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南极阿德雷岛阶地微生物从海洋转向陆地定殖过程中的演替和演化研究

批准号:
42076230
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
彭方
依托单位:
学科分类:
极地科学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
彭方

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
从海洋到陆地的过渡是微生物演化历程中最根本的转变之一。但是在陆地定殖进程中微生物群落的演替和微生物个体的演化过程尚不清楚,而探索其中的规律和机制对于南极抬升海岸生态系统的保护具有重要意义。.我们之前的研究发现了一个研究微生物海陆演替的理想场所-南极阿德雷岛的全新世抬升海岸阶地,本项目拟通过运用Hi-C 宏基因组测序和微流控分离培养等新技术对该阶地各层微生物群落的结构和功能、单个微生物的基因组和功能、微生物间信息和遗传物质的传递进行比较研究,推测微生物演替的过程和演化的机制。接合环境信息,进行微生物与土壤、岩石、植被的相关性分析,建立生态演替模型,探索随着由海洋转向陆地定殖过程中生态系统网络的驱动因子、关键菌种、关键功能、发生演替演化的必然性和偶然性的平衡以及可能的扰动因素。从而为预测南极抬升海岸生态系统对环境改变的响应和影响,以及获得具有应用价值和可用于演化研究的基因及微生物资源奠定基础。
英文摘要
Marine-to-terrestrial transition represents one of the most fundamental shifts in microbial life. However, the succession of microbial communities and the evolution of microbial individuals during terrestrial colonization are unclear. Exploring the process and mechanisms therein is of great significance for the protection of the Antarctic uplift coastal ecosystem. Our previous research found an ideal place to study microbial community succession of marine to terrestrial colonization -the staircase of Holocene uplift coast in Antarctic Ardley Island. This project intends to compare the structure and function of microbial communities, the microbial genome and function, the transfer of information and genetic material in the Ardley staircase chronosequence by using new technologies such as Hi-C-meta and microfluidic isolation and culture. Inferring the process and mechanism of microbial succession and evolution. It is planned to combine environmental information such as soil and vegetation, analyze the correlation between microorganisms and soil, rocks, and vegetation, establish an ecological succession model, and explore the driving factors, key bacteria and function, the balance between stochastic and deterministic of succession, and possible disturbance factors. This will lay the foundation for predicting the response and impact of Antarctic terrace ecosystems to environmental changes, and obtaining genetic and microbial resources for application and evolutionary research.
该项目对南极菲尔德斯半岛的阿德利岛海岸阶地微生物进行研究,发现原核微生物群落在6个演替阶段中发生了有序变化。在晚期(最低层)的近海岸土壤中仍然可以发现一些海洋微生物群,而在最高层早期土壤中动物病原菌和耐应激微生物的含量最高。通过PERMANOVA分析发现阶地土壤元素Mg、Si和Na与细菌和古菌群落在各阶层的结构差异有关,而元素Al、Ti、K和Cl与真菌群落结构差异相关。其他环境因素也在微生物群落的演替中发挥着重要作用,细菌群落的演替受pH值和含水量的影响很大;古菌群落受铵盐的影响较大;真菌群落则受到硝酸盐等营养物质的影响。阶地微生物的演替还会受到环境的不稳定,与植物和生态位的关系,以及环境耐受性等复杂综合因素的影响。研究结果表明,芽繁殖和/或具有丝状附属物的细菌在晚期阶层富集,这可能与其对快速变化和贫瘠环境的耐受性有关;Thaumarchaeota古菌的氨氧化能力有可能随演替而下降;真菌与植物的关系在阶层中也具有演替规律。通过宏基因组测序分析,发现离海岸最近的阶层中有显著高于其他阶层的DNRA(异化硝酸盐还原为铵)氮源转化作用,并且通过对南极节杆菌的研究,发现了其利用胞内囊泡积累和转化氮源(DNRA)应对贫瘠环境的生存策略。该研究表明南极阿德雷岛阶地是一个研究微生物从海洋向陆地演替的理想场所,提高了对南极阿德雷岛阶地海洋-陆地过渡对土壤中微生物群落影响的理解。这些发现为未来对海洋-陆地过渡过程中的微生物适应和进化机制进行更深入的研究奠定了基础。另外,还从极地样品中分离鉴定了大量极地微生物,发表并命名了5个细菌新种,一个在南北极都存在的噬菌体新属,构建了可共享的极地微生物资源库和基因数据库,为应用和研究极地微生物奠定了基础。
一株分离自北极的细菌经可见光照射致死的机理
  • 批准号:
    31200038
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    彭方
  • 依托单位:
用纯培养和宏基因组测序相结合的方法对北极MLB冰川前缘微生物群落功能活性的研究
  • 批准号:
    31270538
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    彭方
  • 依托单位:
耐辐射奇球菌机械敏感离子通道MscL电生理特性的研究
  • 批准号:
    31070038
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    33.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    彭方
  • 依托单位:
国内基金
海外基金