樣點(diǎn)采集水樣(圖1).使用無菌水樣采集器在距岸邊15m處采集深度為50cm的水樣.每個(gè)樣點(diǎn)共采集3份水樣,共7.5L,避光保存.1份立即送往西藏博源環(huán)境檢測有限公司進(jìn)行水體理化因子的測定,其余帶回實(shí)驗(yàn)室立即進(jìn)行酵母菌的分離.

1.2 酵母菌菌株的分離及純化

采用砂芯過濾器分50mL和100mL兩個(gè)梯度對湖水進(jìn)行抽濾.濾膜為孔徑0.45μm,直徑50mm的醋酸纖維濾膜.為盡可能多的分離出水體中的酵母菌,本實(shí)驗(yàn)采用3種培養(yǎng)基對納木錯(cuò)水體酵母菌進(jìn)行分離,將抽濾后的濾膜分別正置于酸性PDA、酸性YM以及RBCH固體培養(yǎng)基平板上進(jìn)行培養(yǎng),培養(yǎng)基組成成分等參照文獻(xiàn)[32],每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù).培養(yǎng)3～5d后進(jìn)行酵母菌菌落形態(tài)觀察和菌落計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)后挑取單菌落接種于YM斜面進(jìn)行恒溫培養(yǎng)(28℃).采用平板劃線法兩輪純化后于20%甘油管中冷凍保藏(-20℃).

1.3 酵母菌菌株的分子鑒定

采用ITS區(qū)域序列法進(jìn)行酵母菌菌株的分析鑒定.

1.3.1 DNA提取及擴(kuò)增 DNA的提取采用CTAB法[33],引物采用ITS1(5￠-TCCGTAGGTGAACCTGC GG-3￠),ITS4(5￠-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3￠)[34]. PCR反應(yīng)條件為: 95℃ 5min;95℃ 30s,55℃ 30s, 72℃ 60s,35個(gè)循環(huán);72℃ 7min.1%瓊脂糖凝膠檢測擴(kuò)增目標(biāo)產(chǎn)物后送往生工生物工程(上海)股份有限公司測序.

1.3.2 序列分析 供試菌株ITS區(qū)測序結(jié)果經(jīng)人工校對,去除引物及雙峰序列后在GenBank核酸序列數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行同源序列搜索,與已知酵母菌序列相似度為99%以上的,確定為同一種[35].供試菌株的序列號上傳至NCBI的GenBank核酸序列庫,登錄號為:MW784731～MW784822.系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建使用MEGE 7軟件進(jìn)行,挑選與潛在新種序列最相似的8～9條ITS序列構(gòu)建,方法為鄰接法(neighbor- joining, NJ),進(jìn)行1000次Bootstrap檢驗(yàn)[8].

1.4 納木錯(cuò)水體理化因子測定

pH值、電導(dǎo)率(EC)、總?cè)芙夤腆w量(TDS)及鹽度(Salt)采用多功能參數(shù)儀(Multi-Parameter PCSTestrTM35)原位測定,每個(gè)參數(shù)重復(fù)測定3次.總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)以及化學(xué)需氧量(COD)送往西藏博源環(huán)境檢測有限公司進(jìn)行測定,其中氨氮(NH3-N)、總磷(TP)采用722S可見分光光度計(jì)測定,方法分別為納氏試劑分光光度法(HJ 535-2009)和鉬酸銨分光光度法(GB 11893- 89),總氮(TN)采用752紫外可見分光光度計(jì)測定,方法為堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636-2012),化學(xué)需氧量(COD)采用重鉻酸鹽法進(jìn)行測定.

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2019、R 4.0.1、SPSS 20.0及CANOCO 5等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與分析,繪圖使用R 4.0.1ggplot 2包、pheatmap包以及Origin 2019進(jìn)行.酵母菌總豐度(CFU/L)=(每皿酵母菌菌落數(shù)平均值/每皿抽濾水體毫升數(shù))×1L.相對豐度=某種酵母菌分離菌株數(shù)/分離得到的酵母菌總株數(shù)×100%.有色酵母豐度=分離得到的有色酵母菌株數(shù)/分離得到的酵母菌總株數(shù)×100%.非度量多維標(biāo)度(Non-metric Multidimensional Scaling,NMDS)分析及相似性分析(ANOSIM)使用R 4.0.1vegan包進(jìn)行計(jì)算[36-37].Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)采用R 4.0.1中的vegan包進(jìn)行計(jì)算[36],差異性分析使用SPSS 20.0軟件中的Duncan檢驗(yàn)法進(jìn)行.運(yùn)用SPSS 20.0Kolmogorov- Smirnov檢驗(yàn)對理化因子及多樣性指數(shù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn),結(jié)果顯示值均大于0.05,各參數(shù)符合正態(tài)分布,故采用Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行多樣性指數(shù)與理化因子的相關(guān)性分析. Pearson相關(guān)系數(shù)采用R 4.0.1中的psych包進(jìn)行計(jì)算[37].冗余分析(RDA)使用CANOCO 5進(jìn)行.

2 結(jié)果與討論

2.1 納木錯(cuò)夏季各樣點(diǎn)水體可培養(yǎng)酵母菌群落組成特征

2.1.1 納木錯(cuò)夏季各樣點(diǎn)水體可培養(yǎng)酵母菌分布狀況 如圖2所示,從納木錯(cuò)20份水樣中共分離得到1067株酵母菌,采用ITS區(qū)域序列分析,以序列相似度99%為分類界限,結(jié)合顯微形態(tài)進(jìn)行鑒定,結(jié)果顯示,分離得到的酵母分屬于27屬45種,其中sp.和sp.與已知序列的相似度低于97%,可能為2種潛在新分類單元,具體分類學(xué)地位見圖3.及屬種數(shù)最多,均分離到5個(gè)種,其次為屬,分離到4個(gè)種,屬分離到3個(gè)種,其余屬分離到的種數(shù)則相對較少.

由酵母菌分布狀況可知(圖2),.在納木錯(cuò)水體中廣泛分布,在18個(gè)樣點(diǎn)中被分離..和.分布也較為廣泛,分別在17個(gè)和16個(gè)樣點(diǎn)中被分離到.相較而言,.、.等17個(gè)種分布范圍較窄,均僅在1個(gè)樣點(diǎn)中被分離.相對豐度結(jié)果顯示,相對豐度最高(23.24%),其次為(14.43%),而、等13個(gè)種相對豐度較低,均僅在1個(gè)樣點(diǎn)中被分離到1株.綜上所述,及為納木錯(cuò)水體可培養(yǎng)酵母菌優(yōu)勢種.

為進(jìn)一步探究納木錯(cuò)酵母菌多樣性,對水體中分離得到的有色酵母菌豐度及比例進(jìn)行分析,結(jié)果表明,納木錯(cuò)有色酵母菌資源豐富,從20個(gè)樣點(diǎn)中共分離出有色酵母菌772株(72.35%),其中豐度最高(248株),占總有色酵母菌數(shù)量的32.12%.

納木錯(cuò)水體酵母菌資源較為豐富,有色酵母菌數(shù)量和分布均占有明顯的優(yōu)勢,該結(jié)果不同于云南撫仙湖、程海湖、星云湖、杞麓湖及陽宗海湖等高原湖泊可培養(yǎng)酵母菌優(yōu)勢種的研究結(jié)果,但與西藏羊卓雍錯(cuò)水體可培養(yǎng)酵母菌優(yōu)勢種相同(表1);青藏高原強(qiáng)紫外輻射環(huán)境對水生微生物具有抑制作用[40],張瑞蕊等[41]研究結(jié)果顯示,為天山一號冰川表面冰塵和底部沉積層可培養(yǎng)酵母菌的優(yōu)勢種,且認(rèn)為低溫微生物色素沉著可以減少高強(qiáng)度紫外線輻射帶來的傷害, Virginia等[42]研究表明,為阿根廷冰川可培養(yǎng)酵母菌優(yōu)勢種,有著極強(qiáng)的耐低溫生存能力和定植能力.分布和數(shù)量也較多,該種酵母曾在南極土壤[43]、高原凍土[44]、冰川融水[45]等生境中被分離,Brand?o等[46]對阿根廷Nahuel Huapi湖酵母菌多樣性的研究發(fā)現(xiàn),在5°C和20°C時(shí)表現(xiàn)出多種胞外酶活性,對寒冷生境具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力.由此推測,強(qiáng)輻射和較低的年均溫是和在納木錯(cuò)水體中廣泛存在的可能原因..在納木錯(cuò)水體中分布也非常廣泛,但目前關(guān)于該菌種的研究還較為缺乏,對該菌在納木錯(cuò)廣泛分布的原因有待進(jìn)一步的研究.

圖2 納木錯(cuò)各樣點(diǎn)水體在種水平上可培養(yǎng)酵母菌的分布

圖3 基于ITS序列構(gòu)建的Neighbor-Joining系列發(fā)育樹

(a)sp. 系列發(fā)育樹; (b)sp. 系列發(fā)育樹; 黑色字體標(biāo)注為本研究新獲得序列,括號內(nèi)為GenBank登錄號,分支點(diǎn)數(shù)字代表1000次重復(fù)后自展值,標(biāo)尺表示1000個(gè)序列中有5個(gè)被替換

通過比較納木錯(cuò)與其他高原湖泊水體可培養(yǎng)酵母菌多樣性(表1)可以看出,從納木錯(cuò)分離出的酵母菌屬數(shù)高于羊卓雍錯(cuò)、撫仙湖、程海湖等6個(gè)高原湖泊,酵母菌種數(shù)僅次于撫仙湖和陽宗海湖. Shannon- Wiener多樣性指數(shù)顯示,納木錯(cuò)水體酵母菌多樣性僅次于撫仙湖和星云湖;Simpson多樣性指數(shù)顯示,納木錯(cuò)水體酵母菌多樣性高于撫仙湖、羊卓雍錯(cuò)、程海湖以及星云湖;Pielou均勻度顯示,納木錯(cuò)水體酵母菌種群分布均勻度小于程海及羊卓雍錯(cuò),但高于撫仙湖.綜合各多樣性指數(shù)可知,納木錯(cuò)水體酵母菌多樣性較高但均勻度較低,這可能是由于納木錯(cuò)海拔更高,環(huán)境更為惡劣,惡劣且多變的環(huán)境使得更多種類的酵母菌能夠共同生存,但適應(yīng)性較強(qiáng)的物種占據(jù)著大部分生態(tài)位.納木錯(cuò)水體酵母菌總豐度為622CFU/L,僅低于星云湖,這可能與取樣季節(jié)和樣點(diǎn)離岸距離以及湖泊所處地理位置等有關(guān).納木錯(cuò)與其他6個(gè)高原湖泊種群間的相似性系數(shù)為0.10～0.29,均處于不相似水平,其中納木錯(cuò)與羊卓雍錯(cuò)均位于西藏自治區(qū)境內(nèi),具有相似的環(huán)境條件,且使用相同的分離方式,但納木錯(cuò)與羊卓雍錯(cuò)水體酵母菌種群組成也未達(dá)到相似水平(0.29).綜上所述,納木錯(cuò)與其他6個(gè)湖泊雖都屬于高原湖泊,但所分離到的酵母菌物種組成卻存在較大差異,這與湖泊所處的地理位置、氣候條件、環(huán)境特點(diǎn)以及水體理化的不同存在一定的關(guān)系.

表1 納木錯(cuò)與其他高原湖泊酵母菌比較

2.1.2 納木錯(cuò)夏季各樣點(diǎn)間水體可培養(yǎng)酵母菌種類組成特征 多集合韋恩圖顯示(圖4),各樣點(diǎn)間共有酵母菌物種較少,為除10號和19號樣點(diǎn)外其他樣點(diǎn)的共有種,.和.分別為除1號、9號以及16號樣點(diǎn)外的其他樣點(diǎn)以及除1號、11號、15號以及20號樣點(diǎn)外的其他樣點(diǎn)的共有種.各樣點(diǎn)中,1號和15號樣點(diǎn)酵母菌物種數(shù)最少,9號樣點(diǎn)酵母菌物種數(shù)最多,且有6種酵母菌為該樣點(diǎn)特有種,5號、10號及16號樣點(diǎn)各有2個(gè)特有種,4號、6號、8號、11號以及19號樣點(diǎn)各有1個(gè)特有種. 9號樣點(diǎn)位于湖邊牧場,湖岸家畜活動頻繁,且岸邊有大量家畜排泄物,放牧活動造成的岸邊有機(jī)質(zhì)的富集是9號樣點(diǎn)水體酵母菌物種數(shù)及特有種均較多的可能原因.

2.1.3 納木錯(cuò)夏季各樣點(diǎn)水體可培養(yǎng)酵母菌空間異質(zhì)性 如圖5a所示,采用基于Bray-Curtis距離的非度量多維尺度(NMDS,non-metric multidimensional scaling)分析顯示,所有樣點(diǎn)按不同地理位置分為4組,東南沿岸區(qū)(CSE,1～5號樣點(diǎn)),西南沿岸區(qū)(CSW,6～10號樣點(diǎn)),西北沿岸區(qū)(CNW,11～15號樣點(diǎn)),東北沿岸區(qū)(CNE,16～20號樣點(diǎn)).ANOSIM結(jié)果顯示(圖5b)組間差異顯著大于組內(nèi)差異(= 0.266,<0.01),即納木錯(cuò)水體酵母菌群落結(jié)構(gòu)在不同區(qū)域存在顯著差異.就各區(qū)域而言,西南沿岸區(qū)10號樣點(diǎn)與該區(qū)域其他樣點(diǎn)水體酵母菌群落結(jié)構(gòu)存在一定差異,西北沿岸區(qū)12號樣點(diǎn)與該區(qū)域其他樣點(diǎn)水體酵母菌群落結(jié)構(gòu)存在一定差異,東北沿岸區(qū)20號樣點(diǎn)與該區(qū)域其他樣點(diǎn)水體酵母菌群落結(jié)構(gòu)存在一定差異.分析以上三個(gè)樣點(diǎn)所處位置可知,不同于6～9號樣點(diǎn),10號樣點(diǎn)位于納木錯(cuò)西岸,位置的不同導(dǎo)致10號樣點(diǎn)附近入湖河流完全區(qū)別于6～9號樣點(diǎn),不同入湖河流流經(jīng)區(qū)域的差別可能是10號樣點(diǎn)β多樣性區(qū)別于6～9號樣點(diǎn)的原因.12號樣點(diǎn)位于納木錯(cuò)湖體的一個(gè)突出部,該處湖水與主湖以狹窄水道相連,特殊的位置使得12號樣點(diǎn)水體與主湖水體交流較為困難,從而造成了該樣點(diǎn)水體酵母菌β多樣性與相鄰樣點(diǎn)的差異.20號樣點(diǎn)位于納木錯(cuò)東北角,樣點(diǎn)附近設(shè)置有納木錯(cuò)觀景臺,常年的西南風(fēng)將湖面草木漂浮物富集于該樣點(diǎn)[47],豐富的有機(jī)質(zhì)含量及常年的旅游活動可能是造成20號樣點(diǎn)β多樣性區(qū)別于16～19號樣點(diǎn)的可能原因.

圖4 納木錯(cuò)樣點(diǎn)間水體可培養(yǎng)酵母菌種類多集合維恩圖

黑色點(diǎn)表示該位置有數(shù)據(jù),點(diǎn)線圖表示樣點(diǎn)間存在交集,柱狀圖上的數(shù)字表示樣點(diǎn)間的共有物種數(shù),左邊柱形圖表示各樣點(diǎn)的物種數(shù)

圖5 納木錯(cuò)水體可培養(yǎng)酵母菌群落組成的空間變異分析

2.1.4 納木錯(cuò)夏季各樣點(diǎn)水體可培養(yǎng)酵母菌多樣性指數(shù) 納木錯(cuò)各樣點(diǎn)水體可培養(yǎng)酵母菌多樣性指數(shù)顯示,9號樣點(diǎn)分離到的酵母菌屬數(shù)及種數(shù)均最多,為17個(gè)屬20個(gè)種,1號和15號樣點(diǎn)分離到的酵母菌屬數(shù)及種數(shù)最少,均為3個(gè)屬4個(gè)種.

為進(jìn)一步對納木錯(cuò)可培養(yǎng)酵母菌多樣性進(jìn)行深入探究,利用SPSS 20.0軟件中的Ducan檢驗(yàn)法對不同樣點(diǎn)酵母菌總豐度進(jìn)行差異性分析,結(jié)果顯示,6號樣點(diǎn)酵母菌總豐度最高,且顯著高于除1號樣點(diǎn)外的其余樣點(diǎn)(<0.05),15號樣點(diǎn)酵母菌總豐度最低.Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)在20個(gè)樣點(diǎn)間具有相同的變化趨勢,19號樣點(diǎn)三者均最低,分別為0.98、0.42及0.20;就Shannon-Wiener多樣性指數(shù)而言,9號樣點(diǎn)最高,為2.54,其次為3號樣點(diǎn);就Simpson多樣性指數(shù)而言,3號樣點(diǎn)最高,其次為9號樣點(diǎn);就Pielou均勻度指數(shù)而言,3號樣點(diǎn)最高,其次為11號樣點(diǎn);綜上所述,3號樣點(diǎn)水體酵母菌多樣性較豐富且分布均勻,19號樣點(diǎn)水體酵母菌多樣性較單一且分布不均勻.6號樣點(diǎn)為入湖河水與湖水的交匯處,位于天然沙礫堤與湖岸之間,由于天然砂礫堤的阻隔,該樣點(diǎn)水體理化性質(zhì)區(qū)別于其他樣點(diǎn),與其他樣點(diǎn)迥異的理化因子是導(dǎo)致6號樣點(diǎn)酵母菌總豐度高于其他樣點(diǎn)的主要原因.3號樣點(diǎn)位于扎西半島,樣點(diǎn)處魚類資源豐富且有大量游客投食,豐富的水生生物及頻繁的人為活動可能是該樣點(diǎn)酵母菌多樣性較為豐富且均勻的可能原因.19號樣點(diǎn)位于村莊旁,人為活動也較多,但不同于3號樣點(diǎn)的旅游活動,19號樣點(diǎn)多為畜牧活動,并且區(qū)別于9號樣點(diǎn),19號樣點(diǎn)的畜牧活動會對牛糞進(jìn)行回收,猜測岸邊人為活動方式的不同可能是造成3號、9號以及19號樣點(diǎn)酵母菌多樣性差異的主要原因.

2.2 納木錯(cuò)夏季各樣點(diǎn)水體理化因子分析

圖6 納木錯(cuò)各樣點(diǎn)水體理化因子與可培養(yǎng)酵母菌多樣性指數(shù)Pearson相關(guān)性系數(shù)

*表示在0.05水平顯著相關(guān)(雙側(cè)); **表示在0.01水平顯著相關(guān)(雙側(cè))

為探究酵母菌多樣性與水體理化因子之間的關(guān)系,測定了納木錯(cuò)水體的8個(gè)理化因子數(shù)據(jù).差異性分析顯示,在納木錯(cuò)各樣點(diǎn)水體間,8個(gè)理化因子存在不同程度的差異.20個(gè)樣點(diǎn)pH值的變化范圍為8.72～9.66,其中12號樣點(diǎn)顯著高于其他樣點(diǎn)(< 0.05),6號樣點(diǎn)顯著低于其他樣點(diǎn)(<0.05);20個(gè)樣點(diǎn)電導(dǎo)率范圍為290.67～1901.67μs/cm,其中16號樣點(diǎn)顯著高于其他樣點(diǎn)(<0.05),6號樣點(diǎn)顯著低于其他樣點(diǎn)(<0.05);20個(gè)樣點(diǎn)總?cè)芙夤腆w量范圍為206.67～1346.67mg/L,其中16號樣點(diǎn)顯著高于其他樣點(diǎn)(<0.05),6號樣點(diǎn)顯著低于其他樣點(diǎn)(<0.05); 20個(gè)樣點(diǎn)鹽度范圍為130～950mg/L,其中16號樣點(diǎn)顯著高于其他樣點(diǎn)(<0.05),6號樣點(diǎn)顯著低于其他樣點(diǎn)(<0.05);20個(gè)樣點(diǎn)化學(xué)需氧量范圍為2～15mg/ L,其中1號樣點(diǎn)顯著高于其他樣點(diǎn)(<0.05),3號、6號以及17號樣點(diǎn)顯著低于其他樣點(diǎn)(<0.05);20個(gè)樣點(diǎn)氨氮范圍為0.06～0.71mg/L,其中1號樣點(diǎn)顯著高于其他樣點(diǎn)(<0.05),3號樣點(diǎn)顯著低于其他樣點(diǎn)(<0.05); 20個(gè)樣點(diǎn)總磷范圍為0.005～0.05mg/L,其中1號樣點(diǎn)顯著高于其他樣點(diǎn)(<0.05),6號樣點(diǎn)顯著低于其他樣點(diǎn)(<0.05);20個(gè)樣點(diǎn)總氮范圍為0.15～0.97mg/L,其中1號樣點(diǎn)顯著高于其他樣點(diǎn)(< 0.05),3號和8號樣點(diǎn)顯著低于其他樣點(diǎn)(<0.05).根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值,各理化因子均顯示納木錯(cuò)水質(zhì)為Ⅱ類水質(zhì),較為清潔.

納木錯(cuò)水體理化因子間相關(guān)性分析結(jié)果表明(圖6),化學(xué)需氧量、氨氮及總磷兩兩呈極顯著正相關(guān)(<0.01),pH值與電導(dǎo)率、總?cè)芙夤腆w量、鹽度呈極顯著正相關(guān)(<0.01),與化學(xué)需氧量呈顯著正相關(guān)(<0.05), 電導(dǎo)率、總?cè)芙夤腆w量、鹽度三者兩兩呈極顯著正相關(guān)(<0.01),且三者與氨氮呈極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01),與總氮呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05);總氮與化學(xué)需氧量及氨氮呈極顯著正相關(guān)(<0.01),與總磷呈顯著正相關(guān)(<0.05).

2.3 納木錯(cuò)夏季各樣點(diǎn)水體理化因子與可培養(yǎng)酵母菌多樣性指數(shù)間相關(guān)性分析

由圖6可知.納木錯(cuò)水體可培養(yǎng)酵母菌總豐度與pH值、電導(dǎo)率、總?cè)芙夤腆w量、鹽度呈極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01),與總氮、氨氮呈顯著正相關(guān)(<0.05);物種數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)與總磷呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05).綜上所述,pH值、電導(dǎo)率、總?cè)芙夤腆w量、鹽度、總氮、氨氮以及總磷是影響納木錯(cuò)水體可培養(yǎng)酵母菌多樣性的主要理化因子.

2.4 納木錯(cuò)夏季水體可培養(yǎng)酵母菌群落排序

為更直觀反映酵母菌群落結(jié)構(gòu)與理化因子間的關(guān)系,采用CANOCO 5.0對二者進(jìn)行排序.為確定合理的排序模型,先進(jìn)行去趨勢對應(yīng)分析(DCA).去趨勢對應(yīng)分析結(jié)果顯示第1軸的梯度長度值為2.7,因此選擇冗余分析(RDA)進(jìn)行排序.使用前向選擇篩選對酵母菌群落結(jié)構(gòu)影響顯著的環(huán)境因子(<0.05)(圖7),選出pH進(jìn)行RDA分析(=2.6,= 0.008),RDA分析結(jié)果顯示,第1排序軸對響應(yīng)變量的解釋度比例為12.8%,為避免冗雜,在排序圖中,僅展現(xiàn)貢獻(xiàn)度最高的15個(gè)酵母菌屬(圖7).

環(huán)境因子對酵母菌分布的影響在排序圖中有較直觀的展示,貢獻(xiàn)度最高的15個(gè)酵母菌屬中,、以及的分布與pH有密切聯(lián)系,pH是影響納木錯(cuò)各樣點(diǎn)水體酵母菌群落結(jié)構(gòu)最顯著的環(huán)境因子.

郝兆等[38]研究認(rèn)為,pH、電導(dǎo)率、總?cè)芙夤腆w量、鹽度以及總磷是影響羊卓雍錯(cuò)水體酵母菌的主要理化因子;嚴(yán)亞萍等[32]通過對陽宗海水體酵母菌種群結(jié)構(gòu)的研究認(rèn)為,電導(dǎo)率是影響其水體酵母菌多樣性的重要因素;董明華等[8]研究表明,pH和總磷分別對杞麓湖隱球酵母屬和紅冬孢酵母屬的分布有重要影響.與以上研究結(jié)果相類似,本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,納木錯(cuò)水體可培養(yǎng)酵母菌α多樣性主要受pH、電導(dǎo)率、總?cè)芙夤腆w量、鹽度、總氮、總磷以及氨氮的顯著影響,RDA分析結(jié)果顯示,pH是影響納木錯(cuò)水體可培養(yǎng)酵母菌的主要理化因子.在本研究中,pH、電導(dǎo)率、總?cè)芙夤腆w量以及鹽度主要通過抑制酵母菌的總豐度來對酵母菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,總氮和氨氮通過增加酵母菌總豐度來對酵母菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,總磷則通過抑制酵母菌物種數(shù)以及酵母菌多樣性來對酵母菌群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響.電導(dǎo)率、總?cè)芙夤腆w量以及鹽度對酵母菌的影響主要表現(xiàn)在對酵母菌細(xì)胞滲透壓的影響上,高滲環(huán)境可能會導(dǎo)致酵母菌死亡、裂解或休眠,并且會影響酵母菌對環(huán)境中營養(yǎng)鹽的攝取[48-49].酵母菌喜生活于偏酸性環(huán)境中,高pH值的環(huán)境會對酵母菌產(chǎn)生抑制作用[50].納木錯(cuò)高鹽偏堿性的水體環(huán)境對納木錯(cuò)酵母菌形成選擇壓力,抑制了優(yōu)勢酵母菌種群的豐度,增加了酵母菌多樣性,符合中度干擾假說[51].總氮、總磷和氨氮的作用則與pH相反,水體的富營養(yǎng)化促進(jìn)了優(yōu)勢菌群的形成,優(yōu)勢菌群的形成增加酵母菌總豐度的同時(shí)降低了酵母菌多樣性指數(shù).納木錯(cuò)水體酵母菌群落結(jié)構(gòu)受水體pH、電導(dǎo)率、總?cè)芙夤腆w量以及鹽度的抑制作用以及總氮、總磷以及氨氮的促進(jìn)作用的共同控制.

圖7 納木錯(cuò)水體可培養(yǎng)酵母菌群落與理化因子RDA分析排序圖

3 結(jié)論

3.1 從納木錯(cuò)水體20個(gè)樣點(diǎn)中共分離出1067株酵母菌,鑒定后分屬于27個(gè)屬45個(gè)種及2個(gè)潛在新分類單元,優(yōu)勢種為和..為納木錯(cuò)水體廣泛分布種.

3.2 NMDS及酵母菌多樣性指數(shù)分析顯示,納木錯(cuò)不同區(qū)域水體可培養(yǎng)酵母菌群落β多樣性差異明顯,且水體酵母菌資源較為豐富.

3.3 Pearson相關(guān)性分析結(jié)果表明,酵母菌總豐度與pH、EC、TDS、Salt呈極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01),與TN、NH3-N呈顯著正相關(guān)(<0.05);物種數(shù)、Shannon- Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)均與TP呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05).冗余分析顯示,pH是影響納木錯(cuò)水體酵母菌種群分布的主要理化因子.

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Analysis on yeast diversity and the influencing factors during summertime in Nam Co Lake.

WANG Yan-hong, HAO Zhao, GUO Xiao-fang*, De-ji**

(School of Science, Tibet University, Lhasa 850000, China)., 2021,41(11)：5361～5371

Yeasts were isolated by membrane filtration flat culture from Nam Co Lake. Identifications of the yeasts were based on sequence analysis of the ITS region, combined with traditional classification method. Moreover, bioinformatical and statistical methods were used to determine the correlationships between diversity of culturable yeast and environmental factors. The result showed that a total of 1067 yeast isolates were identified, belonging to 27 genera and 45 species, and including two previously undescribed taxa. Among them,andwere the dominated species. Furthermore, NMDS analysis showed that the β diversity of the culturable yeast communities in different sites of Nam Co Lake was significantly different. Statistical analysis indicated that the richness of culturable yeast were negatively correlated to lake pH, electric conductivity (EC), and total dissolved salt (TDS). Meanwhile, the richness was positively correlated to total nitrogen (TN) and ammonia nitrogen (NH3-N). Additionally, the number of yeast species, Shannon-Wiener index, and Simpson index were negatively correlated to total phosphorus (TP). Interestingly, pH played a crucial role in the formation of yest community structures in Nam Co Lake. As a whole, the yeast community in Nam Co Lake showed high species richness, and the community structures differed in different sites, influenced by a variety of environmental factors.

plateau lake；Nam Co Lake；yeast；diversity；environmental factors

X172

A

1000-6923(2021)11-5361-11

王艷紅(1994-),女,河南鄭州人,西藏大學(xué)碩士研究生,主要從事微生物生態(tài)學(xué)研究.

2021-04-02

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31960024);2019年中央支持地方高校改革發(fā)展基金(藏財(cái)預(yù)指[2019]01號)

*責(zé)任作者, 教授, gxf005@Hotmail.com;**高級實(shí)驗(yàn)師, dg971103@163.com