青藏高原冰川雪冰内细菌与环境关系的初步研究
青藏高原冰川由于独特的地理与环境特征而蕴藏着大量具有独特的遗传学特征和适应环境的生理生化机制的微生物。这些微生物已存活了几百年甚至几千年，因此开展该高原冰川雪冰微生物的研究将为生物多样性的保护和利用、生物基因的进化、宇宙生物学的研究、生命起源的研究、乃至全球环境变化的研究开辟新的途径。本文以东绒布冰川一支40.87m冰芯代表四个季节的底部四个连续样品、该冰川一支108.83m冰芯的50个样品以及高原北部祁连山老虎沟12号冰川、东南部贡嘎山海螺沟2号冰川和南部喜马拉雅山东绒布冰川的雪坑样品为试验对象，分析和讨论了冰川雪冰细菌浓度、种类多样性和群落结构在不同时间尺度和高原南北部的分布特征和变化规律，及其与环境之间的关系。
冰川雪冰细菌浓度和种类多样性与大气尘埃浓度有一定的联系。可培养细菌浓度平均值在季风前期、季风期、季风后期和冬季依次为5.0、0.8、0.1和0.7 CFUml-1。总细菌浓度在季风前期、季风期、季风后期和冬季依次为1.40×103、0.78×103、0.12×103和1.17×103细胞ml-1。沉降于东绒布冰芯中的细菌无论从可培养角度还是总浓度角度均在季风前期最高，这可以归因于春季频繁的沙尘暴激起的大气尘埃的传输。东绒布冰川108.83m冰芯可培养细菌浓度为0-5.6 CFU ml-1，总细菌浓度平均值2.0×103，比青藏高原北部或中部的几个冰芯相应值低一个数量级以上。老虎沟12号冰川雪坑中的可培养细菌浓度平均值分别为东绒布冰川和海螺沟2号冰川相应值的12.3倍和1.6倍，总细菌浓度平均值分别为东绒布冰川和海螺沟2号冰川相应值的38.6倍和2.3倍，其可培养细菌浓度平均值和总细菌浓度平均值均为三个研究位点中最高的。东绒布冰川108.83m冰芯的细菌种类多样性指数H'平均值为0.41，而普若岗日冰芯H'平均值为2.91，为前者的7.10倍。细菌浓度和种类多样性的南北差异与不同的大气环流引起的高原南北部大气尘埃浓度产生的差异有关。东绒布冰川108.83m冰芯Ca2+浓度和总细菌浓度在1014-1713AD和1923-1963AD相对较低，在1715-1911AD相对较高，这与冷期青臧高原冰芯尘埃含量比较高，而其它时期尘埃含量低有关。因此从季节变化和空间变化分析，冰川雪冰细菌可以反演局地大气环流状况。而从几十年至几百年的时间尺度分析，冰芯细菌浓度则可以反应气候的冷暖交替。
细菌浓度和种类多样性还与其它的环境因素有关。经RFLP分析，具有不同ARDRA的可培养细菌的个数在季风前期、季风期、季风后期和冬季依次为9、15、1和2。采用DGGE指纹图谱技术，对四个不同季节的冰芯样品进行细菌DNA结构分析，细菌多样性指数在季风前期、季风期、季风后期和冬季依次为0.30、0.86、0.71和0.47。无论从可培养角度还是总细菌角度，季风期的细菌多样性都是最高的，这可能是由于季风期细菌不仅来源于海洋性气团，还与局地的大陆性气流有关，而其它季节的细菌来源仅仅受到西风环流的影响。在空间分布上海螺沟2号冰川雪坑细菌种类多样性最高，这与该冰川生态系统的复杂化和生物资源的多样化有关。海拔高的东绒布冰川雪坑细菌浓度和种类多样性比海拔低的海螺沟2号冰川和老虎沟12号冰川的低，说明二者与海拔高度呈反比关系。东绒布冰川的雪坑总细菌浓度平均值与南极点的浮雪和粒雪中的相应值相近，并且东绒布冰芯的可培养细菌浓度与极地冰芯的的结果接近，说明细菌浓度还与人类活动有关。
从冰芯内可以恢复出指示环境的细菌。如从东绒布冰川108.83m冰芯Ra-78、Ra-98和Ra-106三个样品恢复出的菌株zf-78-Ⅰ、zf-98-1和zf-106-Ⅱ菌落色泽均为黄色或微黄色，反应了三个样品代表的历史时期温度比较高和紫外照射比较强。从该冰芯恢复出的耐放射异常球菌Deinococcus radiodurans，该类细菌耐辐射水平高，反应了珠穆朗玛峰地区紫外辐射强度高和空气尘埃浓度比较低的环境特点。
冰川雪冰细菌群落结构在不同季节、不同的百年或千年尺度以及空间角度等方面均存在差异。α-Proteobacteia、γ-Proteobacteria为每个季节所共有；Actinobacteria出现在冬季以外的其它三个季节；Firmicutes和δ-Proteobacteia存在于季风前期和季风期；Bacteroidetes仅存在于季风前期。东绒布冰川108.83m冰芯剖面的细菌类群由Firmicutes/Proteobacteria、Actinobacteria、Proteobacteria、Firmicutes/Proteobacteria/Deinococcus-Thermus、Actinobacteria/Proteobacteria、Actinobacteria/Firmicutes/Proteobacteria和Firmicutes7种不同的组分演替，Firmicutes的分布层位最多，其次为λ-Proteobacteria。Bacteroidetes在东绒布冰川108.83m冰芯和所研究的雪坑内未被检测到。相反地，Deinococcus-Thermus类群却只在青藏高原的东绒布冰芯被分离到。冰川雪冰细菌群落组成无论在空间还是时间上的差异最终还是由于大气温度、光照强度以及营养状况等环境因素所引起。
青藏高原
中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
博士
自然地理学
秦大河;侯书贵
2007
中文
P343.6
85
2011-05-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）