عنوان پایان‌نامه
مطالعه تنوع زیستی و توانایی اکسایش گوگرد عنصری در ریزجانداران بومی شیمیولیتوتروف
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7001;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76084;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7001;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76084
- تاریخ دفاع
- ۲۹ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- مهدی صادقی پورمروی
- استاد راهنما
- حسینعلی علیخانی, احمدعلی پوربابائی
- چکیده
- این پژوهش، با هدف مطالعه تنوع زیستی جوامع بومی ریزجانداران شیمیولیتوتروف اکسیدکننده گوگرد و توانایی اکسایش گوگرد عنصری در خاک¬های زراعی و معدن منطقه سرچشمه کرمان، بر اساس آنالیز 16S rRNAو با استفاده از روش مولکولی وابسته به کشت و مستقل از کشت انجام گردید. در روش وابسته به کشت، بعد از جداسازی و خالص¬¬سازی باکتری¬ها در محیط کشت انتخابی9k، توان اکسایش گوگرد در آنها ارزیابی شد. در روش مستقل از کشت، مطالعه تنوع زیستی،با استفاده از روش الکتروفورز با ژل گرادیان دناتوره¬کننده (DGGE) انجام شد. نتایج نشان داد باکتری¬های اکسیدکننده گوگرد در محیط اسیدی معدن )56/4 (pH شامل جنس-های Acidithiocacillus وSulfobacillus از نوع میانه¬دوست و در محیط قلیایی زراعی )89/7 (pH شامل جنس¬هایThiobacillus و Starkeya از نوع میانه¬دوست بود. بررسی شاخص¬های تنوع زیستی نشان داد با حرکت از زمین¬های اطراف معدن به سمت اراضی زراعی، شاخص-های تنوع زیستی کاهش پیدا کرد. همچنین این شاخص¬هادر روش مستقل از کشت نیز بزرگ¬تر از روش وابسته به کشت بودند که نشان¬دهنده تنوع زیستی بیشتر در خاک معدن نسبت به خاک زراعی بود. بررسی تنوع تاکسونومیک نشان داد، باکتری¬های اکسیدکننده گوگرد، در نمونه معدن در2 شاخه، 2 رده، 2 راسته،2 خانواده، 2 جنس و 5 گونه مستقر شدند،در حالی که در خاک زراعی در 1 شاخه، 2رده، 2راسته و 2 خانواده و 2 جنس و 4 گونه طبقه¬بندی شدندکه نشان¬دهنده تنوع تاکسونومیک بیشتر باکتری¬های اکسید کننده گوگرد در نمونه معدن نسبت به خاک زراعی بود. بررسی تبارزایی نشان داد باکتری¬های اکسیدکننده گوگرد در خاک زراعی و معدن در گروه¬های تک¬تبار جداگانه¬ای قرار داشتند، به طوری که در خاک زراعی، در دو گروه Alpha و Beta proteobacteria، ولی در نمونه معدن، در دو گروه Gamma proteobacteria و Firmicutes قرار داشتند. ارزیابی توان اکسایش گوگرد نشان داد، بیشترین و کمترین توان اکسایش گوگرد در نمونه معدن به ترتیب مربوط به Acidithiobacillus ferridurans 184 و Sulfobacillus acidophilus 155 و در خاک زراعی، به ترتیب مربوط به Starkeya novella 103 و Thiobacillus thiophilus 158 بود. همچنین مقایسه روش وابسته به کشت و مستقل از کشت نشان داد، باکتری¬های اکسید کننده گوگرد شناسایی شده در روش مستقل از کشت شامل Acidithiobacillus sp. بود ولی در روش وابسته به کشت علاوه بر Acidithiobacillus sp. شامل Thiobacillus sp.، Starkeya sp. و Sulfobacillus sp. نیز بود. بدین ترتیب برای مطالعات تنوع زیستی بایستی از تلفیق این دو روش استفاده گردد، تا سویه¬های باکتریایی که در روش مستقل از کشت بدلیل فراوانی کم، قابل شناسایی نیستند، بوسیله غنی¬سازی در محیط کشت انتخابی در روش وابسته به کشت، قابل شناسایی شوند. بر اساس نتایج بدست آمده از این پژوهش، تنوع زیستی باکتری¬های اکسیدکننده گوگرد در نمونه اطراف معدن، بیشتر از خاک اراضی زراعی بود. با توجه به شناسایی سویه-هایی از باکتری¬های شیمیولیتوتروف اکسیدکننده گوگرد بومی در خاک¬های مطالعه شده، می¬توان به مدیریت صحیح کاربرد این باکتری¬ها با توجه به شرایط فیزیولوژیک آنها اقدام کرد و آنها را برای اهداف مختلف از قبیل اصلاح کیفیت خاک-های زراعی از طریق افزودن باکتری به خاک و تعدیل pHخاک، استفاده کرد.
- Abstract
- This study was performed with the aim of study the biodiversity of native sulfur oxidizing chemolithotroph prokaryotic communities in agricultural soil and virgin mine soil in the Sarcheshmeh region, Kerman, Iran, based on 16S rRNA analysis and using Cultivation-Molecular Microbiology Techniques (CMMT) and Cultivation-Independent Molecular Microbiology Techniques (CIMMT). In CMMT method, after isolating and purifying the SOB in the selected media, sulfur oxidation ability was evaluated and CIMMT method was performed using Denaturing Gradient Gel Electrophoresis technique. So, sulfur oxidizing bacteria (SOB) species were included the genus Acidithiobacillus sp. and Sulfobacillus sp. as mesophilic in the acidic mine environment (pH 4.56) , and Thiobacillus sp. and Starkeya sp. as mesophilic in neutral to alkaline agricultural environment (pH 7.89). A survey of biodiversity indices showed that biodiversity indices (except dominance index) decreased as we got farther from the mine to the agriculture environment. In CIMMT also, biodiversity indices were higher than CMMT which accordingly represents that biodiversity in mineral soil was higher than agricultural soil. Taxonomic diversity analysis showed that SOB were present in two phyla, two classes, two orders, 2 families, 2 genera and 5 species in the mine, while on the other hand they were classified in one phylum, two classes, two orders and 2 families and 2 genera and 4 species in agricultural soil, which consequently reflects that the SOB taxonomical diversity was more in mine soil than agricultural soil. The phylogenetic study showed that the SOB were in two distinct monophyletic groups in agricultural and mine soil, meaning they were in Alpha and Beta proteobacteria group in the agricultural soil but in Gamma proteobacteria and Firmicutes group in mine soil. The assessment of sulfur oxidation ability showed that the highest and lowest sulfur oxidation abilities belonged to Acidithiobacillus ferridurans 184 and Sulfobacillus acidophilus 155 in mine soil,and to Starkeya novella 103 and Thiobacillus thiophilus 158 in agricultural soil, respectively.Also a comparison drawn between culture-dependent and independent approaches revealed that in CIMMT, the identified SOB included Acidithiobacillus sp., where in CMMT, in addition to Acidithiobacillus sp., it also involved Thiobacillus sp., Starkeya sp. and Sulfobacillus sp.. Therefore, both approaches should be applied for the studies of biodiversity, so that the bacterial species which are not identifiable in the culture- independent approach due to low frequency, become identifiable by enrichment in selective media in culture-dependent approach. Therefore, based on these study results, it was concluded that biodiversity of SOB in mine soil was more than agricultural soil and that agricultural operations has led to the reduction of biodiversity in the researched soil. Considering the identification of varieties of native SOB chemolithotroph strains in Iran, we can proceed with a better management of these bacteria according to their physiological conditions, and make use of them for different purposes such as amending the quality of agricultural soils through adding bacteria to the soil or adjusting the soil acidity.
