郭小芳 熊寧 郝兆 梁澤鵬 拉巴
(西藏大學(xué)理學(xué)院 西藏拉薩 850000)
拉魯濕地土壤理化因子與酵母菌多樣性及產(chǎn)胞外酶活性相關(guān)性分析
郭小芳 熊寧 郝兆 梁澤鵬 拉巴
(西藏大學(xué)理學(xué)院 西藏拉薩 850000)
采用稀釋倒平板法從拉魯濕地土壤中分離酵母菌,結(jié)合經(jīng)典分類法及26S rDNA D1/D2區(qū)域序列分析,對(duì)獲得的83株酵母菌菌株進(jìn)行系統(tǒng)分類,并對(duì)土壤的基本理化因子進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果顯示,拉魯濕地土壤酵母菌分屬于隱球酵母屬Cryptococcus、假絲酵母屬Candida、原囊菌屬Protomyces、紅酵母屬Rhodotorula及Cystofilobasidium 5個(gè)屬16個(gè)種,其中隱球酵母屬Cryptococcus包括8個(gè)種。多樣性指數(shù)比較結(jié)果表明,6號(hào)樣點(diǎn)酵母菌多樣性最豐富,9號(hào)樣點(diǎn)最低。理化因子測(cè)定結(jié)果顯示,不同樣點(diǎn)所測(cè)的6種理化因子存在一定程度的差異,其中6號(hào)樣點(diǎn)水分含量明顯高于其他樣點(diǎn)(P<0.05),3號(hào)樣點(diǎn)銨態(tài)氮、速效磷以及速效鉀含量最高(P<0.05),9號(hào)樣點(diǎn)則最低(P<0.05);3、4、5、6號(hào)樣點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量明顯高于其他幾個(gè)樣點(diǎn)(P<0.05)。酵母菌多樣性與理化因子相關(guān)性分析結(jié)果表明,兩者之間沒有顯著相關(guān)性,而有機(jī)質(zhì)含量與酵母菌總豐度相關(guān)性系數(shù)較高。產(chǎn)不同胞外酶活性菌株比例與土壤理化因子間不呈現(xiàn)顯著相關(guān)性,果膠酶活性菌株比例與水分呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.05),速效磷與產(chǎn)脂肪酶活性菌株比例則呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性(P<0.05)。
拉魯濕地;土壤;酵母菌多樣性;理化因子;26SrDNAD1/D2區(qū)域序列分析
濕地為水生、陸生生態(tài)系統(tǒng)界面相互延伸擴(kuò)展的重疊空間區(qū)域,是地球上特殊過渡類型生態(tài)系統(tǒng),也是自然界富有生物多樣性的生態(tài)景觀和人類重要的生存環(huán)境之一,具有多種生態(tài)功能和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值,被譽(yù)為“自然之腎”[1]。微生物不僅在濕地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和系統(tǒng)穩(wěn)定性維持等方面具有重要作用,此外還參與廢物處理、生態(tài)修復(fù)、氣體調(diào)節(jié)和生物多樣性保護(hù)等生態(tài)過程[2]。拉魯濕地是目前我國城市范圍內(nèi)面積最大的天然濕地,在保持地區(qū)生物多樣性、維持城市生態(tài)平衡、改善城市環(huán)境質(zhì)量等方面起著十分重要的作用,故有拉薩“城市之肺”之稱[3-4]。盡管拉魯濕地具有重要的生態(tài)作用,但是由于受地域等條件的限制,對(duì)其中生物資源和多樣性的研究起步較晚,且主要集中在動(dòng)物[5-12]和植物[13-15]群落結(jié)構(gòu)方面的研究,在微生物方面,僅見的零星報(bào)道也只是局限于土壤放線菌和細(xì)菌的研究[16-17]。本實(shí)驗(yàn)對(duì)拉魯濕地土壤理化因子進(jìn)行測(cè)定,并就其與酵母菌多樣性、產(chǎn)胞外酶活性菌株分布特性相關(guān)性進(jìn)行分析,旨在為拉魯濕地生物多樣性研究提供理論依據(jù)。
1.1 土壤樣品的采集
在拉魯濕地選擇具有代表性的10個(gè)生境樣點(diǎn),進(jìn)行土壤的采集。采用多點(diǎn)混合法采集0~30cm深度的土壤樣品,并在4℃下保藏備用。
1.2 土壤理化因子測(cè)定
測(cè)定土壤pH值、水分、銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量。采用烘干法提取水分,pH計(jì)測(cè)定土壤的pH值,其他理化指標(biāo)的測(cè)定采用土壤化肥速測(cè)儀TRF-1進(jìn)行。
1.2.1 土壤水分的測(cè)定
稱取100g土壤,將其烘干至恒重。稱量烘干土壤重量,并計(jì)算樣品水分含量。重復(fù)測(cè)定三次。
1.2.2 土壤pH的測(cè)定
稱取過20目篩的風(fēng)干土壤10g,置于100mL燒杯中;量取50mL蒸餾水,加入燒杯中;用玻璃棒攪拌約1min,靜置半小時(shí)使其澄清;用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液校正后的酸度計(jì)測(cè)定樣品pH值。重復(fù)測(cè)定3次。
1.2.3 土壤銨態(tài)氮的測(cè)定
濾液制備:取待測(cè)土壤樣品4g放入50mL燒杯中,加蒸餾水20mL;加1g 1號(hào)粉后密封燒杯,并搖動(dòng)10min,過濾后取濾液。
銨態(tài)氮測(cè)定:向空比色皿內(nèi)加蒸餾水作為空白液;向空比色皿中滴入18滴蒸餾水,再滴入2滴氮標(biāo)液,搖勻,做為標(biāo)準(zhǔn)液(20mg/kg);吸取20滴待測(cè)濾液放入空比色皿中,為待測(cè)液;向裝有標(biāo)準(zhǔn)液、待測(cè)液比色皿內(nèi)分別加入2滴氮1號(hào)試劑,搖勻,再加入2滴氮2號(hào)試劑,搖勻。靜止10min后各滴入15滴蒸餾水,上儀器進(jìn)行測(cè)定。每個(gè)處理重復(fù)3次。
1.2.4 土壤速效磷的測(cè)定
濾液制備同1.2.3節(jié)。
速效磷測(cè)定:向比色皿內(nèi)加蒸餾水作為空白液;向空的比色皿中滴18滴蒸餾水,再滴入2滴磷標(biāo)液,搖勻,作為磷標(biāo)準(zhǔn)液(20mg/kg);吸取16滴蒸餾水、4滴磷濾液加入另一比色皿中搖勻,為待測(cè)液;向裝有磷標(biāo)準(zhǔn)液、待測(cè)液比色皿內(nèi)分別滴入15滴蒸餾水,再各加入2滴磷1號(hào)試劑和1滴磷2號(hào)試劑,立即上儀器進(jìn)行測(cè)定。每個(gè)處理重復(fù)3次。
1.2.5 土壤速效鉀的測(cè)定
濾液制備同1.2.3節(jié)。
速效鉀測(cè)定:向空的比色皿內(nèi)加蒸餾水作為空白液;向另一比色皿中滴18滴蒸餾水,再滴2滴鉀標(biāo)液,搖勻,作為鉀標(biāo)準(zhǔn)液(100mg/kg);吸取20滴鉀濾液放入另一空的比色皿中,為待測(cè)液;向裝有鉀標(biāo)準(zhǔn)液、待測(cè)液的比色皿內(nèi)分別加2滴鉀1號(hào)試劑,搖勻,再加2滴鉀2號(hào)試劑,搖勻。再各滴15滴蒸餾水,上儀器進(jìn)行測(cè)定。每個(gè)處理重復(fù)3次。
1.2.6 土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定步驟
將5mL測(cè)磷浸提濾液倒入小試管中,與說明書上5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)進(jìn)行比較即可得出土樣有機(jī)質(zhì)的百分含量。5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試管分別代表4.0%、3.0%、2.0%、1.0%、0.5%。
1.3 酵母菌的分離及鑒定
采用稀釋涂布法從10個(gè)土壤樣品中分離酵母菌。培養(yǎng)基主要包括酸化YPD、酸化YM及酸化PDA平板。采用平板劃線法在YPD培養(yǎng)基上進(jìn)行酵母菌菌株的純化。分離獲得的酵母菌菌株的鑒定主要采用26SrDNAD1/D2區(qū)域序列分析法進(jìn)行。DNA擴(kuò)增和檢測(cè)等由云南大學(xué)微生物研究所完成DNA擴(kuò)增和條帶檢測(cè)后送達(dá)測(cè)序公司進(jìn)行測(cè)序。序列進(jìn)行人工校對(duì)后在GenBank核酸序列數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行同源性搜索,以確定酵母菌所屬分類單元。
1.4 產(chǎn)胞外酶活性菌株篩選
采用平皿法進(jìn)行產(chǎn)胞外酶活性菌株的初步篩選。胞外酶主要包括淀粉酶、纖維素酶、果膠酶、幾丁質(zhì)酶及脂肪酶。在不同平板上接種酵母菌菌株后分別于4℃和25℃進(jìn)行培養(yǎng)。低溫21d、常溫5d時(shí)觀察暈圈或透明圈的產(chǎn)生情況,并進(jìn)行記錄。
1.5 數(shù)據(jù)的處理及統(tǒng)計(jì)
采用Excel軟件計(jì)算Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H’)、Pielou均勻度指數(shù)(J’)及Simpson多樣性指數(shù)(D);用Spss19.0 Duncan檢驗(yàn)法分析各樣點(diǎn)理化因子差異性,并用其中Pearson分析法進(jìn)行酵母菌理化因子間、理化因子與酵母菌多樣性指數(shù)以及理化因子與產(chǎn)胞外酶活性菌株分布特性相關(guān)性分析。
2.1 拉魯濕地土壤理化因子測(cè)定
表1結(jié)果顯示,不同樣點(diǎn)所測(cè)的6種理化因子存在一定程度的差異;6號(hào)樣點(diǎn)水分含量明顯高于其他樣點(diǎn)(P<0.05),而2號(hào)樣點(diǎn)水分含量最低(P<0.05);pH測(cè)定結(jié)果表明,不同樣點(diǎn)間基本存在顯著差異,其中1號(hào)樣點(diǎn)pH最高(P<0.05),3號(hào)樣點(diǎn)則最低(P<0.05);3號(hào)樣點(diǎn)銨態(tài)氮、速效磷以及速效鉀含量最高(P<0.05),9號(hào)樣點(diǎn)則最低(P<0.05);有機(jī)質(zhì)含量而言,3、4、5、6號(hào)樣點(diǎn)明顯高于其他幾個(gè)樣點(diǎn)(P<0.05),1號(hào)、2號(hào)和7號(hào)樣點(diǎn)則明顯低于其他樣點(diǎn)(P<0.05)。
表1 拉魯濕地土壤理化因子
2.2 拉魯濕地土壤酵母菌種群分布特性
表2結(jié)果顯示,拉魯濕地土壤分離的酵母菌分屬5個(gè)屬16種。其中隱球菌屬Cryptococcus種類最多,為8個(gè)種,主要包括Cryptococcusadeliensis、Cryptococcusaerius、Cryptococcusaspenensis、Cryptococcuscerealis、Cryptococcusflavus、Cryptococcusfriedmannii、Cryptococcusuzbekistanensis和Cryptococcusvictoriae,其中Cryptococcusvictoriae分布最為廣泛,5個(gè)樣點(diǎn)均有分離。其次為紅酵母屬Rhodotorula,包括4個(gè)種(Rhodotorula glutinis、Rhodotorula ingeniosa、Rhodotorula mucilaginosa、Rhodotorula vanillica),其中Rhodotorula mucilaginosa相對(duì)豐度最高。Cystofilobasidium分離到2個(gè)種,原囊菌屬Protomyces和假絲酵母屬Candida均分離到1個(gè)種。
表2 拉魯濕地土壤酵母菌種群分布特征
2.3 拉魯濕地土壤酵母菌多樣性指數(shù)分析
表3結(jié)果顯示,拉魯濕地每個(gè)土壤樣品中分離的酵母菌種類不多,最多為3種,最少為1種。10個(gè)樣點(diǎn)中,6號(hào)樣點(diǎn)可培養(yǎng)酵母菌數(shù)量、H’值、D值均最高,而9號(hào)樣點(diǎn)以上值均最低??傮w而言,6號(hào)土壤樣點(diǎn)酵母菌相對(duì)豐富,其次為2號(hào)樣點(diǎn)和7號(hào)樣點(diǎn),9號(hào)樣點(diǎn)則比較單一,且數(shù)量較少。10個(gè)樣點(diǎn)的J’值均不高,最高僅為0.39,說明酵母菌的分布不均勻。
表3 拉魯濕地土壤中酵母菌多樣性指數(shù)
2.4 拉魯濕地不同土壤樣點(diǎn)酵母菌產(chǎn)胞外酶活性菌株數(shù)比較
表4 拉魯濕地不同樣點(diǎn)土壤酵母菌產(chǎn)胞外酶活性菌株數(shù)比較(4℃)
從表4可以看出,4℃條件下,4號(hào)、5號(hào)和8號(hào)樣點(diǎn)具有產(chǎn)幾丁質(zhì)酶活性菌株;3號(hào)、9號(hào)和10號(hào)樣點(diǎn)產(chǎn)淀粉酶活性菌株比例最高,均為100%;3號(hào)和7號(hào)樣點(diǎn)產(chǎn)脂肪酶菌株比例最高;5號(hào)樣點(diǎn)產(chǎn)果膠酶活性菌株比例最高;2號(hào)樣點(diǎn)產(chǎn)纖維素酶活性菌株比例最高。
表5 拉魯濕地不同樣點(diǎn)土壤酵母菌產(chǎn)胞外酶活性菌株數(shù)比較(25℃)
表5數(shù)據(jù)顯示,25℃條件下,2號(hào)樣點(diǎn)產(chǎn)淀粉酶活性菌株比例最高;7號(hào)樣點(diǎn)產(chǎn)脂肪酶菌株比例最高;而3號(hào)樣點(diǎn)產(chǎn)纖維素酶和果膠酶活性菌株比例最高。比較表4和表5數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),除3號(hào)、9號(hào)和10號(hào),其他7個(gè)樣點(diǎn)高溫條件下的產(chǎn)脂肪酶活性菌株比例均高于低溫條件;除2號(hào)樣點(diǎn)外,其他樣點(diǎn)低溫條件下的產(chǎn)淀粉酶活性菌株比例均不低于高溫條件;產(chǎn)纖維素酶活性而言,除6號(hào)樣點(diǎn)外,其他樣點(diǎn)低溫條件下活性菌株比例仍均不低于高溫條件;產(chǎn)幾丁質(zhì)酶活性菌株僅在低溫條件下被分離到。
2.5 拉魯濕地土壤理化因子、酵母菌多樣性及產(chǎn)胞外酶活性間相關(guān)性分析
2.5.1 拉魯濕地土壤理化因子間相關(guān)性分析分析
表6 拉魯濕地土壤理化因子間Pearson相關(guān)性系數(shù)
拉魯濕地酵母菌多樣性指數(shù)相關(guān)性結(jié)果顯示(見表6),銨態(tài)氮、速效磷與速效鉀間呈顯著或極顯著正相關(guān)。銨態(tài)氮與水分間呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05);有機(jī)質(zhì)、pH與其他理化因子之間則無明顯相關(guān)性。
表7 拉魯濕地土壤理化因子與酵母菌多樣性指數(shù)Pearson相關(guān)性系數(shù)
2.5.2 拉魯濕地土壤理化因子與酵母菌多樣性指數(shù)間相關(guān)性分析
理化因子與多樣性指數(shù)間相關(guān)性分析結(jié)果顯示(見表7),拉魯濕地酵母菌物種豐富度、總豐度等多樣性指數(shù)與理化因子(pH、水分、銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì))之間無明顯相關(guān)性,相對(duì)而言,酵母總豐度與有機(jī)質(zhì)之間相關(guān)性系數(shù)較高(0.534)。
表8 拉魯濕地土壤理化因子與不同酵母菌豐度Pearson相關(guān)性系數(shù)
表9 拉魯濕地土壤理化因子與產(chǎn)不同胞外酶活性菌株比例Pearson相關(guān)性系數(shù)
2.5.3 拉魯濕地土壤理化因子與不同種酵母菌總豐度相關(guān)性分析
表8數(shù)據(jù)表明,從拉魯濕地土壤中分離到的16種酵母菌總豐度與土壤水分間無明顯相關(guān)性;Cryptococcus adeliensis總豐度與pH呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(P<0.01);Cryptococcus flavus和Rhodotorula glutinis總豐度與銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀間呈現(xiàn)顯著或極顯著正相關(guān)性;Cryptococcusaspenensis總豐度與有機(jī)質(zhì)間呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性(P<0.01)。
2.5.4 拉魯濕地土壤理化因子與產(chǎn)不同胞外酶活性菌株比例相關(guān)性分析
從表9可以看出,產(chǎn)不同胞外酶活性菌株比例與土壤理化因子間基本不呈現(xiàn)顯著相關(guān)性,但果膠酶活性菌株比例與水分呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.05),速效磷與產(chǎn)脂肪酶活性菌株比例則呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性(P<0.05)。
2.5.5 拉魯濕地不同酵母菌與產(chǎn)不同胞外酶活性菌株比例相關(guān)性分析
表10 拉魯濕地不同酵母菌豐度與產(chǎn)不同胞外酶活性菌株比例Pearson相關(guān)性系數(shù)
表10結(jié)果顯示,Cryptococcusflavus與Rhodotorula glutinis豐度與產(chǎn)果膠酶及纖維素酶活性菌株比例間呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性(P<0.05),另外,Cryptococcuscerealis豐度與果膠酶產(chǎn)生菌比例也呈現(xiàn)為顯著正相關(guān)性(P<0.05);Cystofilobasidiummacerans與幾丁質(zhì)酶產(chǎn)生菌比例間呈顯著正相關(guān)性(P<0.05)。
將分離自拉魯濕地土壤的83株酵母菌菌株歸為5個(gè)屬16個(gè)種,其中隱球酵母屬種類最多,包括8個(gè)種。土壤理化因子測(cè)定結(jié)果表明,6號(hào)樣點(diǎn)水分含量明顯高于其他樣點(diǎn);3號(hào)樣點(diǎn)銨態(tài)氮、速效磷以及速效鉀含量最高,9號(hào)樣點(diǎn)則最低;3、4、5、6號(hào)樣點(diǎn)的機(jī)質(zhì)含量明顯高于其他幾個(gè)樣點(diǎn)。酵母菌多樣性指數(shù)分析結(jié)果顯示,6號(hào)樣點(diǎn)酵母菌多樣性指數(shù)最高,9號(hào)樣點(diǎn)酵母菌種類則最為單一。比較6號(hào)樣點(diǎn)和9號(hào)樣點(diǎn)發(fā)現(xiàn),6號(hào)樣點(diǎn)所處生境為以委陵菜Potentilla anserine、嵩草Kobresia sp.為主的草甸群落,受人為干擾較小,而9號(hào)樣點(diǎn)則為流沙河入水口形成的沙石沖擊區(qū),前者有機(jī)質(zhì)含量和氮磷鉀等明顯高于后者,因而樣點(diǎn)間酵母菌群落組成存在一定差異。
理化因子間的相關(guān)性數(shù)據(jù)顯示,銨態(tài)氮、速效磷與速效鉀間呈顯著或極顯著正相關(guān)。理化因子與多樣性指數(shù)間相關(guān)性分析結(jié)果則表明,拉魯濕地酵母菌物種豐富度、總豐度等與理化因子之間無明顯相關(guān)性,相對(duì)而言,酵母總豐度與有機(jī)質(zhì)之間相關(guān)性系數(shù)較高,與前期對(duì)云南撫仙湖酵母菌多樣性研究[18]的結(jié)果相吻合,能夠進(jìn)一步解釋6號(hào)樣點(diǎn)酵母菌總豐度高于9號(hào)樣點(diǎn)的可能原因。從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出,微生物群落組成是多種因素共同作用的結(jié)果,而微生物群落組成又不免受到人為因素等影響。
為進(jìn)一步探討不同酵母菌豐度與土壤理化因子的關(guān)系,計(jì)算了兩者之間的Pearson相關(guān)系數(shù),結(jié)果表明,速效磷與產(chǎn)脂肪酶活性菌株比例呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性,這可能與磷酸是脂肪酶作用底物甘油三脂的主要組成成分有關(guān)。
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Analysison the correlationsbetween yeastdiversity,extracellularenzymeactivity and physicochemical factorsofsoil in LhaluWetland,Lhasa
Guo Xiao-fang Xiong Ning Hao Zhao Liang Ze-peng Laba
(Schoolof Science,TibetUniversity,Lhasa850000,Tibet)
Pour PlateMethodwasadopted to isolate yeasts from soil in the LhaluWetlandcombiningwith the classical identificationmethod and 26S rDNAD1/D2 sequenceanalysis.83 strainsofyeastwereisolated and soilenvironmental factorsweremeasured.The results showed that isolated yeast from soil in Lhalu wetland was classified into 16 specieswithin 5 generaincluding Cryptococcus,Candida,Protomyces,Rhodotorula and Cystofilobasidium.The diversity index showed that the highest diversity of yeastwas in sample 6 and the lowest insample 9.6 physicochemical factorsmeasured were differentbetween sampling points,thewater content in sample 6was significantly higher than thatofother sampling points(P<0.05),the concentration ofammonium nitrogen,available phosphorusand available potassium were the highest in sample 3 and the lowest in sample 9(P<0.05),the organicmatter contentof four samples,including sample 3,4,5 and 6washigher than thatofother samples.The correlation between yeast diversity and physicochemical factors showed that there was no significant correlation between them;however,the correlation coefficientbetween the totalabundance of yeastand the organicmatter contentwas relatively high.Therewas significantnegativecorrelation(P<0.05)between pectinase activity strain ratio and water contentand significantpositive correlation(P<0.05)between the proportion of lipase producing strain and available phosphorus.Overall,there were relatively abundant yeast resources in the soil in Lhalu wetland, and yeastcommunity compositionmay affected by physicochemical factorsand human disturbances.
Lhaluwetland;soil;yeastdiversity;physicochemical factors;26SrDNAD1/D2 sequence analysis
10.16249/j.cnki.54-1034/c.2016.02.001
S153.6
A
1005-5738(2016)02-001-009
[責(zé)任編輯:索郎桑姆]
2016-09-12
2016年度西藏自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目“西藏拉魯濕地水體酵母菌多樣性及其與環(huán)境因子相關(guān)性研究”(項(xiàng)目號(hào):2016ZR-15-11);2015年度國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目“拉魯濕地土壤酵母菌分子鑒定及胞外酶活性測(cè)定”(項(xiàng)目號(hào):201510694003);2016年度西藏大學(xué)珠峰學(xué)者人才發(fā)展支持計(jì)劃(項(xiàng)目號(hào):藏大字[2016]141號(hào))階段性成果。
郭小芳,女,漢族,甘肅蘭州人,西藏大學(xué)理學(xué)院副教授,主要研究方向?yàn)槲⑸锷鷳B(tài)學(xué)。