钾质粗面岩表生细菌的空间分布及其在岩石风化中的作用

【摘要】微生物广泛存在于自然环境中,其与岩石、矿物的风化作用是最重要的地球化学现象之一。本论文通过研究钾质粗面岩表生细菌的空间分布及其在岩石中的风化作用,为岩石到土壤演变过程中细菌群落变化,以及微生物-矿物风化机理提供理论依据,同时丰富矿物风化细菌的物种资源库。在南京小龙山钾矿区采集了位于不同高度的钾质粗面岩样品及土壤样品。三份岩石样品距离地面为16m、8m、2m,分别编号H、M、L；土壤样品编号S。采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术及16SrRNA序列鉴定技术研究了四份样品的细菌种群结构及其变化规律。结果表明,样品中的细菌归属于Acidobacteria、Actinobacteria、Chloroflexi、Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria五大菌群以及不可培养细菌(Unculturedbacteria)的10个菌目。其中Ktedonobacterales为该矿区的优势菌群,在四份样品中所占的比例分别为75%,59%,71%,64%(H、M、L、S)。其中unclassifiedActinobacteria是M样品的特有菌目,Chromatiales是土壤样品的特有菌目。从上述钾质粗面岩和土壤样品中分离并筛选到200株岩石风化细菌。摇瓶培养试验,发酵液中Fe的变化是0.019-7.06mg/L、Si的变化1.701-8.39mg/L、Al的变化0.579-3.77mg/L,对铁具有溶出能力的细菌在每份样品(H、M、L、S)中的比例分别是74%、44%、58%和92%；对硅具有溶出能力的细菌在每份样品(H、M、L、S)中的比例分别是62%、100%、30%和98%；对铝具有溶出能力的细菌在每份样品(H、M、L、S)中的比例分别是48%、66%、50%和86%。对钾质粗面岩中的Fe、Si、AL具有较高溶出能力的菌株占总细菌数的比例分别为26%、4%、15%。具有高产铁载体能力的菌株占总细菌数16%。具有较强产酸能力(pH<3.5)的菌株占总细菌数28%。对这些岩石风化细菌进行16SrRNA序列鉴定及系统发育学分析,结果表明细菌主要归类于厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、a-变形菌纲(Alphaproteobacteria),β-变形菌纲(Betaproteobacteria),r-变形菌纲(Gammaproteobacteria)五大菌群的15个菌属。其中芽孢杆菌属(Bacillus)和节杆菌属(Arthrobacter)是优势菌属；cellulosimicrobium,Acinetobacte,Curtobacterium,Sphingomonas,Leifsoni,Erwinia,Sinomonas7个种属是H样品的特有菌属；Pseudomonas,Rhizobium是M样品的特有菌属；而在该矿区的土壤样品中只检测到Bacillus,Arthrobacter两个菌属。选取H87、M55、L17、S2四株高效菌株进行岩石风化的动态试验,研究其对钾质粗面岩中主要元素(Fe、Si、Al)的释放规律。菌株M55、L17、S2对这三种元素的溶出一直处于上升的趋势,随着细菌进入衰亡期,溶液中Fe、Si、Al的浓度也逐渐下降。而菌株H87对三种元素的释放行为却明显不同,对Fe的溶出经历了上升-平稳-上升-平稳-下降的过程；在Si、Al的溶出中,0-3d出现了溶解-沉降的过程,3-5d溶解速率不断提高,5-15d溶液中的元素浓度处于下降的趋势。说明菌株对元素的释放行为既存在共性也存在差异性。
【作者】王荣荣；
【导师】盛下放；
【作者基本信息】南京农业大学，微生物学，2013，硕士
【关键词】钾质粗面岩；岩石风化；细菌种群；岩石风化细菌；

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