功能基因芯片(GeoChip)在兩種典型環(huán)境微生物群落分析中應(yīng)用的研究.pdf

1、微生物在自然界無(wú)處不在，而且其參與并承擔(dān)著重要的生態(tài)功能，從碳、氮循環(huán)，到礦物形成和風(fēng)化，無(wú)一不與微生物相關(guān)。但是，目前，自然界約99％的微生物因有限的培養(yǎng)基和特異的生長(zhǎng)條件而尚未被培養(yǎng)，因此如何準(zhǔn)確描述和定量自然環(huán)境中的微生物群落及其同環(huán)境因素之間的關(guān)系，是環(huán)境微生物生態(tài)學(xué)的重要研究課題之一。本研究主要以功能基因芯片(GeoChip)在環(huán)境微生物群落分析中應(yīng)用為研究主線(xiàn)，分別從環(huán)境樣品DNA的提取與純化和GeoChip在兩種典型環(huán)境微

2、生物群落分析中的應(yīng)用為支線(xiàn)，對(duì)GeoChip在環(huán)境微生物群落分析中的應(yīng)用展開(kāi)了一系列的具體研究與探討。除了GeoChip技術(shù)，本研究還采用了其他諸如克隆文庫(kù)、BIOLOG、PLFA和土壤呼吸儀等技術(shù)手段作為輔助手段，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行了全面的分析與研究。
　　 本研究的主要結(jié)果如下：第一，經(jīng)過(guò)136個(gè)土壤樣品的純化測(cè)試表明，本研究改進(jìn)后的低融點(diǎn)膠純化環(huán)境樣品DNA的方法，可以從各種污染程度的環(huán)境樣品中獲得高質(zhì)量、大片段(>23 kb

3、)的DNA，且均能夠用于全基因組放大、標(biāo)記和雜交；第二，來(lái)自三座銅礦山的酸性礦坑水(acid mine drainage，AMD)中的微生物群落結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，且不同AMD樣品中微生物群落結(jié)構(gòu)差異較大，其中的微生物主要由α-，β-和γ-Proteobacteria，Acidobacteria，Actinobacteria，Cyano-bacteria，F(xiàn)irmicutes，Proteobacteria，Planctomycetes，Ba

4、cteriodetes和Nitrospirae組成；雖然GeoChip2.0芯片從AMD生態(tài)系統(tǒng)中檢測(cè)到較少的功能基因，但檢測(cè)到的功能基因幾乎涉及到所有的基本生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程，而且，多元統(tǒng)計(jì)分析表明，AMD中的微生物群落組成主要受周?chē)h(huán)境地化參量的影響；第三，GeoChip檢測(cè)到氣候變暖的加溫效應(yīng)導(dǎo)致地表微生物群落功能基因的豐度增加，土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)受到了顯著的影響，而采割處理(用來(lái)模仿收獲地表植被生物量，并用于生物能源)增強(qiáng)了

5、加溫處理導(dǎo)致的溫度增加作用，但降低了微生物群落的分散度(結(jié)構(gòu)，多樣性，豐度)和功能基因(碳，氮，磷，硫循環(huán)基因)的豐度，差異分解分析表明，除土壤溫度以外，土壤和植物變量可以解釋79.4％的總變異，表明土壤溫度升高通過(guò)影響土壤和植物變量而影響土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)的。
　　 總而言之，通過(guò)GeoChip對(duì)兩種典型環(huán)境(極端酸性水環(huán)境和氣候變暖下的土壤環(huán)境)中微生物的群落結(jié)構(gòu)的研究，我們認(rèn)為，GeoChip作為一種宏基因組學(xué)研究技術(shù)，