郭小芳,李治瀅,董明華,周 斌,楊麗源,李紹蘭
(1:云南大學(xué)云南省微生物研究所,昆明650091)
(2:西藏大學(xué)理學(xué)院,拉薩850000)
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云南高原湖泊撫仙湖酵母菌空間分布及其與環(huán)境因子的關(guān)系*
郭小芳2,李治瀅1,董明華1,周 斌1,楊麗源1,李紹蘭1**
(1:云南大學(xué)云南省微生物研究所,昆明650091)
(2:西藏大學(xué)理學(xué)院,拉薩850000)
開(kāi)展高原湖泊酵母菌多樣性研究,能夠?yàn)楹瓷鷳B(tài)系統(tǒng)的保護(hù)提供理論依據(jù),并為其中特殊酵母菌資源的開(kāi)發(fā)及利用奠定基礎(chǔ).結(jié)合經(jīng)典分類法及26S rDNA D1/D2區(qū)域序列分析,對(duì)分離自云南撫仙湖湖水中的553株酵母菌進(jìn)行系統(tǒng)分類,運(yùn)用SPSS 19.0軟件比較不同區(qū)域酵母菌多樣性,并采用多元統(tǒng)計(jì)方法定量分析酵母菌空間分布特征及其與理化因子之間的關(guān)系.結(jié)果顯示:撫仙湖水體中分布22屬52種和1個(gè)潛在新分類單元的酵母菌.理化因子差異性分析表明,北沿岸區(qū)總有機(jī)碳濃度明顯高于南沿岸區(qū).Pearson分析則表明,撫仙湖湖水總有機(jī)碳濃度與酵母菌豐度呈顯著正相關(guān).另外,酵母菌-環(huán)境冗余分析顯示,撫仙湖酵母菌種群結(jié)構(gòu)與總有機(jī)碳濃度存在明顯相關(guān).研究顯示云南撫仙湖酵母菌資源比較豐富,人類活動(dòng)對(duì)其中酵母菌空間分布具有一定影響.
高原湖泊;撫仙湖;酵母菌;多樣性;理化因子;冗余分析
?2016 by Journal of Lake Sciences
酵母菌是自然界的一大微生物類群,廣泛分布于食品、花卉、水果、樹(shù)木、土壤、發(fā)酵物、海洋及淡水等環(huán)境中,而湖泊是酵母菌重要棲息生境之一.近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐步開(kāi)展不同類型湖泊酵母菌多樣性及其活性研究.Brand?o等[1]對(duì)阿根廷Nahuel HuaPi湖酵母菌多樣性進(jìn)行研究,共獲得14屬32種的酵母菌;Me-deiros等[2]對(duì)巴西4個(gè)湖泊的酵母菌進(jìn)行分離與鑒定,并分析環(huán)境理化因子與酵母菌多樣性的相關(guān)性;Silva-Bedoya等[3]從哥倫比亞中心湖和主體湖分離到138株酵母菌,并結(jié)合MSP-PCR和26S rDNA D1/D2序列分析研究且比較這2個(gè)湖泊酵母菌多樣性.我國(guó)學(xué)者也開(kāi)展湖泊中活性酵母菌資源的開(kāi)發(fā),如黃繼國(guó)等[4]對(duì)長(zhǎng)春南湖水耐冷酵母菌進(jìn)行篩選并研究其產(chǎn)酶特性.相對(duì)低海拔湖泊而言,高海拔湖泊環(huán)境具有低溫、輻射強(qiáng)等特點(diǎn),對(duì)其酵母菌多樣性及功能特性研究具有重要意義.Libkind等[5-7]對(duì)阿根廷高海拔湖水(1370~1700 m)中的酵母多樣性以及光保護(hù)化合物(類胡蘿卜素和類菌胞素)產(chǎn)生能力進(jìn)行研究,并分離到一些能夠產(chǎn)生類菌胞素且抗紫外線的酵母.Russo等[8-9]研究阿根廷巴塔哥尼亞西北部高海拔(1606~1891 m)Rio Agrio and Lake Caviahue(RAC)系統(tǒng)中酵母菌多樣性,并獲得一些耐酸酵母菌菌株.國(guó)內(nèi)學(xué)者近年來(lái)也開(kāi)始逐步開(kāi)展高原湖泊酵母菌多樣性及活性的研究.如周新麗等[10]對(duì)云南高原湖泊程海湖湖水酵母菌進(jìn)行分離、鑒定以及胞外酶活性測(cè)定;嚴(yán)亞萍等[11]研究云南陽(yáng)宗海酵母菌種群結(jié)構(gòu),分析環(huán)境因子對(duì)酵母菌種群分布的影響,并初步測(cè)定供試酵母菌產(chǎn)胞外酶活性.
云南撫仙湖位于云南省玉溪市境內(nèi),是典型的高原湖泊,同時(shí)也是我國(guó)第二大深水湖泊[12],湖面海拔1722.5 m,湖泊面積212 km2,平均水深95.2 m,湖心最深處為158.9 m[13].撫仙湖屬珠江流域南盤江水系,是珠江源頭的第一大湖,湖泊面積和蓄水量分別居全國(guó)第8位和第3位,占云南省九大高原湖泊總蓄水量的66.6%[14].撫仙湖流域水資源豐富,既是滇中地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要資源保障,又是泛珠三角區(qū)域發(fā)展的戰(zhàn)略水資源,也是珠江流域、西南地區(qū)重大戰(zhàn)略意義的飲用水源[15].
多年來(lái),學(xué)者對(duì)云南撫仙湖浮游植物[16-17]、沉水植物[18-19]、浮游動(dòng)物[20]、大型底棲動(dòng)物[21]等水生生物多樣性進(jìn)行系統(tǒng)研究,近年來(lái),也有關(guān)于撫仙湖沉水植物真菌多樣性研究[22]的零星報(bào)道,然而尚未見(jiàn)涉及其酵母菌多樣性的研究報(bào)道.開(kāi)展撫仙湖酵母菌多樣性及其與理化因子相關(guān)性研究能夠?yàn)楦咴唇湍妇郝涮匦匝芯刻峁├碚撘罁?jù),并為酵母菌資源的保護(hù)、開(kāi)發(fā)及利用奠定基礎(chǔ).
1.1樣點(diǎn)設(shè)置
云南撫仙湖的湖水采樣設(shè)置11個(gè)點(diǎn)(FW1~FW11)(圖1),采樣范圍為24°23′~24°38′N,102°50′~102°57′E,各樣點(diǎn)詳細(xì)地理位置見(jiàn)表1.為更深入了解撫仙湖酵母菌多樣性,并系統(tǒng)分析酵母菌多樣性與理化因子的相關(guān)性等,將撫仙湖11個(gè)采樣點(diǎn)按照地理位置劃分為4個(gè)區(qū)域,分別為湖心區(qū)(FW2、FW3、FW7、FW8)、沿岸區(qū)(FW1、FW4、FW5、FW6、FW9、FW10、FW11)、北沿岸區(qū)(FW1、FW4、FW5、FW6)以及南沿岸區(qū)(FW9、FW10、FW11),其中岸距<1000 m的樣點(diǎn)歸為沿岸區(qū),岸距≥1000 m的樣點(diǎn)歸為湖心區(qū).采樣時(shí)間為2013 年12月12日.
表1 云南撫仙湖采樣點(diǎn)概況Tab.1 General situation of samPling sites in Lake Fuxian,Yunnan Province
圖1 云南撫仙湖采集樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of samPling sites in Lake Fuxian,Yunnan Province
1.2樣品理化因子測(cè)定
為探析酵母菌多樣性與湖水理化因子之間的關(guān)系,測(cè)定撫仙湖表層水7項(xiàng)理化指標(biāo),包括酸堿度(PH)、電導(dǎo)率、濁度、總磷(TP)、總氮(TN)、總有機(jī)碳(TOC)以及總硬度.
水樣的PH值和電導(dǎo)率均采用Orion 5 star(Thermo Scientific)進(jìn)行測(cè)定;濁度采用 TN100濁度儀(Eutech Instruments PteLtd.)進(jìn)行測(cè)定.TP、TN、TOC濃度以及總硬度委托昆明綠島環(huán)境科技有限公司檢測(cè),分別參照GB 11893-1989(鉬酸銨分光光度法)、HJ 636-2012(堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法)、GB/T 13193-1991(非分散紅外吸收法)以及GB 7477-1987(EDTA滴定法)進(jìn)行測(cè)定.
1.3酵母菌的分離與保藏
采用原位培養(yǎng)法進(jìn)行酵母菌的分離.培養(yǎng)基及分離方法等參照文獻(xiàn)[11]進(jìn)行,每個(gè)水樣過(guò)濾體積為2400 ml.純化菌株真空冷凍干燥和甘油管保藏.
1.4酵母菌的分類鑒定
采用經(jīng)典分類法[23]對(duì)獲得的菌株進(jìn)行形態(tài)及生理生化特征分析,并結(jié)合26S rDNA D1/D2區(qū)域序列分析進(jìn)行分類鑒定. 1.4.1 DNA提取及擴(kuò)增 DNA提取參照文獻(xiàn)[24]進(jìn)行.26S rDNA D1/D2區(qū)域序列的PCR擴(kuò)增和測(cè)序參照文獻(xiàn)[25]進(jìn)行.引物 NL1(5′-GCATATCAATAAGCGGAGGAAAAG-3′),NL4 (5′-GGTCCGTGTTTCAAGACGG-3′).PCR擴(kuò)增程序:94℃5 min;94℃ 1 min,56℃ 1 min,72℃ 1.5 min,35個(gè)循環(huán);72℃ 10 min.1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)擴(kuò)增目標(biāo)產(chǎn)物后送上海生工生物有限公司測(cè)序.
1.4.2序列分析 供試菌株26S rDNA D1/D2測(cè)序結(jié)果采用DNAStar軟件進(jìn)行圖譜分析,對(duì)序列進(jìn)行人工校對(duì)后在GenBank核酸序列數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行同源性搜索(BLAST search).然后選取與供試菌株關(guān)系較近的模式菌株的26S rDNA D1/D2區(qū)域序列比較其相似程度.應(yīng)用Clustal X進(jìn)行序列比對(duì),用MEGA 4.0軟件的鄰接法(Neighbor-Joining)進(jìn)行分子系統(tǒng)學(xué)分析[26].供試菌株的序列已上傳至NBCI的GenBank核酸序列數(shù)據(jù)庫(kù),登錄號(hào)為:KT427537~KT427631.
1.5數(shù)據(jù)分析及處理
采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J′)、SimPson多樣性指數(shù)(D)、出現(xiàn)頻率以及相對(duì)豐度等對(duì)酵母菌多樣性進(jìn)行分析[21].
采用Excel、SPSS和CANOCO等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理.其中多樣性指數(shù)計(jì)算采用Excel軟件,物種多樣性與環(huán)境因子相關(guān)性分析使用SPSS軟件中的Pearson分析法,用CANOCO軟件進(jìn)行酵母菌-環(huán)境雙軸排序.
2.1撫仙湖湖水中酵母菌多樣性分析
2.1.1撫仙湖湖水中酵母菌種類 通過(guò)原位培養(yǎng)法,從撫仙湖湖水中共獲得酵母菌553株(表2).結(jié)合經(jīng)典分類法及26S rDNA D1/D2區(qū)域序列分析法將其中的551株歸為22屬52種和1個(gè)潛在的新分類單元,2株未鑒定.結(jié)果顯示,73株屬于子囊菌酵母(9屬12種),占分離菌株數(shù)的13.20%;405株為擔(dān)子菌酵母(12 屬38種和1個(gè)潛在的新分類單元),占73.24%;類酵母73株,僅1屬2種(13.20%).
表2 云南撫仙湖11個(gè)樣點(diǎn)酵母菌種群分布Tab.2 Distribution of yeast community in Lake Fuxian,Yunnan Province
續(xù)表
撫仙湖湖水中分離獲得的隱球酵母屬種類最多,為15種,其次分別為紅酵母屬(6種)、紅冬孢酵母屬(5種)、假絲酵母屬(4種)和線黑粉酵母屬(3種).擲孢酵母屬、絲孢酵母屬、出芽短梗霉屬均分離到2種,其他14屬都僅為1種.其中FW9樣點(diǎn)分離到的酵母菌種數(shù)最多,達(dá)22種,其次為FW6樣點(diǎn)(20種),F(xiàn)W1、FW5以及FW11樣點(diǎn)種類最少,均為11種.
酵母菌屬水平數(shù)據(jù)顯示,紅酵母屬相對(duì)豐度最高,為38.33%,其次為隱球酵母屬(21.68%)和出芽短梗霉屬(13.20%).可以看出,紅酵母屬、隱球酵母屬和出芽短梗霉屬是撫仙湖湖水中酵母菌的優(yōu)勢(shì)屬.此外,假絲酵母屬、線黑粉酵母屬和絲孢酵母屬的相對(duì)豐度也較高,分別為8.68%、5.78%和4.52%.
分析酵母菌種水平相對(duì)豐度,膠紅酵母相對(duì)豐度最高,為33.27%,其次為出芽短梗霉(12.12%)、淺白隱球酵母(6.69%)、醬油假絲酵母(5.97%)、乳酪隱球酵母(4.88%)、齋藤隱球酵母(4.52%),其余19個(gè)種酵母菌各僅分離到1株,相對(duì)豐度僅為0.18%.膠紅酵母和出芽短梗霉出現(xiàn)頻率都為100%,另外,淺白隱球酵母、乳酪隱球酵母和齋藤隱球酵母相對(duì)豐度均超過(guò)90%.出現(xiàn)頻率和相對(duì)豐度數(shù)據(jù)表明,這5個(gè)種酵母菌為撫仙湖酵母菌的優(yōu)勢(shì)種.
為進(jìn)一步探討撫仙湖酵母菌多樣性,對(duì)湖水中紅色酵母菌(紅酵母屬、紅冬孢酵母屬、浸麻孢囊線黑粉酵母、淺紅擲孢酵母以及瑞納鎖擲孢酵母)豐度及比例進(jìn)行比較 .結(jié)果顯示,紅色酵母菌共 242株(43.76%),其中紅酵母屬211株,占紅色酵母菌的87.19%;膠紅酵母豐度最高,共計(jì)184株,在紅酵母屬和紅色酵母菌中的比例分別為87.20%、76.03%.
2.1.2撫仙湖不同樣點(diǎn)酵母菌多樣性指數(shù)分析 為更合理地探討云南撫仙湖湖水中酵母菌多樣性,對(duì)各樣點(diǎn)酵母菌Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J′)和SimPson多樣性指數(shù)(D)、物種豐富度和總豐度進(jìn)行分析,結(jié)果如表3所示.
酵母菌總豐度顯示,F(xiàn)W6樣點(diǎn)酵母菌豐度明顯高于其他樣點(diǎn),為1057 cfu/L,其次為FW4、FW5及FW8樣點(diǎn),總豐度均超過(guò)250 cfu/L,其他樣點(diǎn)總豐度則較低;紅色酵母菌豐度表明,F(xiàn)W6樣點(diǎn)總豐度仍為最高,達(dá)到885 cfu/L,其次為FW4和FW8,其他樣點(diǎn)較低.Duncan檢驗(yàn)結(jié)果顯示,不同樣點(diǎn)之間酵母菌以及紅色酵母菌豐度分布存在顯著性差異(P<0.05).
FW9樣點(diǎn)物種豐富度、H′、J′和D均最高,多樣性最豐富;其次為FW2樣點(diǎn),H′和D值分別2.28和0.87;FW9樣點(diǎn)J′最高,其次是FW11、FW2、FW3和FW7;FW6樣點(diǎn)H′、J′和D值最低,分別僅為0.81、0.12 和0.31.
2.1.3撫仙湖不同區(qū)域酵母菌多樣性指數(shù)分析 撫仙湖北沿岸區(qū)紅色酵母菌以及酵母菌總豐度最高,而南沿岸區(qū)則最低;H′、J′以及D值比較表明,南沿岸區(qū)高于北沿岸區(qū),湖心區(qū)高于沿岸區(qū)(圖2).然而,Duncan檢驗(yàn)結(jié)果顯示,除J′存在顯著性差異外,撫仙湖4個(gè)區(qū)域其他多樣性指數(shù)均不存在顯著性差異(P>0.05).南沿岸區(qū)湖水中酵母菌J′明顯高于北沿岸區(qū)(P<0.05),說(shuō)明南沿岸區(qū)酵母菌分布明顯比北沿岸區(qū)均勻.
表3 云南撫仙湖湖水不同樣點(diǎn)酵母菌多樣性指數(shù)*_Tab.3 Diversity indexes of yeasts in different sites from Lake Fuxian,Yunnan Province
圖2 云南撫仙湖各區(qū)域酵母菌和紅色酵母菌總豐度(a)及酵母菌多樣性指數(shù)(b)差異性比較Fig.2 ComParison of yeast and red yeast abundance(a),yeast diversity indexes(b)in different regions of Lake Fuxian,Yunnna Province
2.2撫仙湖湖水理化因子與酵母菌多樣性相關(guān)性分析
2.2.1撫仙湖湖水各區(qū)域理化因子差異性分析 撫仙湖11個(gè)樣點(diǎn)湖水7項(xiàng)理化因子數(shù)據(jù)如表4所示.通過(guò)Duncan檢驗(yàn)法分析各區(qū)域湖水理化因子差異性(表5)可以看出,各區(qū)域電導(dǎo)率、濁度、TP、TN以及總硬度不存在顯著性差異(P>0.05),湖心區(qū)與其他幾個(gè)區(qū)域相比,PH值存在顯著差異(P<0.05),北沿岸區(qū)TOC濃度顯著高于南沿岸區(qū)(P<0.05).
2.2.2撫仙湖湖水中酵母菌多樣性與理化因子相關(guān)性分析 Pearson相關(guān)性分析結(jié)果顯示(表6),撫仙湖湖水中酵母菌物種豐富度與7項(xiàng)理化因子之間均不存在顯著相關(guān)性(P>0.05),相比而言,物種豐富度與TN濃度的相關(guān)性系數(shù)較高,為0.489.TOC濃度與酵母菌總豐度和紅色酵母菌總豐度均存在明顯的相關(guān)性(P<0.05),相關(guān)性系數(shù)分別為0.725、0.720,TP濃度與酵母菌總豐度以及紅色酵母菌總豐度之間的相關(guān)性系數(shù)也相對(duì)較高,分別為0.391、0.419,但不存在顯著性差異.相關(guān)性分析結(jié)果表明,TOC濃度是影響撫仙湖酵母菌及紅色酵母菌總豐度的主要理化因子.
表4 云南撫仙湖不同樣點(diǎn)湖水理化因子Tab.4 Aquatic environmental factors of different sites in Lake Fuxian,Yunnan Province
表5 云南撫仙湖不同區(qū)域湖水理化因子*Tab.5 Aquatic environmental factors of different regions in Lake Fuxian,Yunnan Province
表6 云南撫仙湖湖水酵母菌物種豐富度、總豐度與理化因子相關(guān)性Tab.6 Correlations between sPecies richness,total abundance of yeast and aquatic environmental factors of Lake Fuxian,Yunnan Province
2.2.3撫仙湖酵母菌-環(huán)境冗余分析 Pearson相關(guān)性分析盡管能夠顯示理化因子與物種之間的相關(guān)性,然而若要直觀地反映生物群落隨環(huán)境條件的變化趨勢(shì)等,還需要借助多元統(tǒng)計(jì)的方法將生物群落進(jìn)行排序,本文采用CANOCO進(jìn)行撫仙湖酵母菌與環(huán)境相關(guān)性分析.首先,利用CANOCO進(jìn)行去趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析(DCA),所得結(jié)果中第1排序軸的梯度長(zhǎng)度值為1.918,根據(jù)Ter-Braak等[27]的理論,當(dāng)該值介于1.5~3.0時(shí),選擇線性模型做冗余分析(RDA)或者選擇單峰模型做典型對(duì)應(yīng)分析(CCA)均合適,進(jìn)一步分析,認(rèn)為選擇RDA更合適.
冗余分析排序圖可以將樣點(diǎn)、物種以及環(huán)境因子反映在同一個(gè)圖上,從而能夠直觀地反映生物群落組成與環(huán)境變量之間的關(guān)系.先通過(guò)自動(dòng)預(yù)選環(huán)境變量的方法選出有顯著解釋性的環(huán)境變量[28],蒙特卡羅置換檢驗(yàn)結(jié)果顯示TOC為顯著性解釋變量(P<0.05).然后將其他6項(xiàng)環(huán)境因子分別作為獨(dú)立變量進(jìn)行分析,即將單獨(dú)解釋能力最強(qiáng)的環(huán)境變量(TOC)標(biāo)記為協(xié)變量,再將其他的候選變量一一作為唯一的主變量引入分析,結(jié)果表明,這6項(xiàng)因子都能夠拒絕零假設(shè),即皆能解釋響應(yīng)變量,因此將6項(xiàng)環(huán)境因子均選入模型進(jìn)行偏蒙特卡羅置換檢驗(yàn).檢驗(yàn)結(jié)果表明這6項(xiàng)理化因子解釋量不存在顯著性差異,所以最終確定僅進(jìn)行顯著性解釋變量TOC與酵母菌群落組成的冗余分析(表7).
表7 云南撫仙湖湖水酵母菌-TOC濃度冗余分析組成Tab.7 RDA of yeast community associated with TOC in Lake Fuxian,Yunnan Province
第1排序軸和第2排序軸對(duì)響應(yīng)變量即物種數(shù)據(jù)的解釋比例共達(dá)99%,其中第1排序軸對(duì)響應(yīng)變量的解釋比例為47.7%.TOC濃度與第1排序軸相關(guān)系數(shù)為0.696(P<0.05).盡管第2排序軸的解釋量大于第1軸,但蒙特卡羅檢驗(yàn)結(jié)果顯示,不影響第一軸解釋量的顯著性.
圖3云南撫仙湖湖水酵母菌-TOC濃度冗余分析雙序圖(RM:膠紅酵母;DH:漢遜德巴利酵母;PK:庫(kù)德畢赤酵母;RS:斯魯菲亞紅酵母;CW:威氏隱球酵母;SA:淺紅擲孢酵母;CS:醬油假絲酵母;RP:沼澤生紅冬孢酵母;RG:粘紅酵母;RT:臺(tái)灣紅酵母;SR:瑞納鎖擲孢酵母;CF:淺黃隱球酵母;數(shù)字1~11分別表示FW1~FW11采樣點(diǎn))Tab.3 RDA ordination diagram of yeast community associated with TOC variable in Lake Fuxian,Yunnan Province
圖3為撫仙湖酵母菌群落組成與TOC濃度冗余分析雙軸排序圖,顯示沿著第1排序軸正方向,TOC濃度逐漸增加,不同樣點(diǎn)TOC濃度高低狀況與表4結(jié)果一致.可以看出,通過(guò)設(shè)定物種適合度排除與排序圖的解釋參考價(jià)值不高的種群后,12個(gè)種群的酵母菌在排序圖中被展示出來(lái)(圖3),膠紅酵母等7種酵母菌之間存在較強(qiáng)的正相關(guān)性,粘紅酵母等4種酵母菌之間也存在較強(qiáng)的正相關(guān)性;環(huán)境變量與物種之間的相關(guān)性在圖中通過(guò)表示兩者射線間的夾角大小得以體現(xiàn),夾角越小,表示相關(guān)性越大,可以看出,TOC濃度與膠紅酵母等11種酵母之間存在正相關(guān)性,而與沼澤生紅冬孢酵母之間則存在負(fù)相關(guān)性.Pearson相關(guān)性分析結(jié)果顯示,TOC濃度與膠紅酵母、漢遜德巴利酵母、庫(kù)德畢赤酵母、威氏隱球酵母、斯魯菲亞紅酵母存在明顯的相關(guān)性(P<0.05),相關(guān)系數(shù)分別為0.694、0.961、0.634、0.634、0.634,與沼澤生紅冬孢酵母相關(guān)系數(shù)為-0.696(P<0.05).由此可知,冗余分析排序圖與Pearson相關(guān)性分析相一致,說(shuō)明第1排序軸能夠顯著預(yù)測(cè)撫仙湖湖水中酵母菌的種群變化規(guī)律.
從云南撫仙湖共獲得553株酵母菌,將其中的551株鑒定為22屬52種和1個(gè)潛在的新分類單元,表明撫仙湖擁有豐富的酵母菌資源.多樣性指數(shù)分析結(jié)果表明,F(xiàn)W6樣點(diǎn)多樣性指數(shù)最低,而FW9樣點(diǎn)酵母菌種類豐富且分布均勻.分析撫仙湖采樣點(diǎn)地理位置可以看出,F(xiàn)W6樣點(diǎn)位于祿充漁村旁,距離岸邊最近,此處人為活動(dòng)頻繁,因而容易導(dǎo)致水體中有機(jī)物濃度增加,從而使其中酵母菌群落組成與其他樣點(diǎn)存在差異,而FW9樣點(diǎn)位于南部湖心偏東岸區(qū)域,此區(qū)域大都為陡峭的巖石湖岸,居民區(qū)少,旅游污染程度也比較小,此處透明度也明顯高于其他區(qū)域[29],而透明度與湖泊中TOC濃度等具有密切關(guān)系.撫仙湖酵母菌多樣性指數(shù)差異分析顯示,北沿岸區(qū)物種豐富度較低,但酵母菌總豐度卻高于其他3個(gè)區(qū)域,另外,南區(qū)酵母菌Pielou均勻度指數(shù)顯著高于北區(qū),究其原因,北區(qū)由于濱臨澄江壩區(qū),城鎮(zhèn)生活污水和農(nóng)業(yè)源污染比較集中,而且東北部大范圍的磷礦開(kāi)采、西北部嚴(yán)重的水土流失等,都加劇了北部湖區(qū)的水質(zhì)污染[29],從而導(dǎo)致北沿岸區(qū)某些酵母菌種群豐度增加而影響了此區(qū)域酵母菌物種豐富度和均勻度.
云南撫仙湖與云南高原湖泊陽(yáng)宗海[11]、以及阿根廷高山湖泊[6]酵母菌種群比較結(jié)果表明,撫仙湖湖水中分離到的種群最多,其次為陽(yáng)宗海的13屬40種,阿根廷5個(gè)高山湖泊僅分離到12屬20種.阿根廷5個(gè)高山湖泊海拔(1400~1750 m)盡管與撫仙湖差異不大,分離方法也均采用原位培養(yǎng)法,但是2個(gè)湖泊僅有5個(gè)共有種,包括出芽短梗霉、雙倒卵形紅冬孢酵母、膠紅酵母、齋藤隱球酵母和淺白隱球酵母,顯示兩者之間酵母菌群落組成存在較大差異.究其原因,除地理位置及其他環(huán)境因子不同外,撫仙湖水體透明度范圍為0.5~6.2 m[29],而Patagonian高山湖泊中3個(gè)湖泊水體透明度最低限為10 m[6],2個(gè)湖泊酵母菌種群差異與水體透明度之間可能存在一定關(guān)聯(lián).
撫仙湖與陽(yáng)宗海[11]酵母菌分布16個(gè)共有種,膠紅酵母和出芽短梗霉為共有優(yōu)勢(shì)種.分布于2個(gè)湖泊的酵母菌還包括紅酵母2個(gè)種(禾本紅酵母和粘紅酵母)、隱球酵母7個(gè)種(威氏隱球酵母、烏茲別克斯坦隱球酵母、淡黃隱球酵母、乳酪隱球酵母、淺黃隱球酵母、卡恩斯隱球酵母和淺白隱球酵母),另外,異常威克漢姆酵母、庫(kù)德畢赤酵母、熱帶假絲酵母、雙倒卵形紅冬孢酵母以及玉米漢納酵母5個(gè)種也均存在于2個(gè)湖泊中.然而,德巴利酵母、半乳糖霉、地霉、類德酵母、擬威爾酵母屬、孢囊線黑粉酵母、線黑粉酵母、白冬孢酵母、鎖擲酵母、擲孢酵母、絲孢酵母、阿頓尼奧酵母等12種(屬)酵母菌卻僅在撫仙湖中分離到,說(shuō)明云南撫仙湖和陽(yáng)宗海酵母菌種群組成存在較大差異.
進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),陽(yáng)宗海[11]中分布畢赤酵母5種共29株,其中庫(kù)德畢赤酵母有17株,相對(duì)豐度超過(guò)16%,就撫仙湖而言,卻僅從TOC濃度最高的FW6湖水樣點(diǎn)中分離到1株庫(kù)德畢赤酵母,相對(duì)豐度僅為0.18%.紅冬孢酵母分布情況則顯示,陽(yáng)宗海僅分離到2株雙倒卵形紅冬孢酵母,而撫仙湖湖水中分離到的紅冬孢酵母有5種25株,相對(duì)豐度達(dá)4.52%.這2個(gè)種群酵母菌截然不同的分布情況是否受到湖泊中某些理化因子的影響?它們的種群數(shù)量差異是否能夠反映所處環(huán)境的污染程度?結(jié)合撫仙湖酵母菌-TOC冗余分析結(jié)果(庫(kù)德畢赤酵母豐度與TOC濃度呈顯著正相關(guān);沼澤生紅冬孢酵母豐度與TOC濃度呈顯著負(fù)相關(guān)),可以推測(cè)撫仙湖水質(zhì)明顯好于陽(yáng)宗海,而2個(gè)湖泊的水質(zhì)狀況也明確證實(shí)了上述推測(cè).云南省第三大湖泊陽(yáng)宗海雖然地理位置和海拔與撫仙湖差異不大,且同屬于珠江流域南盤江水系[30],但是由于流域人口的增加和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展,陽(yáng)宗海湖體水質(zhì)惡化呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化[31],而撫仙湖為貧營(yíng)養(yǎng)型湖泊,是我國(guó)為數(shù)不多的保持Ⅰ類水質(zhì)的大型湖泊[15].
為更深入探討酵母菌種群分布對(duì)環(huán)境狀況的預(yù)測(cè)功能以及理化因子對(duì)酵母菌群落組成的影響,本文比較了畢赤酵母和紅冬孢酵母的分布環(huán)境.文獻(xiàn)顯示,紅冬孢酵母主要分布于受人為干擾較小的海洋環(huán)境、土壤及植物表面[23],在冰川[32]、熱帶太平洋[33]等也有少量分布,而畢赤酵母則主要存在于有機(jī)碳等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量豐富的果實(shí)[23]、釀酒物(大曲、酒醅、酒渣)[34]、原料乳和發(fā)酵乳制品[35]中,另外,污泥、土壤及污水樣品[36]中也有分布,進(jìn)一步證實(shí)撫仙湖的水質(zhì)明顯優(yōu)于陽(yáng)宗海.綜上所述,云南撫仙湖湖水中酵母菌分布與TOC濃度密切相關(guān);酵母菌群落組成尤其某些對(duì)環(huán)境因子敏感種類(如畢赤酵母、紅冬孢酵母等)的生長(zhǎng)繁殖受理化因子水平的制約且能夠在一定程度上反映湖泊受污染程度;盡管撫仙湖相對(duì)其他高原湖泊而言,水質(zhì)較好,但近年集中在北區(qū)東岸(FW6樣點(diǎn)所在的區(qū)域)的磷礦開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)對(duì)撫仙湖生態(tài)系統(tǒng)和流域環(huán)境構(gòu)成威脅[37].
與其他湖泊[1-11,38-42]酵母菌群落組成比較結(jié)果表明,云南撫仙湖含特有酵母菌18種,包括線黑粉酵母(蟲(chóng)生線黑粉酵母、指甲線黑粉酵母、花狀線黑粉酵母)、紅冬孢酵母(河流紅冬孢酵母、沼澤生紅冬孢酵母)、隱球酵母(櫻桃色隱球酵母、長(zhǎng)莓隱球酵母)、紅酵母(牧草紅酵母、臺(tái)灣紅酵母)、擲孢酵母(淺紅擲孢酵母、法夫擲孢酵母)、絲孢酵母(細(xì)長(zhǎng)絲孢酵母、串珠絲孢酵母)、木糖假絲酵母、長(zhǎng)孢類德酵母、梭形假溢酵母、瑞納鎖擲孢酵母以及產(chǎn)酶短梗霉,其中子囊菌酵母1種,擔(dān)子菌酵母16種(占分離擔(dān)子菌酵母41%),類酵母1種.18種酵母菌中,其中5種(櫻桃色隱球酵母、花狀線黑粉酵母、指甲線黑粉酵母、沼澤生紅冬孢酵母以及產(chǎn)酶短梗霉)出現(xiàn)頻率均超過(guò)30%,6種(木糖假絲酵母、蟲(chóng)生線黑粉酵母、花狀線黑粉酵母、指甲線黑粉酵母、沼澤生紅冬孢酵母和產(chǎn)酶短梗霉)相對(duì)豐度均超過(guò)1%,另外,線黑粉酵母、擲孢酵母、絲孢酵母、假溢酵母以及類德酵母特有種數(shù)占撫仙湖分離種數(shù)的比例均為100%.目前文獻(xiàn)[23]報(bào)道的線黑粉酵母和紅冬孢酵母分別為5種和9種,而從撫仙湖就分別分離得到3種和5種,比例均超過(guò)50%.研究表明,紅冬孢酵母具有產(chǎn)油脂[43]、番茄紅素[44]、γ-氨基丁酸[45]以及類胡蘿卜素[46]等活性,除此以外還能夠降解廢水[47]、油煙污染物[48]等,沼澤生紅冬孢酵母的生防效果[49-50]則備受關(guān)注.可見(jiàn),云南撫仙湖富含特殊且極具應(yīng)用潛力的酵母菌資源.
高原湖泊具有特殊的地理位置和環(huán)境特征,蘊(yùn)含豐富且獨(dú)特的微生物資源,然而其脆弱的生態(tài)系統(tǒng)極易受到人為及環(huán)境因素的破壞,從而導(dǎo)致其中微生物群落不可逆且快速的演替.盡快系統(tǒng)開(kāi)展高原湖泊微生物多樣性研究,分離并篩選具有特殊應(yīng)用價(jià)值的生物資源,一方面能夠?yàn)楹瓷鷳B(tài)系統(tǒng)的保護(hù)提供理論依據(jù),另一方面對(duì)于開(kāi)發(fā)、保護(hù)及利用微生物資源意義顯著.近年來(lái),隨著人們對(duì)湖泊健康的重視,建立了多種生物指標(biāo)評(píng)價(jià)體系,主要生物指標(biāo)有附著藻類指數(shù)、底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)、魚(yú)類完整性指數(shù)等[51].筆者認(rèn)為深入開(kāi)展環(huán)境因子與酵母菌種群結(jié)構(gòu)相關(guān)性研究,從而篩選出對(duì)理化因素變化敏感的酵母菌做為環(huán)境污染指示菌,具有一定的研究和應(yīng)用前景.
云南撫仙湖酵母菌具有豐富的多樣性,共分布有22屬52種和1個(gè)潛在新分類單元的酵母菌;酵母菌-環(huán)境冗余分析顯示,云南撫仙湖湖酵母菌群落組成的空間分布與TOC濃度密切相關(guān).致謝:感謝撫仙湖湖泊管委會(huì)和吳程同學(xué)在工作上的大力支持.
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SpatiaL dynamics of yeast community and its reLationship to environmentaL factors in Lake Fuxian,Yunnan Province
GUO Xiaofang2,LI Zhiying1,DONG Minghua1,ZHOU Bin1,YANG Liyuan1&LI Shao1an1**
(1:Yunnan Institute of Microbiology,Yunnan University,Kunming 650091,P.R.China)
(2:School of Science,Tibet University,Lhasa 850000,P.R.China)
Studying on yeast diversity in Plateau lakes can Provide theoretical basis for Protection of lake ecosystem and lay foundation for exPloitation of yeast resouses.A total of 553 yeast isolates were obtained from Lake Fuxian in Yunnan Province.ComPared yeast diversity indices in different regions by SPSS statistics 19.0,and sPatial dynamics of yeast community and its relationshiP to environmental factors were evaluated.The results showed that yeasts were identified as belonging to 22 genera and 52 sPecies and 1 Presumed new sPecies by 26S rDNA D1/D2 domain sequence analysis.Duncan test showed that Pielou evenness index of yeasts existed in southern region was higher than that of Northern region distinctly.Difference analysis revealed that content of total organic carbon in Northern district was more than that in Southern district,besides,Pearson correlation analysis disPlayed that content of total organic carbon was significantly Positive related to yeast abundance.Redundancy analysis revealed that yeast community in Lake Fuxian was obviously in relation to content of total organic carbon.The study showed that yeast resourses in Lake Fuxian were abundant,in addition,human activities had influence on sPatial dynamics of yeast community there.
Plateau lake;Lake Fuxian;yeast;diversity;environmental factors;redundancy analysis
10.18307/2016.0216
*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31160006)、云南省科技條件平臺(tái)建設(shè)計(jì)劃項(xiàng)目(2009DA002)和國(guó)家微生物資源平臺(tái)專項(xiàng)面向微生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)的專題服務(wù)項(xiàng)目(NIMR-2014-8)聯(lián)合資助.2015-06-20收稿;2015-08-20收修改稿.郭小芳(1982~),女,碩士,副教授;E-mail:gxf005@hotmail.com.李治瀅(1969~)(并列第一作者),女,學(xué)士,高級(jí)實(shí)驗(yàn)師;E-mail:zyli@ynu.edu.cn.
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;E-mail:shlli@ynu.edu.cn.