月亮湾红树林土壤嗜盐和耐盐细菌系统发育多样性及产胞外酶特征

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本研究从海南省文昌市月亮湾红树林(19.40.39.49 N~19.40.47.33 N,111.00.30.14 E~111.00.36.49 E)采集土壤样品,配制一系列高盐培养基,采用传统的平板涂布法进行嗜盐和耐盐细菌(含放线菌)纯培养分离,然后采用16S r RNA基因序列分析法进行系统发育分析,分析其生物多样性,并采用水解法进行胞外酶学特征进行观察,以了解其生理类型多样性,并采用多相分类方法(polyphasic taxonomic approach)对部分代表潜在新分类单元(物种)进行分类学研究。从而较系统地了解文昌市月亮湾红树林土壤中嗜盐和耐盐细菌的生物多样性和酶学特征,并确定部分菌株的分类学地位,为文昌市月亮湾红树林嗜盐和耐盐菌的进一步研究和开发提供实验依据和理论指导。本研究共采用4种分离基础培养基(JMC611,MA,MH和NA),制成分别含15%和20%(w/v)Na Cl的系列高盐平板,分离纯化样品中的嗜盐和耐盐菌,共分离到了399株嗜盐和耐盐菌。在耐盐实验结果和表型特征观察基础上,去除部分冗余菌株,选择217株代表性菌株用于进一步研究。耐盐实验结果表明,这217株菌株中最高能耐受30%、25%、20%和15%Na Cl的分别有70株(32.3%)、125株(57.6%)、16株(7.4%)和6株(2.8%)。大多数为嗜盐菌(211株,97.2%),6株(JSM 1782015,JSM 1782048,JSM 1782057,JSM 1782114,JSM 1782358,JSM 1782361)为耐盐菌。根据基于16S r RNA基因序列分析法进行的系统发育多样性分析结果表明,这217株代表性菌株可以归为39个物种,分属于变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)的6个科(Alteromonadaceae,Bacillaceae,Halomonadaceae,Micrococcaceae,Nocardiopsaceae,Staphylococcaceae)的16个属(Allobacillus,Bacillus,Citricoccus,Gracilibacillus,Halobacillus,Halomonas,Marinococcus,Marinobacter,Nocardiopsis,Oceanobacillus,Pontibacillus,Salinicola,Staphylococcus,Thalassobacillus,Virgibacillus,Zhihengliuella)。绝大多数菌株(198株,91.2%)属于厚壁菌门,其中绝大多数菌株(196株,90.3%)属于芽孢杆菌科(Bacillaceae),优势属为喜盐芽孢杆菌属(Halobacillus;104株,47.9%)。有16株属于变形菌门(Proteobacteria)的2科(Alteromonadaceae,Halomonadaceae)3属(Marinobacter,Halomonas,Salinicola)。另外3株属于放线菌门(Actinobacteria)的2个科(Micrococcaceae,Nocardiopsaceae)3个属(Citricoccus,Zhihengliuella,Nocardiopsis)。在这217个菌株中,有7株(JSM 1782048,JSM1782050,JSM 1782141,JSM 1782161,JSM 1782259,JSM 1782309,JSM1782372)可能分别代表了7个属的7个潜在新种。胞外水解酶实验结果表明,受试验的217个菌株中,至少产生一种酶的菌株共173株(79.7%),能产1、2和3种胞外酶的菌株依次为62(28.6%)、52(24.0%)和59株(27.2%)。其中明胶水解酶阳性133株(61.3%),酯酶(吐温水解)阳性131株(60.4%),淀粉酶阳性79株(36.4%)。有6株菌产淀粉酶活性较强(JSM1782036,JSM 1782161,JSM 1782248,JSM 1782293,JSM 1782296,JSM1782399),JSM 1782036属于纤细芽胞杆菌属(Gracilibacillus),JSM 1782161属于海杆菌属(Marinobacter),JSM 1782248和JSM 1782399属于喜盐芽孢杆菌属(Halobacillus),JSM 1782293和JSM 1782296属于海芽胞杆菌属(Pontibacillus)。有9株菌产明胶酶活性较强(JSM 1782040,JSM 1782041,JSM1782225,JSM 1782231,JSM 1782239,JSM 1782265,JSM 1782270,JSM1782277,JSM 1782321),都属于厚壁菌门芽孢杆菌科,菌株JSM 1782277属于海芽胞杆菌属(Pontibacillus),其他8株菌都属于喜盐芽孢杆菌属(Halobacillus)。有10株菌产酯酶活性较强(JSM 1782009,JSM 1782066,JSM 1782091,JSM1782109,JSM 1782120,JSM 1782121,JSM 1782145,JSM 1782152,JSM1782172,JSM 1782338),其中9株属于厚壁菌门芽孢杆菌科的两个属(Halobacillus,Oceanobacillus),JSM 1782152属于大洋芽胞杆菌属(Oceanobacillus),其余的均属于喜盐芽孢杆菌属(Halobacillus),JSM 1782009属于拟诺卡氏菌属(Nocardiopsis)。这些结果表明,分离自文昌市月亮湾红树林土壤的嗜盐和耐盐菌中存在较高比例的产胞外酶活性菌株,且优势类群为厚壁菌门(Firmicutes)芽孢杆菌科(Bacillaceae)。运用多相分类法对代表潜在新类群的菌株JSM 1782161进行了系统分类研究,结果表明,菌株JSM 1782161为专性好氧、运动、轻度嗜盐的革兰氏阴性海洋杆菌,生长在15-40°C(最适30-35°C)、p H 5.5-10.5(最适p H 7.5-8)和1-20%(w/v)Na Cl(最适4-8%)。菌株JSM 1782161基因组DNA的G+C含量为61.8 mol%。JSM 1782161的主要呼吸醌为泛醌Q-9,主要极性脂为磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine)、磷脂酰甘油(phosphatidylglycerol)和二磷脂酰甘油(diphosphatidylglycerol)。菌株JSM 1782161的主要脂肪酸(>10%of the total)为C16:0、C16:1ω9c、C18:1ω7c和summed feature 3(C16:1ω7c and/or iso-C15:0 2-OH)(26.8%);16S r RNA基因序列分析结果表明,JSM 1782161属于海杆菌属(Marinobacter),与该属的M.nanhaiticus D15-8WT(96.72%16S r RNA gene sequence similarity)系统发育关系最为密切,他们在系统进化树上聚在一起,但菌株JSM 1782161形成了独立亚分支(自展值为83%)。综合表性特征、化学分类特征和系统发育分析结果,我们认为JSM 1782161代表海杆菌属的新种。根据该菌株分离自红树林土壤,建议命名为红树林海杆菌(Marinobacter mangrovi),其典型菌株为JSM 1782161T(=CGMCC 1.13826T=KCTC 62890T)。综合上述研究结果表明,月亮湾红树林土壤中的嗜盐菌和耐盐细菌的物种多样性和类群多样性较丰富,有较高比例的产胞外酶(淀粉酶、明胶酶和酯酶)活性菌株,且存在一批新类群(物种),是一类重要的微生物资源。
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