納木錯夏季酵母菌多樣性及其影響因素

王艷紅,郝 兆,郭小芳,德 吉

納木錯夏季酵母菌多樣性及其影響因素

王艷紅,郝 兆,郭小芳*,德 吉**

(西藏大學理學院,拉薩 850000)

以納木錯湖水為研究對象,采用膜過濾平置培養(yǎng)法分離純化酵母菌,并結合ITS區(qū)域序列分析與經典分類法對酵母菌菌株進行鑒定,運用生物信息學和統(tǒng)計學方法分析水體可培養(yǎng)酵母菌的多樣性及其與理化因子之間的相關關系.結果顯示,從納木錯水體中分離出1067株酵母菌,分屬于27個屬45個種及2個潛在新分類單元,優(yōu)勢種為和.NMDS分析顯示,納木錯不同區(qū)域水體可培養(yǎng)酵母菌群落β多樣性差異明顯.Pearson相關性分析結果表明,酵母菌總豐度與pH值、電導率、總溶解固體量、鹽度呈極顯著負相關(<0.01),與總氮、氨氮呈顯著正相關(<0.05);物種數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)均與總磷呈顯著負相關(<0.05).冗余分析顯示,pH值是影響納木錯水體酵母菌種群分布的主要理化因子.綜上,納木錯水體酵母菌資源比較豐富且存在明顯的空間異質性,水體理化因子對納木錯水體可培養(yǎng)酵母菌的分布有較大的影響.

高原湖泊；納木錯；酵母菌；多樣性；理化因子

湖泊作為地球表層系統(tǒng)各圈層的聯(lián)結點,對維持生態(tài)平衡及社會經濟發(fā)展具有重要價值[1-3].微生物作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的重要成員,廣泛參與其能量流動及化學元素循環(huán),且極易受物理及化學因素的影響,尤其是表層水體微生物,其群落結構及多樣性能夠對環(huán)境變化做出快速的響應[4-7].酵母菌作為微生物的重要組成部分,其群落結構組成被認為是衡量湖泊生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標[8-10].酵母菌的群落結構與其生境和生境污染狀況相關,其群落結構的變化是對生境條件變化的響應[11-12].酵母菌對有機污染反應迅速,可以作為評價水生環(huán)境富營養(yǎng)化水平的指標[11,13],部分酵母菌的存在與否及其豐度水平還可用于指示糞便污染而參與水質評價[11,13-15].近年來,國內外學者逐步開展了許多關于湖泊水體酵母菌種群結構及其影響因素的研究,如:李治瑩等[16]從云南程海湖冬季湖水樣品中分離獲得171株酵母菌,鑒定為14個屬22個種及2個潛在新分類單元;郭小芳等[17]研究發(fā)現(xiàn)撫仙湖酵母菌種群結構與總有機碳濃度顯著相關;Medeiros等[9]以巴西4個湖泊為研究對象分離純化酵母菌,并分析了酵母菌多樣性與水體理化因子的相關性;Russo等[18]、Brand?o等[19]及Libkind等[20]分別對阿根廷不同湖泊可培養(yǎng)酵母菌多樣性進行了研究,但因其研究湖泊不同得到的結果不盡相同.

青藏高原氣候條件獨特,地理環(huán)境復雜,湖泊面積超過50900km2,大于全國湖泊總面積的一半,且以鹽堿湖為主,素有“亞洲水塔”之稱[21-23].納木錯位于青藏高原中南部,是我國第二大咸水湖,也是世界上海拔最高的咸水湖[24],因為其特殊的地理位置,受人類活動影響較少,基本保持生態(tài)原貌,是科學研究的天然實驗場所[21,25],近年來,伴隨著全球氣溫上升,納木錯東南側念青唐古拉山冰川大面積消融,納木錯湖面擴張,水體理化性質發(fā)生著緩慢改變[26].目前關于納木錯生物多樣性的研究主要側重于古生物學及水體細菌等方面[24,27-28],缺少對水體酵母菌較全面的詳細研究,本文以納木錯水體酵母菌為研究對象,探究環(huán)納木錯不同生境水體中酵母菌多樣性及其影響因素,期望能夠為納木錯湖泊生態(tài)環(huán)境保護以及青藏高原微生物多樣性研究提供理論依據,并為極端環(huán)境下的酵母菌資源的開發(fā)和利用奠定基礎.

1 材料與分析

1.1 研究地概況及水樣采集

圖1 納木錯水樣采集樣點分布

納木錯(30°30′N～30°55′N,90°15′E～91°04′E)位于念青唐古拉山北部、藏北高原東南部、西藏自治區(qū)拉薩市當雄縣和那曲地區(qū)班戈縣境內[1,25].湖面平均海拔4720m,湖面面積2021km2,湖泊最深處大于90m,是世界上海拔最高的大型湖泊[1].納木錯處于高原亞寒帶季風半干旱和半濕潤氣候區(qū)過渡帶,湖水補給主要為地表徑流、冰川融水和降水,年平均降水量387.36mm,主要集中在6～10月份,河流入水口主要分布于納木錯南側和西側,南側入湖河流主要為念青唐古拉山冰川融水,流程短且密集,西側以昂曲和側曲兩河為主[25-26,29-31].

2020年8月根據湖水分布情況及地理條件,采用系統(tǒng)抽樣法,在納木錯選取20個樣點采集水樣(圖1).使用無菌水樣采集器在距岸邊15m處采集深度為50cm的水樣.每個樣點共采集3份水樣,共7.5L,避光保存.1份立即送往西藏博源環(huán)境檢測有限公司進行水體理化因子的測定,其余帶回實驗室立即進行酵母菌的分離.

1.2 酵母菌菌株的分離及純化

采用砂芯過濾器分50mL和100mL兩個梯度對湖水進行抽濾.濾膜為孔徑0.45μm,直徑50mm的醋酸纖維濾膜.為盡可能多的分離出水體中的酵母菌,本實驗采用3種培養(yǎng)基對納木錯水體酵母菌進行分離,將抽濾后的濾膜分別正置于酸性PDA、酸性YM以及RBCH固體培養(yǎng)基平板上進行培養(yǎng),培養(yǎng)基組成成分等參照文獻[32],每個處理設置3個重復.培養(yǎng)3～5d后進行酵母菌菌落形態(tài)觀察和菌落計數(shù),計數(shù)后挑取單菌落接種于YM斜面進行恒溫培養(yǎng)(28℃).采用平板劃線法兩輪純化后于20%甘油管中冷凍保藏(-20℃).

1.3 酵母菌菌株的分子鑒定

采用ITS區(qū)域序列法進行酵母菌菌株的分析鑒定.

1.3.1 DNA提取及擴增 DNA的提取采用CTAB法[33],引物采用ITS1(5￠-TCCGTAGGTGAACCTGC GG-3￠),ITS4(5￠-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3￠)[34]. PCR反應條件為: 95℃ 5min;95℃ 30s,55℃ 30s, 72℃ 60s,35個循環(huán);72℃ 7min.1%瓊脂糖凝膠檢測擴增目標產物后送往生工生物工程(上海)股份有限公司測序.

1.3.2 序列分析 供試菌株ITS區(qū)測序結果經人工校對,去除引物及雙峰序列后在GenBank核酸序列數(shù)據庫中進行同源序列搜索,與已知酵母菌序列相似度為99%以上的,確定為同一種[35].供試菌株的序列號上傳至NCBI的GenBank核酸序列庫,登錄號為:MW784731～MW784822.系統(tǒng)發(fā)育樹的構建使用MEGE 7軟件進行,挑選與潛在新種序列最相似的8～9條ITS序列構建,方法為鄰接法(neighbor- joining, NJ),進行1000次Bootstrap檢驗[8].

1.4 納木錯水體理化因子測定

pH值、電導率(EC)、總溶解固體量(TDS)及鹽度(Salt)采用多功能參數(shù)儀(Multi-Parameter PCSTestrTM35)原位測定,每個參數(shù)重復測定3次.總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)以及化學需氧量(COD)送往西藏博源環(huán)境檢測有限公司進行測定,其中氨氮(NH3-N)、總磷(TP)采用722S可見分光光度計測定,方法分別為納氏試劑分光光度法(HJ 535-2009)和鉬酸銨分光光度法(GB 11893- 89),總氮(TN)采用752紫外可見分光光度計測定,方法為堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636-2012),化學需氧量(COD)采用重鉻酸鹽法進行測定.

1.5 數(shù)據處理與分析

采用Excel 2019、R 4.0.1、SPSS 20.0及CANOCO 5等軟件進行數(shù)據的處理與分析,繪圖使用R 4.0.1ggplot 2包、pheatmap包以及Origin 2019進行.酵母菌總豐度(CFU/L)=(每皿酵母菌菌落數(shù)平均值/每皿抽濾水體毫升數(shù))×1L.相對豐度=某種酵母菌分離菌株數(shù)/分離得到的酵母菌總株數(shù)×100%.有色酵母豐度=分離得到的有色酵母菌株數(shù)/分離得到的酵母菌總株數(shù)×100%.非度量多維標度(Non-metric Multidimensional Scaling,NMDS)分析及相似性分析(ANOSIM)使用R 4.0.1vegan包進行計算[36-37].Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)采用R 4.0.1中的vegan包進行計算[36],差異性分析使用SPSS 20.0軟件中的Duncan檢驗法進行.運用SPSS 20.0Kolmogorov- Smirnov檢驗對理化因子及多樣性指數(shù)進行正態(tài)檢驗,結果顯示值均大于0.05,各參數(shù)符合正態(tài)分布,故采用Pearson相關系數(shù)進行多樣性指數(shù)與理化因子的相關性分析. Pearson相關系數(shù)采用R 4.0.1中的psych包進行計算[37].冗余分析(RDA)使用CANOCO 5進行.

2 結果與討論

2.1 納木錯夏季各樣點水體可培養(yǎng)酵母菌群落組成特征

2.1.1 納木錯夏季各樣點水體可培養(yǎng)酵母菌分布狀況 如圖2所示,從納木錯20份水樣中共分離得到1067株酵母菌,采用ITS區(qū)域序列分析,以序列相似度99%為分類界限,結合顯微形態(tài)進行鑒定,結果顯示,分離得到的酵母分屬于27屬45種,其中sp.和sp.與已知序列的相似度低于97%,可能為2種潛在新分類單元,具體分類學地位見圖3.及屬種數(shù)最多,均分離到5個種,其次為屬,分離到4個種,屬分離到3個種,其余屬分離到的種數(shù)則相對較少.

由酵母菌分布狀況可知(圖2),.在納木錯水體中廣泛分布,在18個樣點中被分離..和.分布也較為廣泛,分別在17個和16個樣點中被分離到.相較而言,.、.等17個種分布范圍較窄,均僅在1個樣點中被分離.相對豐度結果顯示,相對豐度最高(23.24%),其次為(14.43%),而、等13個種相對豐度較低,均僅在1個樣點中被分離到1株.綜上所述,及為納木錯水體可培養(yǎng)酵母菌優(yōu)勢種.

為進一步探究納木錯酵母菌多樣性,對水體中分離得到的有色酵母菌豐度及比例進行分析,結果表明,納木錯有色酵母菌資源豐富,從20個樣點中共分離出有色酵母菌772株(72.35%),其中豐度最高(248株),占總有色酵母菌數(shù)量的32.12%.

納木錯水體酵母菌資源較為豐富,有色酵母菌數(shù)量和分布均占有明顯的優(yōu)勢,該結果不同于云南撫仙湖、程海湖、星云湖、杞麓湖及陽宗海湖等高原湖泊可培養(yǎng)酵母菌優(yōu)勢種的研究結果,但與西藏羊卓雍錯水體可培養(yǎng)酵母菌優(yōu)勢種相同(表1);青藏高原強紫外輻射環(huán)境對水生微生物具有抑制作用[40],張瑞蕊等[41]研究結果顯示,為天山一號冰川表面冰塵和底部沉積層可培養(yǎng)酵母菌的優(yōu)勢種,且認為低溫微生物色素沉著可以減少高強度紫外線輻射帶來的傷害, Virginia等[42]研究表明,為阿根廷冰川可培養(yǎng)酵母菌優(yōu)勢種,有著極強的耐低溫生存能力和定植能力.分布和數(shù)量也較多,該種酵母曾在南極土壤[43]、高原凍土[44]、冰川融水[45]等生境中被分離,Brand?o等[46]對阿根廷Nahuel Huapi湖酵母菌多樣性的研究發(fā)現(xiàn),在5°C和20°C時表現(xiàn)出多種胞外酶活性,對寒冷生境具有較強的適應能力.由此推測,強輻射和較低的年均溫是和在納木錯水體中廣泛存在的可能原因..在納木錯水體中分布也非常廣泛,但目前關于該菌種的研究還較為缺乏,對該菌在納木錯廣泛分布的原因有待進一步的研究.

圖2 納木錯各樣點水體在種水平上可培養(yǎng)酵母菌的分布

圖3 基于ITS序列構建的Neighbor-Joining系列發(fā)育樹

(a)sp. 系列發(fā)育樹; (b)sp. 系列發(fā)育樹; 黑色字體標注為本研究新獲得序列,括號內為GenBank登錄號,分支點數(shù)字代表1000次重復后自展值,標尺表示1000個序列中有5個被替換

通過比較納木錯與其他高原湖泊水體可培養(yǎng)酵母菌多樣性(表1)可以看出,從納木錯分離出的酵母菌屬數(shù)高于羊卓雍錯、撫仙湖、程海湖等6個高原湖泊,酵母菌種數(shù)僅次于撫仙湖和陽宗海湖. Shannon- Wiener多樣性指數(shù)顯示,納木錯水體酵母菌多樣性僅次于撫仙湖和星云湖;Simpson多樣性指數(shù)顯示,納木錯水體酵母菌多樣性高于撫仙湖、羊卓雍錯、程海湖以及星云湖;Pielou均勻度顯示,納木錯水體酵母菌種群分布均勻度小于程海及羊卓雍錯,但高于撫仙湖.綜合各多樣性指數(shù)可知,納木錯水體酵母菌多樣性較高但均勻度較低,這可能是由于納木錯海拔更高,環(huán)境更為惡劣,惡劣且多變的環(huán)境使得更多種類的酵母菌能夠共同生存,但適應性較強的物種占據著大部分生態(tài)位.納木錯水體酵母菌總豐度為622CFU/L,僅低于星云湖,這可能與取樣季節(jié)和樣點離岸距離以及湖泊所處地理位置等有關.納木錯與其他6個高原湖泊種群間的相似性系數(shù)為0.10～0.29,均處于不相似水平,其中納木錯與羊卓雍錯均位于西藏自治區(qū)境內,具有相似的環(huán)境條件,且使用相同的分離方式,但納木錯與羊卓雍錯水體酵母菌種群組成也未達到相似水平(0.29).綜上所述,納木錯與其他6個湖泊雖都屬于高原湖泊,但所分離到的酵母菌物種組成卻存在較大差異,這與湖泊所處的地理位置、氣候條件、環(huán)境特點以及水體理化的不同存在一定的關系.

表1 納木錯與其他高原湖泊酵母菌比較

2.1.2 納木錯夏季各樣點間水體可培養(yǎng)酵母菌種類組成特征 多集合韋恩圖顯示(圖4),各樣點間共有酵母菌物種較少,為除10號和19號樣點外其他樣點的共有種,.和.分別為除1號、9號以及16號樣點外的其他樣點以及除1號、11號、15號以及20號樣點外的其他樣點的共有種.各樣點中,1號和15號樣點酵母菌物種數(shù)最少,9號樣點酵母菌物種數(shù)最多,且有6種酵母菌為該樣點特有種,5號、10號及16號樣點各有2個特有種,4號、6號、8號、11號以及19號樣點各有1個特有種. 9號樣點位于湖邊牧場,湖岸家畜活動頻繁,且岸邊有大量家畜排泄物,放牧活動造成的岸邊有機質的富集是9號樣點水體酵母菌物種數(shù)及特有種均較多的可能原因.

2.1.3 納木錯夏季各樣點水體可培養(yǎng)酵母菌空間異質性 如圖5a所示,采用基于Bray-Curtis距離的非度量多維尺度(NMDS,non-metric multidimensional scaling)分析顯示,所有樣點按不同地理位置分為4組,東南沿岸區(qū)(CSE,1～5號樣點),西南沿岸區(qū)(CSW,6～10號樣點),西北沿岸區(qū)(CNW,11～15號樣點),東北沿岸區(qū)(CNE,16～20號樣點).ANOSIM結果顯示(圖5b)組間差異顯著大于組內差異(= 0.266,<0.01),即納木錯水體酵母菌群落結構在不同區(qū)域存在顯著差異.就各區(qū)域而言,西南沿岸區(qū)10號樣點與該區(qū)域其他樣點水體酵母菌群落結構存在一定差異,西北沿岸區(qū)12號樣點與該區(qū)域其他樣點水體酵母菌群落結構存在一定差異,東北沿岸區(qū)20號樣點與該區(qū)域其他樣點水體酵母菌群落結構存在一定差異.分析以上三個樣點所處位置可知,不同于6～9號樣點,10號樣點位于納木錯西岸,位置的不同導致10號樣點附近入湖河流完全區(qū)別于6～9號樣點,不同入湖河流流經區(qū)域的差別可能是10號樣點β多樣性區(qū)別于6～9號樣點的原因.12號樣點位于納木錯湖體的一個突出部,該處湖水與主湖以狹窄水道相連,特殊的位置使得12號樣點水體與主湖水體交流較為困難,從而造成了該樣點水體酵母菌β多樣性與相鄰樣點的差異.20號樣點位于納木錯東北角,樣點附近設置有納木錯觀景臺,常年的西南風將湖面草木漂浮物富集于該樣點[47],豐富的有機質含量及常年的旅游活動可能是造成20號樣點β多樣性區(qū)別于16～19號樣點的可能原因.

圖4 納木錯樣點間水體可培養(yǎng)酵母菌種類多集合維恩圖

黑色點表示該位置有數(shù)據,點線圖表示樣點間存在交集,柱狀圖上的數(shù)字表示樣點間的共有物種數(shù),左邊柱形圖表示各樣點的物種數(shù)

圖5 納木錯水體可培養(yǎng)酵母菌群落組成的空間變異分析

2.1.4 納木錯夏季各樣點水體可培養(yǎng)酵母菌多樣性指數(shù) 納木錯各樣點水體可培養(yǎng)酵母菌多樣性指數(shù)顯示,9號樣點分離到的酵母菌屬數(shù)及種數(shù)均最多,為17個屬20個種,1號和15號樣點分離到的酵母菌屬數(shù)及種數(shù)最少,均為3個屬4個種.

為進一步對納木錯可培養(yǎng)酵母菌多樣性進行深入探究,利用SPSS 20.0軟件中的Ducan檢驗法對不同樣點酵母菌總豐度進行差異性分析,結果顯示,6號樣點酵母菌總豐度最高,且顯著高于除1號樣點外的其余樣點(<0.05),15號樣點酵母菌總豐度最低.Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)在20個樣點間具有相同的變化趨勢,19號樣點三者均最低,分別為0.98、0.42及0.20;就Shannon-Wiener多樣性指數(shù)而言,9號樣點最高,為2.54,其次為3號樣點;就Simpson多樣性指數(shù)而言,3號樣點最高,其次為9號樣點;就Pielou均勻度指數(shù)而言,3號樣點最高,其次為11號樣點;綜上所述,3號樣點水體酵母菌多樣性較豐富且分布均勻,19號樣點水體酵母菌多樣性較單一且分布不均勻.6號樣點為入湖河水與湖水的交匯處,位于天然沙礫堤與湖岸之間,由于天然砂礫堤的阻隔,該樣點水體理化性質區(qū)別于其他樣點,與其他樣點迥異的理化因子是導致6號樣點酵母菌總豐度高于其他樣點的主要原因.3號樣點位于扎西半島,樣點處魚類資源豐富且有大量游客投食,豐富的水生生物及頻繁的人為活動可能是該樣點酵母菌多樣性較為豐富且均勻的可能原因.19號樣點位于村莊旁,人為活動也較多,但不同于3號樣點的旅游活動,19號樣點多為畜牧活動,并且區(qū)別于9號樣點,19號樣點的畜牧活動會對牛糞進行回收,猜測岸邊人為活動方式的不同可能是造成3號、9號以及19號樣點酵母菌多樣性差異的主要原因.

2.2 納木錯夏季各樣點水體理化因子分析

圖6 納木錯各樣點水體理化因子與可培養(yǎng)酵母菌多樣性指數(shù)Pearson相關性系數(shù)

*表示在0.05水平顯著相關(雙側); **表示在0.01水平顯著相關(雙側)

為探究酵母菌多樣性與水體理化因子之間的關系,測定了納木錯水體的8個理化因子數(shù)據.差異性分析顯示,在納木錯各樣點水體間,8個理化因子存在不同程度的差異.20個樣點pH值的變化范圍為8.72～9.66,其中12號樣點顯著高于其他樣點(< 0.05),6號樣點顯著低于其他樣點(<0.05);20個樣點電導率范圍為290.67～1901.67μs/cm,其中16號樣點顯著高于其他樣點(<0.05),6號樣點顯著低于其他樣點(<0.05);20個樣點總溶解固體量范圍為206.67～1346.67mg/L,其中16號樣點顯著高于其他樣點(<0.05),6號樣點顯著低于其他樣點(<0.05); 20個樣點鹽度范圍為130～950mg/L,其中16號樣點顯著高于其他樣點(<0.05),6號樣點顯著低于其他樣點(<0.05);20個樣點化學需氧量范圍為2～15mg/ L,其中1號樣點顯著高于其他樣點(<0.05),3號、6號以及17號樣點顯著低于其他樣點(<0.05);20個樣點氨氮范圍為0.06～0.71mg/L,其中1號樣點顯著高于其他樣點(<0.05),3號樣點顯著低于其他樣點(<0.05); 20個樣點總磷范圍為0.005～0.05mg/L,其中1號樣點顯著高于其他樣點(<0.05),6號樣點顯著低于其他樣點(<0.05);20個樣點總氮范圍為0.15～0.97mg/L,其中1號樣點顯著高于其他樣點(< 0.05),3號和8號樣點顯著低于其他樣點(<0.05).根據地表水環(huán)境質量標準基本項目標準限值,各理化因子均顯示納木錯水質為Ⅱ類水質,較為清潔.

納木錯水體理化因子間相關性分析結果表明(圖6),化學需氧量、氨氮及總磷兩兩呈極顯著正相關(<0.01),pH值與電導率、總溶解固體量、鹽度呈極顯著正相關(<0.01),與化學需氧量呈顯著正相關(<0.05), 電導率、總溶解固體量、鹽度三者兩兩呈極顯著正相關(<0.01),且三者與氨氮呈極顯著負相關(<0.01),與總氮呈顯著負相關(<0.05);總氮與化學需氧量及氨氮呈極顯著正相關(<0.01),與總磷呈顯著正相關(<0.05).

2.3 納木錯夏季各樣點水體理化因子與可培養(yǎng)酵母菌多樣性指數(shù)間相關性分析

由圖6可知.納木錯水體可培養(yǎng)酵母菌總豐度與pH值、電導率、總溶解固體量、鹽度呈極顯著負相關(<0.01),與總氮、氨氮呈顯著正相關(<0.05);物種數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)與總磷呈顯著負相關(<0.05).綜上所述,pH值、電導率、總溶解固體量、鹽度、總氮、氨氮以及總磷是影響納木錯水體可培養(yǎng)酵母菌多樣性的主要理化因子.

2.4 納木錯夏季水體可培養(yǎng)酵母菌群落排序

為更直觀反映酵母菌群落結構與理化因子間的關系,采用CANOCO 5.0對二者進行排序.為確定合理的排序模型,先進行去趨勢對應分析(DCA).去趨勢對應分析結果顯示第1軸的梯度長度值為2.7,因此選擇冗余分析(RDA)進行排序.使用前向選擇篩選對酵母菌群落結構影響顯著的環(huán)境因子(<0.05)(圖7),選出pH進行RDA分析(=2.6,= 0.008),RDA分析結果顯示,第1排序軸對響應變量的解釋度比例為12.8%,為避免冗雜,在排序圖中,僅展現(xiàn)貢獻度最高的15個酵母菌屬(圖7).

環(huán)境因子對酵母菌分布的影響在排序圖中有較直觀的展示,貢獻度最高的15個酵母菌屬中,、以及的分布與pH有密切聯(lián)系,pH是影響納木錯各樣點水體酵母菌群落結構最顯著的環(huán)境因子.

郝兆等[38]研究認為,pH、電導率、總溶解固體量、鹽度以及總磷是影響羊卓雍錯水體酵母菌的主要理化因子;嚴亞萍等[32]通過對陽宗海水體酵母菌種群結構的研究認為,電導率是影響其水體酵母菌多樣性的重要因素;董明華等[8]研究表明,pH和總磷分別對杞麓湖隱球酵母屬和紅冬孢酵母屬的分布有重要影響.與以上研究結果相類似,本實驗結果表明,納木錯水體可培養(yǎng)酵母菌α多樣性主要受pH、電導率、總溶解固體量、鹽度、總氮、總磷以及氨氮的顯著影響,RDA分析結果顯示,pH是影響納木錯水體可培養(yǎng)酵母菌的主要理化因子.在本研究中,pH、電導率、總溶解固體量以及鹽度主要通過抑制酵母菌的總豐度來對酵母菌群落結構產生影響,總氮和氨氮通過增加酵母菌總豐度來對酵母菌群落結構產生影響,總磷則通過抑制酵母菌物種數(shù)以及酵母菌多樣性來對酵母菌群落結構產生影響.電導率、總溶解固體量以及鹽度對酵母菌的影響主要表現(xiàn)在對酵母菌細胞滲透壓的影響上,高滲環(huán)境可能會導致酵母菌死亡、裂解或休眠,并且會影響酵母菌對環(huán)境中營養(yǎng)鹽的攝取[48-49].酵母菌喜生活于偏酸性環(huán)境中,高pH值的環(huán)境會對酵母菌產生抑制作用[50].納木錯高鹽偏堿性的水體環(huán)境對納木錯酵母菌形成選擇壓力,抑制了優(yōu)勢酵母菌種群的豐度,增加了酵母菌多樣性,符合中度干擾假說[51].總氮、總磷和氨氮的作用則與pH相反,水體的富營養(yǎng)化促進了優(yōu)勢菌群的形成,優(yōu)勢菌群的形成增加酵母菌總豐度的同時降低了酵母菌多樣性指數(shù).納木錯水體酵母菌群落結構受水體pH、電導率、總溶解固體量以及鹽度的抑制作用以及總氮、總磷以及氨氮的促進作用的共同控制.

圖7 納木錯水體可培養(yǎng)酵母菌群落與理化因子RDA分析排序圖

3 結論

3.1 從納木錯水體20個樣點中共分離出1067株酵母菌,鑒定后分屬于27個屬45個種及2個潛在新分類單元,優(yōu)勢種為和..為納木錯水體廣泛分布種.

3.2 NMDS及酵母菌多樣性指數(shù)分析顯示,納木錯不同區(qū)域水體可培養(yǎng)酵母菌群落β多樣性差異明顯,且水體酵母菌資源較為豐富.

3.3 Pearson相關性分析結果表明,酵母菌總豐度與pH、EC、TDS、Salt呈極顯著負相關(<0.01),與TN、NH3-N呈顯著正相關(<0.05);物種數(shù)、Shannon- Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)均與TP呈顯著負相關(<0.05).冗余分析顯示,pH是影響納木錯水體酵母菌種群分布的主要理化因子.

[1] 王蘇民,竇鴻身.中國湖泊志 [M]. 北京:科學出版社, 1998.

Wang S M, Dou H S. Records of lakes in China [M]. Beijing: Science Press, 1998.

[2] Wetzel R G. Limnology: lake and river ecosystems [M]. Salt Lake City: Academic Press, 2001.

[3] Wang M, Liang J, Hu L. Distribution of GDGTs in lake surface sediments on the Tibetan Plateau and its influencing factors [J]. Sci China-Earth Sci, 2016,59:961-974.

[4] 陳兆進,丁傳雨,朱靜亞,等.丹江口水庫枯水期浮游細菌群落組成及影響因素研究 [J]. 中國環(huán)境科學, 2017,37(1):336-344.

Chen Z J, Ding C Y, Zhu J Y, et al. Community structure and influencing factors of bacterioplankton during low water periods in Danjiangkou Reservoir [J]. China Environmental Science, 2017,37(1): 336-344.

[5] Allison S D, Martiny J B H. Resistance, resilience, and redundancy in microbial communities [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2008,105(1):11512-11519.

[6] 吳慶龍,江和龍.中國湖泊微生物組研究 [J]. 中國科學院院刊, 2017,32(3):273-279.

Wu Q L, Jiang H L. China lake microbiome project [J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences, 2017,32(3):273-279.

[7] 李娜英,韓智勇,王雙超,等.多污染源作用下填埋場地下水微生物群落分析 [J]. 中國環(huán)境科學, 2020,40(11):4900-4910.

Li N Y, Han Z Y, Wang S C, et al. Impacts of different pollution sources on the microbial community in groundwater at municipal solid waste landfill sites [J]. China Environmental Science, 2020,40(11): 4900-4910.

[8] 董明華,李治瀅,周 斌,等.云南高原湖泊杞麓湖冬季可培養(yǎng)酵母菌多樣性分析 [J]. 微生物學報, 2016,56(4):603-613.

Dong M H, Li Z Y, Zhou B, et al. Diversity of cultivable yeast in Qilu Lake in winter [J]. Acta Microbiologica Sinica, 2016,56(4):603-613.

[9] Medeiros A O, Missagia B S, Brand?o L R, et al. Water quality and diversity of yeasts from tropical lakes and rivers from the Rio Doce basin in southeastern Brazil [J]. Brazilian Journal of Microbiology, 2012,43(4):1582-1594.

[10] 魏 偉,王 麗,周 平,等.安徽銅陵地區(qū)河流生態(tài)系統(tǒng)健康的多指標評價 [J]. 中國環(huán)境科學, 2013,33(4):691-699.

Wei W, Wang L, Zhou P, et al. Multi-variable assessment of river ecosystem health in Tongling of Anhui Province [J]. China Environmental Science, 2013,33(4):691-699.

[11] Hagler A N. Yeasts as indicator of environmental quality [M]. Berlin: Springer, 2006.

[12] Nagahama T. Yeast biodiversity in freshwater, marine and deep-sea environments [M]. Berlin: Springer, 2006.

[13] Brand?o L R, Medeiros A O, Duarte M C, et al. Diversity and antifungal susceptibility of yeasts isolated by multiple-tube fermentation from three freshwater lakes in Brazil [J]. J. Water Health, 2010,8(2):279-289.

[14] Arvanitidou M, Kanellou K, Vagiona D G. Diversity ofspp. and fungi in northern Greek rivers and their correlation to fecal pollution indicators [J]. Environ. Res., 2005,99(2):278-284.

[15] de Almeida J M. Yeast community survey in the Tagus estuary [J]. FEMS Microbiol. Ecol., 2005,53(2):295-303.

[16] 李治瀅,周新麗,周 斌,等.云南程海湖冬季酵母菌多樣性及胞外酶活性研究 [J]. 菌物學報, 2017,36(2):177-185.

Li Z Y, Zhou X L, Zhou B, et al. Diversity and extracellular enzymes of yeasts from Chenghai Lake in winter [J]. Mycosystema, 2017,36(2): 177-185.

[17] 郭小芳,李治瀅,董明華,等.云南高原湖泊撫仙湖酵母菌空間分布及其與環(huán)境因子的關系 [J]. 湖泊科學, 2016,28(2):358-369.

Guo X F, Li Z Y, Dong M H, et al. Spatial dynamics of yeast community and its relationship to environmental factors in Lake Fuxian, Yunnan Province [J]. Journal of Lake Sciences, 2016,28(2): 358-369.

[18] Russo G, Libkind D, Sampaio J P, et al. Yeast diversity in the acidic RioAgrio Lake Caviahue volcanic environment (Patagonia, Argentina) [J]. FEMS Microbiology Ecology, 2008,65:415-424.

[19] Brand?o L R, Libkind D, Vaz A B, et al. Yeasts from an oligotrophic lake in Patagonia (Argentina): Diversity, distribution and synthesis of photoprotective compounds and extracellular enzymes [J]. FEMS Microbiology Ecology, 2011,76(1):1-13.

[20] Libkind D, Moliné M, Sampaio J P, et al. Yeasts from high-altitude: influence of UV radiation [J]. FEMS Microbiology Ecology, 2009, 69(3):353-362.

[21] 時 玉,孫懷博,劉勇勤,等.青藏高原淡水湖普莫雍錯和鹽水湖阿翁錯湖底沉積物中細菌群落的垂直分布 [J]. 微生物學通報, 2014, 41(11):2379-2387.

Shi Y, Sun H B, Liu Y Q, et al. Vertical distribution of bacterial community in sediments of freshwater lake Puma Yumco and saline lake AWongco on the Tibetan Plateau [J]. Microbiology China, 2014, 41(11):2379-2387.

[22] 孫殿超,龔 平,王小萍,等.拉薩河全氟化合物的時空分布特征研究 [J]. 中國環(huán)境科學, 2018,38(11):4298-4306.

Sun D C, Dong P, Wang X P, et al. Special distribution and seasonal variation of perfluoroalkyls substances in Lhasa River Basin, China [J]. China Environmental Science, 2018,38(11):4298-4306.

[23] 萬 瑋,肖鵬峰,馮學智,等.衛(wèi)星遙感監(jiān)測近30年來青藏高原湖泊變化 [J]. 科學通報, 2014,59(8):701-714.

Wan W, Xiao P F, Feng X Z, et al. Monitoring lake changes of Qinghai-Tibetan Plateau over the past 30years using satellite remote sensing data [J]. Chin. Sci. Bull., 2014,59(8):701-714.

[24] 劉金波,孔維棟,王君波,等.納木錯湖水體固碳微生物數(shù)量、群落結構及其驅動因子 [J]. 生態(tài)學報, 2019,39(8):2772-2783.

Liu J B, Kong W D, Wang J B, et al. Abundance, community structure, and the driving factors of Carbon fixing microorganisms in the Nam Co Lake [J]. Acta Ecologica Sinica, 2019,39(8):2772-2783.

[25] 杜 娟,文莉娟,蘇東生.青藏高原不同深度湖泊無冰期湖氣溫差及湖表輻射與能量平衡特征模擬分析 [J]. 高原氣象, 2020,39(6): 1181-1194.

Du J, Wen L J, Su D S. Analysis of simulated temperature difference between lake surface and air and energy balance of three alpine lakes with different depths on the Qinghai-Xizang Plateau during the ice-free period [J]. Plateau Meteorology, 2020,39(6):1181-1194.

[26] 陳 飛,蔡強國,孫莉英.青藏高原納木錯流域冰雪融水徑流量估算 [J]. 中國水土保持科學, 2016,14(2):127-136.

Chen F, Cai G Q, Sun L Y. Estimation of meltwater runoff from glaciers and snow cover in Nam Co basin, Tibetan Plateau [J]. Science of Soil and Water Conservation, 2016,14(2):127-136.

[27] 王永勝,孫繼彬,王 彥,等.西藏納木錯西岸班戈縣新吉鄉(xiāng)早白堊世的石珊瑚 [J]. 古生物學報, 2020,59(4):452-466.

Wang Y S, Sun J B, Wang Y, et al. Early Cretaceous scleractinian corals from Xenkyer, Baingoin, Tibet [J]. Acta Palaeontologica Sinica, 2020,59(4):452-466.

[28] 劉曉波,康世昌,劉勇勤,等.青藏高原納木錯湖細菌群落特征及其與高山湖泊的對比 [J]. 冰川凍土, 2008,30(6):1041-1047.

Liu X B, Kang S C, Liu Y Q, et al. Microbial community structures in the Nam Co Lake, Tibetan Plateau, and comparison with other alpine lakes [J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2008,30(6):1041- 1047.

[29] 陸美美,周石硚,何 霞.青藏高原湖泊蒸發(fā)估算方法的比較研究——以納木錯為例 [J]. 冰川凍土, 2017,39(2):281-291.

Lu M M, Zhou S Q, He X. A comparison of the ormulas for estimation of the lake evaporation on the Tibetan Plateau: Taking Lake Nam Co as an example [J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2017, 39(2):281-291.

[30] 黃 磊,王君波,朱立平,等.納木錯水溫變化及熱力學分層特征初步研究 [J]. 湖泊科學, 2015,27(4):711-718.

Huang L, Wang J B, Zhu L P, et al. Water temperature and characteristics of thermal stratification in Nam Co, Tibet [J]. Journal of Lake Sciences, 2015,27(4):711-718.

[31] 王君波,朱立平,Gerhard Daut,等.西藏納木錯水深分布及現(xiàn)代湖沼學特征初步分析 [J]. 湖泊科學, 2009,21(1):128-134.

Wang J P, Zhu L P, Daut G, et al. Bathymetric survey and modern limnological parameters of Nam Co, central Tibet [J]. Journal of Lake Sciences, 2009,21(1):128-134.

[32] 嚴亞萍,李治瀅,董明華,等.云南陽宗海酵母菌種群結構及產胞外酶測試 [J]. 微生物學報, 2013,53(11):1205-1212.

Yan Y P, Li Z Y, Dong M H, et al. Yeasts from Yangzonghai Lake in Yunnan (China): Diversity and extracellular enzymes [J]. Acta Microbiologica Sinica, 2013,53(11):1205-1212.

[33] 孫立夫,張艷華,裴克全.一種高效提取真菌總DNA的方法 [J]. 菌物學報, 2009,28(2):299-302.

Sun L F, Zhang Y H, Pei K Q. A rapid extraction of genomic DNA from fungi [J]. Mycosystema, 2009,28(2):299-302.

[34] White T J, Bruns T D, Lee S B, et al. Amplification and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics//PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications [M]. San Diego: Academic Press, 1990:315-322.

[35] Kurtzman C P, Robnett C J. Identification and phylogeny of ascomycetous yeasts from analysis of nuclear large subunit(26S) ribosomal DNA partial sequences [J]. Antonie Van Leeuwenhoek, 1998,73(4):331-371.

[36] 羅正明,劉晉仙,暴家兵,等.五臺山亞高山土壤真菌海拔分布格局與構建機制 [J]. 生態(tài)學報, 2020,40(19):7009-7017.

Luo Z M, Liu J X, Bao J B, et al. Elevational distribution patterns and assembly mechanisms of soil fungal community in Mount Wutai, Shanxi, China [J]. Acta Ecologica Sinica, 2020,40(19):7009-7017.

[37] 白 梅,侯強川,孫志宏,等.健康蒙古族人腸道中乳酸菌和雙歧桿菌多樣性 [J]. 微生物學通報, 2019,46(10):2697-2709.

Bai M, Hou Q C, Sun Z H, et al. Diversity of lactic acid bacteria and Bifidobacterium in the intestine of healthy Mongolians [J]. Microbiology China, 2019,46(10):2697-2709.

[38] 郝 兆,王艷紅,鄭艷艷,等.羊卓雍措水體可培養(yǎng)酵母菌多樣性及其與理化因子相關性 [J]. 微生物學報, 2021,61(5):1269-1286.

Hao Z, Wang Y H, Zheng Y Y, et al. Analysis on culturable yeast diversity and its relationship with environmental factors in Yamzhog Yumco Lake [J]. Acta Microbiologica Sinica, 2021,61(5):1269-1286.

[39] 李治瀅,樊竹青,董明華,等.云南星云湖酵母菌多樣性及產類胡蘿卜素的評價 [J]. 微生物學通報, 2019,46(6):1309-1319.

Li Z Y, Fan Z Q, Dong M H, et al. Diversity and evaluation of carotenoids-producing of yeasts isolated from Xingyun Lake [J]. Microbiology China, 2019,46(6):1309-1319.

[40] 方德新,吉芳英,許曉毅,等.高原高寒污水處理系統(tǒng)的微生物群落特征 [J]. 中國環(huán)境科學, 2020,40(3):1081-1088.

Fang D X, Ji F Y, Xu X Y, et al. Microbial community characteristics of wastewater treatment systems in high-altitude and cold regions [J]. China Environmental Science, 2020,40(3):1081-1088.

[41] 張瑞蕊,薛 梅,李寧寧,等.天山一號冰川表面冰塵和底部沉積層中可培養(yǎng)酵母菌系統(tǒng)發(fā)育類群的分布及生態(tài)生理特征 [J]. 微生物學報, 2019,59(2):334-348.

Zhang R R, Xue M, Li N N, et al. Phylogeny and diversity of culturable yeasts in supraglacial cryoconite and subglacial sediments of the Glacier No.1in Tianshan Mountains [J]. Acta Microbiologica Sinica, 2019,59(2):334-348.

[42] Virginia D G, Polona Z, Silvia B, et al. Cryptococcus species (Tremellales) from glacial biomes in the southern (Patagonia) and northern (Svalbard) hemispheres [J]. FEMS Microbiology Ecology, 2012,(2):523-539.

[43] Bia?kowska A M, Szulczewska K M, Krysiak J, et al. Genetic and biochemical characterization of yeasts isolated from Antarctic soil samples [J]. Polar Biology, 2017,40(9):1787-1803.

[44] Sannino C, Tasselli G, Filippucci S, et al. Yeasts in nonpolar cold habitats [M]. Berlin: Springer, 2017.

[45] de García V, Brizzio S, Libkind D, et al. Biodiversity of cold-adapted yeasts from glacial meltwater rivers in Patagonia, Argentina [J]. FEMS Microbiol Ecol, 2007,59(2):331-341.

[46] Brand?o L R, Libkind D, Vaz A B, et al. Yeasts from an oligotrophic lake in Patagonia (Argentina): diversity, distribution and synthesis of photoprotective compounds and extracellular enzymes [J]. FEMS Microbiol Ecol, 2011,76(1):1-13.

[47] 游慶龍,康世昌,李潮流,等.青藏高原納木錯氣象要素變化特征 [J]. 氣象, 2007,33(3):54-60.

Yong Q L, Kang S C, Li C L, et al. Variation features of meteorological elements at Namco station, Tibetan Plateau [J]. Meteorological Monthly, 2007,33(3):54-60.

[48] 王建輝,游慶國,申 渝,等.短程反硝化-厭氧氨氧化耦合脫氮工藝影響因素與調控研究進展 [J]. 環(huán)境化學, 2021,40(4):1216-1231.

Wang J H, You Q G, Shen Y, et al. Research advances on influence factors and regulation of Partial denitrification and Anammox coupling denitrification process [J]. Environmental Chemistry, 2021,40(4): 1216-1231.

[49] 楊文煥,杜 璇,姚 植,等.基于VAR模型的烏梁素海富營養(yǎng)化影響因子評價 [J]. 環(huán)境科學與技術, 2021,44(2):25-32.

Yang W H, Du X, Yao Z, et al. Evaluation of the Influencing Factors of Wuliangsuhai Eutrophication Based on VAR Model [J]. Environmental Science & Technology, 2021,44(2):25-32.

[50] 孫萬儒.酵母菌 [J]. 生物學通報, 2007,42(11):5-10.

Sun W R. Yeast [J]. Bulletin of Biology, 2007,42(11):5-10.

[51] Connell J H, Slatyer R O. Mechanisms of succession in natural communities and their role in community stability and organization [J]. American Naturalist, 1977,111(982):1119-1144.

Analysis on yeast diversity and the influencing factors during summertime in Nam Co Lake.

WANG Yan-hong, HAO Zhao, GUO Xiao-fang*, De-ji**

(School of Science, Tibet University, Lhasa 850000, China)., 2021,41(11)：5361～5371

Yeasts were isolated by membrane filtration flat culture from Nam Co Lake. Identifications of the yeasts were based on sequence analysis of the ITS region, combined with traditional classification method. Moreover, bioinformatical and statistical methods were used to determine the correlationships between diversity of culturable yeast and environmental factors. The result showed that a total of 1067 yeast isolates were identified, belonging to 27 genera and 45 species, and including two previously undescribed taxa. Among them,andwere the dominated species. Furthermore, NMDS analysis showed that the β diversity of the culturable yeast communities in different sites of Nam Co Lake was significantly different. Statistical analysis indicated that the richness of culturable yeast were negatively correlated to lake pH, electric conductivity (EC), and total dissolved salt (TDS). Meanwhile, the richness was positively correlated to total nitrogen (TN) and ammonia nitrogen (NH3-N). Additionally, the number of yeast species, Shannon-Wiener index, and Simpson index were negatively correlated to total phosphorus (TP). Interestingly, pH played a crucial role in the formation of yest community structures in Nam Co Lake. As a whole, the yeast community in Nam Co Lake showed high species richness, and the community structures differed in different sites, influenced by a variety of environmental factors.

plateau lake；Nam Co Lake；yeast；diversity；environmental factors

X172

A

1000-6923(2021)11-5361-11

王艷紅(1994-),女,河南鄭州人,西藏大學碩士研究生,主要從事微生物生態(tài)學研究.

2021-04-02

國家自然科學基金資助項目(31960024);2019年中央支持地方高校改革發(fā)展基金(藏財預指[2019]01號)

*責任作者, 教授, gxf005@Hotmail.com;**高級實驗師, dg971103@163.com