天山烏魯木齊河源1號(hào)冰川不同海拔可培養(yǎng)空氣源酵母菌系統(tǒng)發(fā)育及多樣性研究

周雅雯， 白瑩瑩， 闞澤宇， 王 珍， 張 艷， 倪永清

（1.石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 石河子 832000； 2.石河子大學(xué)食品學(xué)院，新疆 石河子 832000）

0 引言

地球表面近80%的生境被永久或定期暴露于低于5 ℃的寒冷生境中［1］，包括深海、極地、冰蓋、寒冷沙漠和高山冰川。其中冰川覆蓋了地球陸地表面約10%［2］，分布極為廣泛，因其長(zhǎng)期低溫、寡營(yíng)養(yǎng)、凍融循環(huán)、強(qiáng)輻射、低水活度等環(huán)境特點(diǎn)形成了獨(dú)有的生境特征并成為制約其中微生物生存的重要限制因素［3］。全球范圍下包括極地和非極地的山岳冰川在內(nèi)的寒冷生境是低溫微生物的重要來(lái)源，最適生長(zhǎng)溫度小于等于15 ℃、最高生長(zhǎng)溫度小于20 ℃，能夠在0 ℃甚至更低溫度生長(zhǎng)的稱(chēng)為嗜冷微生物（psychrophiles）；能夠在0 ℃生長(zhǎng)，但最適生長(zhǎng)溫度在20～30 ℃左右，最高生長(zhǎng)溫度在30～37 ℃的稱(chēng)為耐冷微生物（psychrotolerants）［4］。嗜冷菌和耐冷菌以高山冰川作為定植的棲息地，成為該生境中生物多樣性重要組成部分，并在營(yíng)養(yǎng)循環(huán)和有機(jī)物質(zhì)礦化方面發(fā)揮著重要的作用［5］。然而，目前對(duì)于高山冰川的微生物研究主要在細(xì)菌多樣性及細(xì)菌群落組成影響因素等方面，而對(duì)于冰川生態(tài)系統(tǒng)中酵母菌的多樣性及分布格局報(bào)道較少［6］。

目前發(fā)現(xiàn)，冰川是以微生物為主導(dǎo)的低溫生態(tài)系統(tǒng)，棲息著豐富多樣的微生物類(lèi)群，是低溫極端微生物的良好棲息地［7］。冰川生境也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)于溫度變化最為敏感的生態(tài)系統(tǒng)，常作為氣候變化的敏感晴雨表［8］。全球變暖加速了高海拔的冰川退縮［9］，因此生存于其中的低溫微生物可被視為生物指示器來(lái)預(yù)測(cè)全球變暖趨勢(shì)及規(guī)律。酵母菌作為低溫真核生物的重要代表，發(fā)揮著極為重要的生態(tài)功能，尤其對(duì)寡營(yíng)養(yǎng)生境冰川難降解有機(jī)物質(zhì)的礦化作用和物質(zhì)循環(huán)極為重要［10］。在積雪、冰芯、融水、冰塵、沉積物等不同生境中均有分布，是研究冰川生態(tài)系統(tǒng)微生物空間分布的良好對(duì)象。

研究表明，冰川表面的微生物主要來(lái)自于空氣氣溶膠，以及來(lái)自于陸地的塵埃，火山灰燼，以及粘附在雪粒、降雨、礦物質(zhì)或有機(jī)物顆粒上的微生物，通過(guò)大氣輸送以及大氣生物學(xué)過(guò)程沉降在冰川表面，此后隨著冰川消融各種外源微生物進(jìn)入冰川生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)揮不同的生態(tài)功能［11］。因此，冰川表面空氣中的微生物，影響著冰川各生境微生物群落和特殊種群的空間分布格局，為了解冰川微生物生物地理學(xué)分布提供重要的信息。但研究也發(fā)現(xiàn)，冰川表面生境空間異質(zhì)性明顯，包括積雪、融水、冰塵、冰層，對(duì)來(lái)自外源的微生物具有明顯的生態(tài)選擇作用［12］。

天山山脈橫亙于亞洲中部，作為中亞地區(qū)最大的山脈，是全球水熱循環(huán)的重要組成部分，深刻影響著亞洲以至全球的氣候變化［13］。前期我們對(duì)天山烏魯木齊河源1 號(hào)冰川（簡(jiǎn)稱(chēng)烏源1 號(hào)冰川）生境的真菌群落［14］，冰川融水、積雪、冰心、沉積物的酵母菌的多樣性及分布特征已做了相關(guān)報(bào)道［15］。本研究旨在揭示冰川空氣源可培養(yǎng)酵母菌的多樣性，并比較了烏源1號(hào)冰川表面不同海拔的位點(diǎn)之間酵母菌類(lèi)群的異同，以了解冰川空氣源酵母菌與其他生境之間的聯(lián)系，為闡明冰川表面、底部低溫酵母菌種群的原位棲息地及可能的生境擴(kuò)散理論提供理論參考。同時(shí)揭示在冰川局域范圍內(nèi)，小幅度海拔梯度變化對(duì)空氣酵母菌多樣性的影響很小。研究將為了解冰川微生物來(lái)源，促進(jìn)天山冰川微生物資源的開(kāi)發(fā)和利用奠定基礎(chǔ)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 樣品采集

于2017年7月在烏源1號(hào)冰川西支尾部及表面分3個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行采樣：低海拔位點(diǎn)（LA，43°07′125″N、86°48′707″E，海拔3 750 m，氣溫7.23 ℃）、中海拔位點(diǎn)（MA，43°06′54.09″N、86°48′40.07″E，海拔3 857 m，氣 溫6.18 ℃）、高 海 拔 位 點(diǎn)（HA，43°06′26.63″N、86°48′22.99″E，海拔4 013 m，氣溫4.67 ℃）。使用JH-6120 型綜合大氣采樣器，TSP切割器標(biāo)定流量：100 L·min-1，氣體入口流速：0.3 m·s-1。微孔濾膜采用玻璃纖維素濾膜，直徑90 mm，孔徑0.22 μm，每張濾膜都累計(jì)8 小時(shí)的采樣時(shí)間，空氣樣品采集完成后立即用酒精灼燒滅菌的鑷子將濾膜裝入已滅菌的無(wú)酶采樣管，置于-4 ℃的車(chē)載冰箱中于6 小時(shí)內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，于24 小時(shí)內(nèi)取樣處理分菌。

1.1.2 培養(yǎng)基

為盡可能全面揭示空氣中可培養(yǎng)酵母菌的多樣性，本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用稀釋涂平板法來(lái)分離培養(yǎng)酵母菌。此外還使用了4 種培養(yǎng)基分離酵母菌，所有培養(yǎng)基成分均采用常規(guī)用量的1/5，以此來(lái)模擬冰川的寡營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。所用抗生素為氯霉素（100 mg·mL-1）。

RDBC 培養(yǎng)基：Peptone 5 g·L-1，Glucose 10 g·L-1，KH2PO41 g·L-1，MgSO47H2O 0.5 g·L-1，Dichloran 0.002 g·L-1，Rose bengal 0.025 g·L-1，Agar15 g·L-1；DG18培養(yǎng)基：Glycerol 220 g·L-1，Peptone 5 g·L-1，Glucose 10 g·L-1，KH2PO41 g·L-1，Mg-SO4.7H2O 0.5 g·L-1，Dichloran 0.002 g·L-1，Agar 16 g·L-1；MYP 培養(yǎng)基：Malt extract 7 g·L-1，Glucose 1 g·L-1，Yeast extract 5 g·L-1，Soya peptone 2.5 g·L-1，Agar 15 g·L-1；MYP5 培養(yǎng)基：Malt extract 7 g·L-1，Glucose 1 g·L-1，Yeast extract 5 g·L-1，Soya peptone 2.5 g·L-1，Agar 15 g·L-1，Nacl 50 g·L-1。

1.2 酵母菌分離純化

將采樣空氣濾膜置入100 mL滅菌生理鹽水中，進(jìn)行均質(zhì)化。待混合均勻后，吸取定量上述液體于孔徑0.45 μm、直徑47 mm 的無(wú)菌硝化纖維膜過(guò)濾［10］。待過(guò)濾完成后將濾膜分別貼于四種分離培養(yǎng)基表面，RDBC 培養(yǎng)基、DG18 培養(yǎng)基、MYP 培養(yǎng)基、MYP5 培養(yǎng)基。將貼有濾膜的培養(yǎng)基置于16 ℃下培養(yǎng)7 d 后挑取單菌落，連續(xù)轉(zhuǎn)接劃線培養(yǎng)3 次后，記錄菌落大小、顏色、透明度、邊緣特征、濕潤(rùn)度、菌落凸起等特征，根據(jù)表型差異進(jìn)行初步分離篩選并純化，所得純培養(yǎng)物轉(zhuǎn)接YEPG（Yeast extract 10g·L-1；Peptone 10g·L-1；Glucose 20 g·L-1）斜面培養(yǎng)基4 ℃保藏備用。液體純培養(yǎng)物離心后，加入新鮮培養(yǎng)液重懸，補(bǔ)充15%的滅菌甘油冷凍保藏在-80 ℃冰箱。

1.3 DNA提取和PCR擴(kuò)增

對(duì)所有分離到的酵母菌進(jìn)行DNA 提取，DNA的提取參照文獻(xiàn)［16］的方法進(jìn)行。DNA 提取后加入100 μL 1×TE 溶解，-20 ℃保存。采用超微量分光光度計(jì)定量核酸濃度和純度。PCR 指紋圖譜參照文獻(xiàn)［17］進(jìn)行。對(duì)具有相同DNA 帶型的酵母菌進(jìn)行分組，并初步認(rèn)為其屬于同一個(gè)種，將不同帶型的代表菌株進(jìn)行測(cè)序。

1.5 ITS 基因間隔序列的擴(kuò)增及菌株系統(tǒng)發(fā)育分析

將擴(kuò)增后MSP-PCR 條帶對(duì)比去重后，挑取同一基因型中的代表菌株以ITS1f（5’-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3’）和ITS4（5’-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3’）為 引 物 進(jìn) 行PCR 擴(kuò)增。PCR 反應(yīng)體系為25 μL（2×PCR Master Mix 12.5 μL；DNA模板2 μL；3 μmol·L-1的ITS1f：0.5 μL；0.2μmol·L-1的ITS4：0.5 μL；ddH2O 9.5 μL）。擴(kuò)增程序：預(yù)變性94 ℃3 min；變性95 ℃30 s，退火55 ℃30 s，延伸72 ℃30 s；40 cycles，終延伸72 ℃6 min。將3 μL PCR 產(chǎn)物點(diǎn)樣于2%濃度的凝膠電泳檢測(cè)后將剩余的PCR 產(chǎn)物作為樣品送至生物工程（上海）股份有限公司進(jìn)行測(cè)序。

將所測(cè)的基因序列在NCBI 核酸序列數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行同源序列比對(duì)（BLAST），找出與所測(cè)序列相似度最高（97%～100%）的BLAST 庫(kù)的親緣標(biāo)準(zhǔn)菌株，CLUSTAL X 2.0 軟件序列聯(lián)配。進(jìn)化距離采用鄰接法neighbor-joining method 計(jì)算，在MEGA 7.0 軟件［18］中用p-distances和Kimura-2parameter雙參數(shù)法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，并用bootstrap 檢驗(yàn)進(jìn)化樹(shù)分支聚類(lèi)的置信度，重復(fù)1 000次［5］。

1.6 酵母菌生長(zhǎng)溫度測(cè)定

利用測(cè)序結(jié)果和NCBI 數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)篩選出代表菌株，將其活化后按2%的接種量接入5 mL YEPG液體培養(yǎng)基中，分別置于4、10、18、25、30、37 ℃共6個(gè)溫度梯度下培養(yǎng)，培養(yǎng)96 h 后，使用紫外分光光度計(jì)于420 nm測(cè)OD值。

2 結(jié)果與分析

2.1 空氣源酵母菌分離純化與系統(tǒng)發(fā)育分析

利用4 種瓊脂培養(yǎng)基在3 個(gè)空氣采樣位點(diǎn)分離到414 株酵母菌，從各培養(yǎng)基分離的酵母菌數(shù)量分別為：RB（219 株）；DG18（43 株）；MYP（117 株）；MYP5（35株）。酵母菌的豐富度程度與海拔并無(wú)明顯線性關(guān)系，其中135 株來(lái)自于低海拔位點(diǎn)（LA），176 株來(lái)自于中海拔位點(diǎn)（MA），103 株來(lái)自于高海拔位點(diǎn)（HA）。

本研究分離的所有酵母菌，皆為擔(dān)子菌門(mén)，其中白色與乳白色的菌落分離物被視為無(wú)色素酵母菌共有258株，另有156株色素菌株。烏源1號(hào)冰川空氣中分離純化后的菌株依據(jù)菌落顏色，形態(tài)分類(lèi)，菌落顏色豐富（圖1），有純白色、灰白色、粉白色、奶油色、乳黃色、淺黃色、粉紅色、橘色，淺棕色等。酵母菌菌落直徑約1.5～3.5 mm，小部分菌落直徑小于1 mm，酵母菌的細(xì)胞形態(tài)通常有球形、近球形、卵圓形、橢圓形、圓柱形、棒形、藕節(jié)形、檸檬形等，一般為2～4 μm。

圖1 烏源1號(hào)冰川空氣源部分酵母菌代表菌株菌落圖片（A：bca-86，Rhodotorula araucariae；B：bca-321，Naganishia adeliensis；C：bca-248，F(xiàn)ilobasidium stepposum；D：bca-32，F(xiàn)ilobasidium floriforme；E：bca-502，Dioszegia hungarica；F：bca-175，Rhodotorula glutinis）Fig.1 Morphological characteristics of colony of representative strains of some yeast species in the Urumqi Glaciers No.1，Tianshan Mountains（A：bca-86，Rhodotorula araucariae；B：bca-321，Naganishia adeliensis；C：bca-248，F(xiàn)ilobasidium stepposum；D：bca-32，F(xiàn)ilobasidium floriforme；E：bca-502，Dioszegia hungarica；F：bca-175，Rhodotorula glutinis）

根據(jù)菌落形態(tài)和生長(zhǎng)特性對(duì)所有分離得到酵母菌株進(jìn)行初步分組，并對(duì)形態(tài)和生長(zhǎng)特征相類(lèi)似的菌株劃分為一組。擴(kuò)增已分離純化的低溫酵母菌菌株的ITS 片段并測(cè)序，通過(guò)使用NCBI（National Center of Biotechnology Information）中的BLAST 比對(duì)工具在GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行同源性比對(duì)。結(jié)果顯示，從烏源1號(hào)冰川的表面空氣中共分離414株酵母菌（表1），MSP-PCR 指紋分型劃分為53 個(gè)基因型，從每個(gè)基因型中選出2或3株具有代表性的菌株進(jìn)行ITS-rRNA 基因序列分析，共測(cè)序139 株菌株。測(cè)序結(jié)果顯示分別隸屬于9屬28種，同時(shí)選取28株代表菌株的ITS-rRNA序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)（圖2）。

表1 烏源1號(hào)冰川空氣源酵母菌種的分布及數(shù)量Table 1 Distribution of yeast species of airborne in the Urumqi Glaciers No.1，Tianshan Mountains

圖2 基于ITS rRNA基因序列的烏源1號(hào)冰川空氣源酵母菌系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)Fig.2 Neighbour-joining tree showing the phylogenetic relationships among yeast strains，taken from the Urumqi Glacier No.1，based on ITS rRNA gene partial sequences and related sequences downloaded from GenBank（The numbers at the nodes indicating the bootstrap values based on neighbor-joining analyses of 1 000 resampled datasets；bar 0.02 at the bottom is the sequence divergence）

對(duì)空氣源酵母代表菌株進(jìn)行ITS 序列分析（圖2），有傘菌亞門(mén)24 株，柄銹菌亞門(mén)4 株。其中bca-2與Filobasidium wieringae；bca-72 與Vishniacozyma tephrensis；bca-529 與Dioszegia butyrace；bca-502 與D.hungarica；同源性高達(dá)99%親緣關(guān)系最近。bca-198、bca-222、bca-377、bca-299 分屬于同一個(gè)進(jìn)化支，與Holtermanniella同源性最高，相似度為100%；bca-286、bca-175、bca-86、bca-302 分屬于同一個(gè)進(jìn)化支，與Rhodotorula同源性最高，相似度為100%；bca-106、bca-529、bca-109、bca-502 聚為一類(lèi)，與Dioszegia親緣關(guān)系最近；菌株bca-415 與Papiliotrema laurentiiCBS：5297 相似度為100%。分離自HA 位點(diǎn)的菌株bca-2 與模式菌株CBS11580（GenBank 登錄號(hào)KY103449）Filobasidium wieringae有99%的相似性。分離自MA 位點(diǎn)的菌株bca-529 與模式菌株CBS10122（KY103348）Dioszegia butyracea有99%的相似性。而來(lái)自MA 位點(diǎn)的菌株bca-84與模式菌株CBS968（AF444345）Naganishia liquefaciens有97%的相似性。種水平的系統(tǒng)發(fā)育分析如圖2所示，顯示了我們所分離菌株與GenBank 庫(kù)中登記的最接近的CBS 酵母菌菌種庫(kù)的模式菌株的親緣關(guān)系。

2.2 不同海拔空氣源酵母菌群落分布特征

烏源1 號(hào)冰川表面空氣中9 個(gè)屬酵母菌種群結(jié)構(gòu)顯示，F(xiàn)ilobasidium種類(lèi)最多分離到8 個(gè)種，Dioszegia分離到5個(gè)種，Holtermanniella分離到4個(gè)種，Cystofilobasidium、Naganishia、Vishniacozyma、Rhodotorula、Rhodosporidium均分離到2 個(gè)種，Papiliotrema種類(lèi)最少，僅分離到一個(gè)種。本研究依據(jù)每種酵母菌占總分離酵母菌數(shù)量的比例確定其對(duì)應(yīng)的相對(duì)豐度。酵母菌屬水平結(jié)果顯示（圖3），Holtermanniella相對(duì)豐度最高為33.33%，為最優(yōu)勢(shì)屬，其 次 為Vishniacozyma（23.19%）和Filobasidium（14.98%）。除了Rhodotorula和Naganishia以外，其他屬酵母在3 個(gè)海拔位點(diǎn)均有分布。隨海拔升高，Holtermanniella，Vishniacozyma與Dioszegia相對(duì)豐度出現(xiàn)先升高再降低趨勢(shì)；而Filobasidium，Naganishia與Cystofilobasidium相對(duì)豐度呈持續(xù)降低趨勢(shì)；Rhodotorula相對(duì)豐度呈持續(xù)升高趨勢(shì)。

圖3 不同海撥冰川空氣酵母菌屬水平的群落組成Fig.3 Community composition of airborne yeasts at genus level in different altitude of the Urumqi Glacier No.1

酵母菌種水平結(jié)果顯示（圖4），Holtermanniella festucosa的相對(duì)豐度最高（22.22%），其次為Vishniacozyma victoriae（16.91%），而Holtermanniella nyarrowii、Vishniacozyma tephrensis和Rhodosporidium kratochvilovae相對(duì)豐度也比較高，均超過(guò)了5%。Dioszegia crocea、Rhodosporidium kratochvilovae等菌株豐度均低于1%。綜合分析相對(duì)豐度與發(fā)生率（每個(gè)酵母菌種在每個(gè)地理位點(diǎn)的出現(xiàn)頻率），烏源1號(hào)冰川表面空氣酵母菌優(yōu)勢(shì)種為Holtermanniella festucosa，其占LA 樣品總菌株數(shù)的25.93%，占MA 樣品總菌數(shù)的24.43%，占HA 樣品總菌數(shù)的13.59%。

圖4 不同海撥冰川空氣酵母菌種水平的群落結(jié)構(gòu)組成Fig.4 Community composition of airborne yeasts at species level in different altitude of the Urumqi Glacier No.1

2.3 空氣源酵母菌最適生長(zhǎng)溫度

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，30 株測(cè)試的代表菌株中，22 株菌最適生長(zhǎng)溫度為22～25 ℃，在30～37 ℃緩慢生長(zhǎng)；6 株菌生長(zhǎng)溫度范圍在4～22 ℃，其中最適生長(zhǎng)溫度在16～18 ℃。根據(jù)一般定義［4］，前者屬于耐冷菌屬，后者屬于嗜冷菌，這說(shuō)明烏源1 號(hào)冰川空氣酵母菌大部分屬于耐冷菌（表2）。

2.4 酵母菌群落組成及多樣性分析

總體而言，烏源1 號(hào)冰川表面3 個(gè)不同位點(diǎn)的空氣樣品中，酵母菌豐度分布存在小幅度的差異。從3 個(gè)海拔分離出Holtermanniella屬酵母菌，占總分離物的33.33%，其次是Vishniacozyma屬酵母菌，在分離物總數(shù)中占比23.19%。根據(jù)最新的分類(lèi)系統(tǒng)，本研究在不同海拔位點(diǎn)空氣分離菌株共有7 個(gè)屬，除Naganishia出現(xiàn)在2 個(gè)海拔和Papiliotrema只在1 個(gè)海拔以外，其余各屬在3 個(gè)海拔均有分布（圖5）。

圖5 烏源1號(hào)冰川空氣源酵母菌種水平生境組合強(qiáng)度Fig.5 Horizontal habitat assemblage intensity of glacial airborne yeast species in the the Urumqi Glacier No.1（HA，LA，and MA representing three sample collection sites，respectively）.Note：the bars representing the cumulative relative abundance of each indicator yeast species in all the samples；the size of each circle defining the association strength（indicator value）of a yeast species with the different habitats，such as 0～10：not characteristic；10～20：weakly characteristic；20～30：characteristic；30～40：strongly characteristic

ACE 指 數(shù)Chao 指 數(shù) 可 反 映 物 種 豐 富 度［19］，Chao 指數(shù)代表物種豐富度，對(duì)稀有物種變化敏感。由表3可知，隨著海拔小幅度增加，各樣點(diǎn)酵母菌群落豐富度指數(shù)（ACE 指數(shù)）與（Chao 指數(shù)）均顯示為MA＞HA＞LA。在海拔梯度上，ACE 指數(shù)和Chao 指數(shù)呈先上升后下降的趨勢(shì)，在MA位點(diǎn)達(dá)到做大值，分別為28.26 和27.67，說(shuō)明空氣源酵母菌在MA 時(shí)物種最為豐富，但統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示差異不顯著。在海拔上升的過(guò)程中，Chao 指數(shù)的增加幅度較大，說(shuō)明稀有菌株出現(xiàn)得更多。Shannon 指數(shù)代表了樣本中物種的均勻度，隨海拔梯度上升，各樣點(diǎn)酵母菌群落多樣性指數(shù)（Shannon 指數(shù)）呈略下降趨勢(shì)，但差異仍然不顯著。

表2 烏源1號(hào)冰川空氣源酵母菌形態(tài)特征及生長(zhǎng)特性Table 2 Growth characteristics and morphological characteristics of airborne yeasts in the Urumqi Glaciers No.1，Tianshan Mountains

3 討論

無(wú)論在極地還是高山冰川的生態(tài)系統(tǒng)中，低溫酵母菌都代表了冰川微生物群落的一個(gè)重要組成部分［20］。目前的報(bào)道顯示，在兩極地區(qū)，多年凍土、高山冰川、深海以及寒冷沙漠等低溫環(huán)境中，可培養(yǎng)酵母菌主要為擔(dān)子菌門(mén)和子囊菌門(mén)兩大類(lèi)［21］，但研究顯示，擔(dān)子菌門(mén)酵母菌比子囊菌門(mén)酵母菌有更好的低溫生態(tài)適應(yīng)性［22］。由于不同地區(qū)生態(tài)環(huán)境的差異，不同生態(tài)系統(tǒng)中低溫酵母菌類(lèi)群差異顯著。本研究結(jié)果表明，在門(mén)水平上的空氣源酵母菌中的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)全部為擔(dān)子菌門(mén)。

3.1 冰川生境酵母菌種群與空氣酵母菌種群的關(guān)系

表3 烏源1號(hào)冰川不同位點(diǎn)空氣酵母菌群落豐富度和多樣性指數(shù)Table 3 Abundance and diversity of airborne yeasts communities of different sites in the Urumqi Glaciers No.1，Tianshan Mountains

表4 烏源1號(hào)冰川空氣酵母菌與其他4種生境中酵母菌的比較Table 4 Distribution of yeast species of airborne（TA）and other habitats of the Urumqi Glacier No.1，Tianshan Mountains，including supraglacial ice（BB），cryoconite sediment（BC），supraglacial meltwater（BW）and supraglacial snow（SN）

將本研究結(jié)果與課題組前期對(duì)烏源1號(hào)冰川中冰塵、表面融水、積雪和冰芯共五種生境的酵母菌組成進(jìn)行比較研究（表4），冰川五種生境中擔(dān)子菌酵母均占明顯優(yōu)勢(shì)，這是多數(shù)冰川生態(tài)系統(tǒng)的共同特征［23-24］。很多研究報(bào)道顯示，原屬于隱球菌屬（Cryptococcus）的酵母菌Vishniacozyma屬，其中的Vishniacozyma victoriae與V.tephrensis在5 種 冰 川生境均有分布（表4）。然而，文獻(xiàn)報(bào)道顯示，在地球其他生境這兩個(gè)種也有分布，譬如植被及果蔬表面。我們的研究發(fā)現(xiàn)，烏源1號(hào)冰川空氣中Vishnia-cozyma victoriae與V.tephrensis為優(yōu)勢(shì)菌，很可能是通過(guò)空氣傳播將植物體表的菌株攜帶到了冰川生境。但目前對(duì)不同生境種群之間的進(jìn)化關(guān)系沒(méi)有進(jìn)行深入報(bào)道，不同菌株之間ITS 基因序列顯示了很高的同源性，因此有可能屬于世界廣布種，也有可能屬于同種的不同生態(tài)型。從表4 可知，烏源1號(hào)冰川不同生境廣泛分布紅酵母屬（Rhodotorula）菌株，具有很高的分離頻率，表明在低溫生境具有很強(qiáng)的適應(yīng)性［25］。其原因可能是Rhodotorula屬酵母菌可產(chǎn)生類(lèi)胡蘿卜素，作為光保護(hù)劑能夠有效避免紫外線對(duì)細(xì)胞的損傷。此外，類(lèi)胡蘿卜素是一類(lèi)膜保護(hù)的抗氧化色素，可抵抗UV 并增強(qiáng)細(xì)胞膜的流動(dòng)性，能夠有效清除自由基［26］。此外，一般認(rèn)為該屬還能夠產(chǎn)生胞外多糖，使它們?cè)诒ㄉ持芯哂懈鼜?qiáng)的生態(tài)脅迫耐受性［27］。實(shí)際上，在空氣、葉面和腐爛的植物碎片中均能分離到它們，其中Rhodotorula araucariae在腐敗的植物體表很容易分離到［28］。因此，以Rhodotorula屬酵母菌為模式菌，研究在極端環(huán)境條件下，紫外線輻射在對(duì)酵母菌菌群結(jié)構(gòu)具有重要的生態(tài)學(xué)意義。同樣，Rhodotorula屬在烏源1 號(hào)冰川空氣中也存在，也可能是通過(guò)空氣傳播將植物體表的菌株攜帶到了冰川生境。但目前對(duì)紅酵母屬的系統(tǒng)發(fā)育和分類(lèi)做了大的修改，也有可能是隸屬于不同種的酵母在不同生境的分布需要做深入研究［26］。

鑒于以上情況，人們很容易認(rèn)為冰川生境的酵母菌與空氣酵母菌密切相關(guān)。但本研究一個(gè)例外的發(fā)現(xiàn)是空氣源的優(yōu)勢(shì)酵母屬Holtermanniella，它們?cè)诒ㄖ泻苌俦环蛛x到［13］，這說(shuō)明冰川對(duì)外源微生物具有選擇作用，即Holtermanniella屬作為外源種群不適應(yīng)冰川生境［13］。表4顯示，Holtermanniella屬中H.festucosa、H.takashimae、H.nyarrowii、H.lawattica在冰川的冰塵，融水，雪水，冰芯中均未被分離到，但在空氣中屬于優(yōu)勢(shì)種群。表明冰川生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外源微生物具有顯著的生境過(guò)濾作用，只有適應(yīng)性很強(qiáng)的種群才能進(jìn)入冰川生態(tài)位生殖繁衍，進(jìn)而通過(guò)微進(jìn)化發(fā)生生態(tài)生理漸變［29］。因此，我們預(yù)期在冰川生境景觀尺度下，極端環(huán)境因素（包括紫外線、溫度、寡營(yíng)養(yǎng)環(huán)境等）對(duì)微生物的群落構(gòu)建（群落結(jié)構(gòu)和物種分布格局）和空間分布格局產(chǎn)生顯著的影響［30］。以酵母菌作為范式，研究冰川生境的群落構(gòu)建過(guò)程中，由非生物因素與生物因素的相互作用，及其對(duì)微生物群落動(dòng)態(tài)格局貢獻(xiàn)度很有必要。

3.2 空氣酵母菌群落結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

眾所周知，冰川區(qū)域在空間地理上環(huán)境多變，尤其在垂直尺度上環(huán)境因子相差較大，形成了不同的小生境，蘊(yùn)含了豐富的微生物類(lèi)群。烏源1 號(hào)冰川表面空氣微生物可能來(lái)源于內(nèi)部和外部環(huán)境，其中來(lái)自周邊生境的冰川低溫酵母屬于原位棲息的本地種（endemic species），由于大氣環(huán)流隨機(jī)遷移的屬于陸源性外來(lái)種（exotic species）。研究發(fā)現(xiàn)Naganishia adeliensis在不僅在空氣中分離到，在冰川多個(gè)生境均有發(fā)現(xiàn)，表明該屬種類(lèi)大多為本地菌［13］。Cystofilobasidium infirmominiatum、Filobasid-ium chernovii、Filobasidium elegans、Filobasidium wieringae主要在空氣與冰川表面的積雪生境所分離到，很有可能是從積雪表層傳遞到空氣。第二類(lèi)是近距離外來(lái)菌（Local exotic species），這些菌株很可能主要來(lái)自于冰川前沿退縮地的植物花蜜和植物源附生酵母菌。如Rhodotorula屬，在空氣、葉面和腐爛的植物碎片中均能分離到它們，R.araucariae、R.glutinis、R.kratochvilovae、R.toruloides是空氣與冰川表面冰所共有的菌種［27］。第三類(lèi)是遠(yuǎn)距離外來(lái)菌（Distant exotic species），通過(guò)大氣環(huán)流運(yùn)動(dòng)，通過(guò)降水（雨、雪），水凝華（云、霧、冰雹）和灰塵沉降等被攜帶［31-32］，這些種類(lèi)可能來(lái)自空間地理差異較大的生態(tài)系統(tǒng)，如沙漠［33］、森林［34］等。有報(bào)道發(fā)現(xiàn)冰川的冰芯中分離出了來(lái)自于溫帶和熱帶地區(qū)的微生物［35］。Holtermanniella屬的菌株大多分離自植物體表，在本研究中從冰川生境沒(méi)有分離到它們，很可能來(lái)自溫帶森林。此外Vishniacozyma victoriae是極地環(huán)境的優(yōu)勢(shì)種類(lèi)，也是本研究中的優(yōu)勢(shì)菌株，但在非極地環(huán)境中普遍分離出該種親緣關(guān)系相近的菌株，表明是全球的廣布酵母菌種類(lèi)［36］。

3.3 不同海拔梯度下冰川表面空氣源酵母菌群落構(gòu)建機(jī)制

本研究位點(diǎn)LA 選取在冰川前沿高山草甸處，以高山墊狀植被為主，此處植物群系開(kāi)始多元化且動(dòng)物出沒(méi)頻繁，受動(dòng)植物及人為干擾因素大。位點(diǎn)MA 選取在冰川前沿退縮處，此處均為裸露及風(fēng)化的巖石，有動(dòng)物活動(dòng)。位點(diǎn)HA 選取在冰川冰舌中部，此處周?chē)幢ǜ沟?，下方為冰雪及冰塵洞，受外界因素干擾較小。在冰川表面成功定植的微生物需要耐受大范圍幅度劇烈的溫度波動(dòng)，以及抵御太陽(yáng)輻射，并耐受寡營(yíng)養(yǎng)等脅迫條件［37-38］，在大幅度海拔梯度上呈現(xiàn)出了不同的生態(tài)位分布格局［39］。但基于本研究的結(jié)果，3 個(gè)梯度海拔的可培養(yǎng)酵母菌多樣性存在差異，很可能是每個(gè)位點(diǎn)采集空氣樣本時(shí)，部分環(huán)境因素（如風(fēng)速和顆粒物質(zhì)量濃度）導(dǎo)致空氣采集有一定程度的差異。對(duì)于空氣源酵母菌來(lái)說(shuō)，由于空氣的空間異質(zhì)性相對(duì)較小，在小梯度的海拔梯度下以連續(xù)的狀態(tài)處于動(dòng)態(tài)變化，可培養(yǎng)酵母菌差異并不顯著。冰川生境受大氣環(huán)流及周邊人類(lèi)和動(dòng)物活動(dòng)影響，內(nèi)源、外源酵母菌分辨需要更精確的方法甄別［13］，因此，對(duì)冰川表面和空氣微生物關(guān)系需要深入研究。

4 結(jié)論

基于烏源1 號(hào)冰川表面3 個(gè)海拔高度的空氣酵母菌群落結(jié)構(gòu)分析及其與冰川表面生境酵母菌的比較，得到結(jié)論如下：

（1）分類(lèi)特征：烏源1號(hào)冰川表面空氣分離到的酵母菌全部隸屬于擔(dān)子菌門(mén)（Basidiomycota），包括9屬28種，傘菌亞門(mén)（Agariomycotina）成員占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。Holtermanniella festucosa與Vishniacozyma victoriae為冰川空氣廣布的優(yōu)勢(shì)酵母菌種。酵母菌大多為來(lái)自周邊生境的耐冷酵母菌。

（2）分布特征：在小幅度的海拔梯度上，空氣酵母菌群落結(jié)構(gòu)有所不同，但多樣性指數(shù)沒(méi)有顯著差異?；诳諝饨湍妇捅ń湍妇N群的比較，冰川生境酵母菌與空氣酵母菌密切相關(guān)，但冰川生境對(duì)外源酵母菌具有明顯的生境過(guò)濾與選擇作用。