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应用高通量测序技术研究新疆产区葡萄果实、叶片及果园土壤微生物多样性

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-06-11
核心提示:葡萄酒的风格不仅取决于酿酒葡萄品种、酿造工艺,而且与发酵过程中微生物的代谢息息相关。酿酒葡萄在生长过程中,受葡萄园土壤类型、地理地形、光照、降水量、昼夜温差等自然因素的影响,附着在葡萄原料表皮中的微生物种类存在显着差异。
   葡萄酒的风格不仅取决于酿酒葡萄品种、酿造工艺,而且与发酵过程中微生物的代谢息息相关。酿酒葡萄在生长过程中,受葡萄园土壤类型、地理地形、光照、降水量、昼夜温差等自然因素的影响,附着在葡萄原料表皮中的微生物种类存在显着差异。我国葡萄栽培区域广阔,葡萄适栽区的生态地理条件复杂多样,势必蕴藏着丰富的酿酒微生物菌资源。但遗憾的是除酿酒葡萄自然发酵液中酵母多样性的分析引起研究人员的极大关注外,对于葡萄表面微生物资源和葡萄园中微生物的生态研究一直未得到应有的重视,其多样性研究在我国尚属空白。
 
  来自新疆农业大学食品科学与药学学院的魏玉洁、邹弯和马文瑞等人利用高通量测序技术分析新疆产区3 个不同地区葡萄园中酿酒葡萄、土壤以及葡萄叶片中微生物的组成,揭示同种生态系统中地生微生物群落和附生微生物群落之间、不同生态系统微生物群落之间的生态联系及交互作用,为新疆产区酿酒微生物资源库的建设以及优良微生物的筛选提供基础。
 
  1.实验样品中微生物群落多样性结果
 
  从不同的葡萄园来看,B地区检测出的真菌数量最多,其次为C 地区、A地区;从样品种类来看,土壤所检测出的真菌数量是最高的,其次是葡萄叶片,最后是葡萄表面。表3显示了样品的细菌群落构成及大小,从不同的葡萄园来看,A地区检测出的细菌数量最多,其次为B地区、C 地区;从样品种类来看,同真菌检测结果相同,土壤所检测出的细菌数量是最高的,其次是葡萄叶片,最后是葡萄表面。
 
  2.微生物丰度分析
 
  Erysiphe在A、C地区土壤中含量很低甚至未检出,Sordaria和Tetracladium在A地区葡萄叶片中含量很低甚至未检出,Tetracladium在A地区葡萄、Geomyces在C地区叶片中含量很低甚至未检出。在土壤样品中Saccharomyces最为丰富,其次是Sordaria、Tetracladium和Geomyces;在葡萄中,Aureobasidium 是最丰富的,其次为Cryptococcus、Aspergil lus和Pleosporales;葡萄叶片中最丰富的也是Aureobasidium, 其次为Sporospora。
 
  在27组样品中,其他未检出菌属所占比例较大,只有Arthrobacter、Sphingomonas、Steroidobacter、Pseudomonas和Acinetobacter5 种细菌菌属存在于所有土壤、叶片和葡萄中,其他菌属尤其是Oenococcus含量很低甚至未检出。土壤中细菌检出量明显大于叶片,葡萄表面所检出的细菌最少。
 
  土壤中丰度最大的菌属为Kaistobacter,其次为Arthrobacter、Skermanella;葡萄和叶片中Pseudomonas 丰度相对较大,其次为Sphingomonas和Adhaeribacter。Flavisolibacter在A地区葡萄中、Adhaeribacter在B地区葡萄中未检出。所有样品中虽然检出有醋酸杆菌,但其含量均很低,没有进入前14 种优势菌属范围。
 
  3.样品中所含OTU数目分析
 
  3 个葡萄园的土壤样品中分别含有真菌种类150、156、126、141、142、137、131、146 个和143 个,其中共有的菌种种类有94 个。葡萄果实样品中分别含有真菌种类91、98、80、118、104、103、97、110 个和106 个,共有的真菌种类有69 个。葡萄叶片样品中分别含有真菌种类79、80、77、99、73、90、87、101 个和89 个,共有的真菌种类58 个。3 个地区葡萄园土壤中所含的相同真菌种类较多,而葡萄叶片中较少。
 
  3 个葡萄园的土壤样品中分别含有细菌种类1 070、1 083、1 087、1 090、1 065、1 077、1 083、1 057 个和1 058个,共有的细菌种类1 009 个;葡萄样品中分别含有的细菌种类51、54、40、68、57、56、59、63 个和56 个,有32 种细菌在所有葡萄样品中均含有;由图4c看出,葡萄叶片中分别含有细菌种类82、126、103、86、84、104、101、83 个和92 个,共有的细菌种类47 个。从细菌OTU数目分析,不同地区土壤中相同微生物比较多,而葡萄叶片和葡萄果实相对较少。
 
  4.不同样品中微生物群落的比较分析
 
  当PC1为63.28%,PC2为20.92%时,从样品种类来看,葡萄叶片和葡萄果实中的真菌群落相似性较高,相比之下,土壤与叶片、葡萄的距离较远,相似性较低。从样品采集地点来看,3 个葡萄园中土壤的相似性较高,B葡萄园中的叶片微生物与A、C地区有清晰的划分,而A、C地区的酿酒葡萄虽然与B地区之间有一定的距离,但差异较小。
 
  在遗传距离为0.05处时,土壤样品与葡萄叶片、酿酒葡萄产生了分支,同时,3 个葡萄园中的土壤也各成一个分支,差异明显。葡萄叶片与葡萄差异较小,B葡萄园的葡萄叶片在0.1遗传距离处与A、C葡萄园产生分支,各葡萄园中的葡萄无明显差异。
 
  当PC1为70.61%,PC2为15.50%时,从样品种类来看,葡萄叶片和葡萄中的真菌群落相似性十分高,相比之下,土壤与叶片、葡萄的距离较远,相似性较低。从样品采集地点来看,3 个葡萄园中土壤的相似性较高,其中A和B葡萄园更为相似,C葡萄园中的微生物与A、B地区存在差异;A、B葡萄园的叶片和葡萄聚集在一起,无明显的差异,而C葡萄园相对于A、B葡萄园来说,有明显的区别,存在差异。
 
  将所有样品的细菌群落进行聚类分析,结果与主成分分析结果基本一致。在遗传距离为0.05处时,所有的土壤样品就与葡萄叶片、葡萄产生了分支,但3 个葡萄园中土壤的划分不是十分清晰,C与A、B葡萄园不在同一条分支上,而A和B葡萄园交互在一起,无明显差异。B、C葡萄园中的叶片和葡萄均各自产生一条分支,有明确的区别,只有A葡萄园中的叶片和葡萄无明显差异。
 
  结 论
 
  结果表明从27 个样品中共得到1043102 个高质量真菌序列代表,包括5 个菌门、237 个真菌菌属;共得到2422188 个高质量细菌序列代表,包括8 个菌门、314 个细菌菌属。无论是真菌还是细菌,土壤中微生物种类最为复杂、数量最多,其次是葡萄叶片和酿酒葡萄。土壤中真菌以Saccharomyces、Sordaria、Tetracladium和Geomyces为主,细菌以Arthrobacter、Kaistobacter和Skermanella为主;酿酒葡萄和葡萄叶片中真菌以Aureobasidium、Cryptococcus、Aspergillus和Sporospora为主,细菌以Pseudomonas、Sphingomonas和Adhaeribacter为主。葡萄园地理位置不同,微生物的多样性也存在差异。酿酒葡萄园复杂的微生物区系研究,对进一步开发产区特色微生物的筛选和利用提供了理论支持。
 
 
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