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在热泉这类特殊的环境中,蕴藏着丰富的微生物资源。其所呈现的特殊生物学性质,驱使科学研究人员去探索以温度成分为主导非生物因子的不同生态系统中的生命体、生命现象,并力图揭示微生物的种群组成、适应机制及物种进化等科学问题,进行各种微生物资源的开发与利用。因此,热泉环境中的微生物多样性研究已经成为微生物资源与生态学研究的重点研究领域之一。
本研究针对Thermaceae和Bacillaceae两个科,应用纯培养法对云南滇西8个地区热泉样品的微生物多样性进行了系统的分析,并结合16S rRNA的二级结构分析,揭示了滇西8个地区热泉中原核生物多样性所呈现的基本规律。
热泉样品所分离得到隶属于Thermaceae的菌株,其16S rRNA基因序列的系统发育分析结果显示:共有28株菌可以归类于Thermaceae,其中有3株菌分属于Meiothermus的两个种(Meiothermus chliarophilus、Meiothermus ruber),25株菌分属于Thermus的5个种(Thermus arciformis、Thermus igniterrae、Thermus oshimai、Thermus scotoductus及Thermus thermophilus)。
热泉样品所分离得到隶属于Bacillaceae的菌株,其16S rRNA基因序列的系统发育分析结果显示:共有113株菌,分属于Bacillaceae的5个属(Anoxybacillus、Bacillus、Geobacillus、Lysinibacillus、Oceanobacillus)中的24个种(Anoxybacillus amylolyticus、Anoxybacillus eyuanensis、Anoxybacillus gonensis、Anoxybacillus kamchatkensis、Anoxybacillus pushchinoensis、Anoxybacillus tengchongensis、Bacillus badius、Bacillus flexus、Bacillus halodurans、Bacillus jeotgali、Bacillus licheniformis、Bacillus methanolicus、Bacillus panaciterrae、Bacillus safensis、Bacillus subterraneus、Bacillus tequilensis、Geobacillus kaustophilus、Geobacillus stearothermophilus、Geobacillus subterraneus、Geobacillus thermoleovorans、Geobacillus toebii、Geobacillus vulcani、Lysinibacillus xylanilyticus及Oceanobacillus iheyensiS)。
综合以上分离得到菌株的系统发育分析数据,说明腾冲、龙陵、梁河、元江热泉中所包含的Thermaceae(特别是Thermus)菌株较其他地区(户勐、施甸、太平、芒市)更为丰富,也说明热泉中所包含的可培养的Bacillaceae菌株多样性较高。本研究结果表明,热泉中隶属于Thermus的菌株与来自云南腾冲热海的非典型菌株和克隆,在16S rRNA基因序列的系统进化树中单独形成一个大的分支;与从世界其他地区分离得到的Thermus属典型菌株序列和克隆序列相比,在16SrDNA系统发育树上形成一个独立的地理簇群分支。遗憾的是,这种栖热菌的地域性分布特征没能够反应在其菌株的16S rRNA二级结构(437-496bp)上。同时,我们还发现栖热菌更加倾向于分布在温度更高的热泉中,与温度较好的相关性,而与热泉的pH值相关性不大。
研究结果表明:云南滇西8个地区热泉中存在着丰富的原核生物多样性和大量的潜在微生物新类群,并且不同地区栖热菌的分布与其热泉的非生物因子存在着一定的相关性。这些研究结果将为高温极端环境的微生物资源开发奠定基础,为探讨、认识高温极端环境下嗜热菌的起源、进化以及适应机制的形成等理论问题提供菌株资源及实验数据。