monitoring biological soil crust succession using molecular analyses

חיזוי מצב הסוקצסיה בקרומי קרקע ביולוגים על ידיפיזיולוגיות ובשילוב עם שיטות-ביו, מדידות פיזיקליותאנליזות שלו (DGGE 16S rRNA) מולקולריות

)PLFA(חומצות שומן פוספוליפידיות

א -בן אלי ,1 אריק. דוד יוני , 1צעדי רג , 2שר עלי 'נג, 2ינה'צירקין 2ידאת

1 טבע גילת , משאבי מחקר החקלאי , מרכז המחקר מינהל .2 סביבתית והידרולוגיה למיקרוביולוגיה המדבר , המחלקה לחקר בן , המכונים בנגב -אוניברסיטת גוריון .

אקלים שינויישינויי אקלים קשורים לאי יציבות בכמות

ובדפוסים של משקעים הן בזמן והן במרחבוהשפעתם ניכרת בחלקים גדולים של כדור

.הארץ

Image based on data from the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)

שינויי אקלים קשורים לאי יציבות בכמות•ובדפוסים של משקעים הן בזמן והן במרחב

.ומשפיעים על חלקים גדולים של כדור הארץאזורים צחיחים רגישים לשינויי אקלים ומהווים•

מערכת אידאלית ללמידת השפעת שינויי אקלים.על מבנה האוכלוסייה בקרקע

אקלים שינויי

אקלים שינויי

שינויי אקלים קשורים לאי יציבות בכמות•ובדפוסים של משקעים הן בזמן והן במרחב

.ומשפיעים על חלקים גדולים של כדור הארץאזורים צחיחים רגישים לשינויי אקלים ומהווים•

מערכת אידאלית ללמידת השפעת שינויי אקלים.על מבנה האוכלוסייה בקרקע

אוכלוסיות קרקע מיקרוביאליות באזורים•י"צחיחים וצחיחים למחצה מיוצגות בעיקר ע

.קרומי קרקע ביולוגים

קרומי קרקע ביולוגים

חשיבות-קרומי הקרקע הביולוגיים מהווים גורם רב:במערכת האקולוגית

הקרקע פני כמייצבי

קרומי קרקע ביולוגים

רב גורם מהווים הביולוגיים הקרקע במערכת -קרומי חשיבות:האקולוגית

הקרקע פני כמיצבימזון בשרשרות ראשוניים יצרניםופחמן בחנקן הקרקע את מעשירים

נגר /יוצרים מעכביםונביטה /מעודדים בקרקע זרעים עיגון מעכבים

אוכלוסיות של שונים בהרכבים להופיע יכולים :הםקרקע , ציאנובקטריות וטחבים , אצות חזזיות

ולחות הגשמים בכמות מהבדלים מושפעת שלהם הסוקצסיההקרקע

ביולוגי קרקע קרום בהתפתחות שלבים

B. Boeken

Loose soil

10 mm

Silt seal after wetting

Cyanobacteria

Crust with mosses and lichens

1

2

3

4

SEMI-ARID

ARID

HYPER-ARID

BEER

SHEVA

NIZZANA

ANNUAL AVERAGE RAINFALL

STUDY SITES

השערות המחקר

הסוקצסיוני השלב על הגשם וכמות הצחיחות רמת השפעתהאוכלוסייה בהרכב ביטוי לידי תבוא הביולוגי הקרום של

בקרקע . המיקרוביאלית

הסוקצסיה כיוון לחיזוי ככלי לשמש יכולה הצחיחות רמתלשינויי הקשורים עתידים ותרחישים הביולוגי הקרום של

. אקלים

מטרות המחקר

של המיקרוביאלי וההרכב הביומסה לגבי תובנה קבלתהגשם גרדינט לאורך החול בדיונות .הקרומים

המצויות הפוספוליפידיות השומן בחומצות שימוש האםו המקודדים /באורגניזמים הבסיסים רצף בחינת או

אמצעי rRNA S 16-לגן בידינו לשמש יכוליםהביולוגיים הקרקע קרומי של הסוקצסיוני השלב ?להערכת

שיטותהמחקר

הביולוגי הקרום של הסוקצסיה שלבי אחרי :מעקבלחץ הדרוש לשבירת הקרום: שיטות פיזיקליות

.ושיעור חדירות הקרום למים

,תכולת פוליסכרידים: פיזיקליות-שיטות ביו .)b- ו a(חלבון וכלורופיל

המיקרוביאלי וההרכב הביומסה על תובנה לקבלתהקרומים :של

).PLFA(אנליזת חומצות שומן פוספוליפידיות

16S rRNA - DGGE.

שומן חומצות פוספוליפידיות

(PLFA)

מספקת אינפורמציה לגבי PLFAאנליזת כלל האוכלוסייה המיקרוביאלית

:בשלושה תחומיםמתפרק במהירות כאשר PLFA – ביומסה•

בדוגמה PLFA-לכן כלל ה, התא מת.מייצגים את כל התאים החיים

האוכלוסייה • של אצבע –טביעתאורגניזמים מסויימים מייצרים חומצותשומן ספציפיות ולכן מתאפשר כימות

של קבוצות מיקרוביאליותפונקציונאליות כגון מחזרי ברזל

האחוז'. גרם חיובי ושלילי וכו, וגופריתהיחסי של קבוצות אלו מכלל

של' טביעת אצבע'האוכלוסייה יוצר .האוכלוסייה הנדונה

מיקרוביאלית –• חיידקיםפעילות,במיוחד פרוטאובקטריה, מסויימים

מגיבים לעקה סביבתית באמצעות שינויחומצות שומן ספיציפיות בממברנת

שינויים אלו מאפשרים תובנה. התא. לגבי המצב המטבולי של חידקים אלו

פוספוליפידיות שומן המרכיב חומצות הינםמיקרואורגניזמים של בממברנה העיקרי

שומן חומצות אנליזת פוספוליפידיות

DGGEאנליזת DGGE – באוכלוסייה דומיננטים מינים של וזהות פרופיל

משתנים פיזיקלים

משתנים ביופיזיקלים

Fig. 1. Total PLFA-based biomass (nmol g-1 dry weight) for the three sites along the aridity gradient according to the method of Franzmann et al. (1996).

לאורך גראדינט הגשם) nmol PLFA g-1(כללית ביומסה מיקרוביאלית

a a

b

יחסים נבחרים בין קבוצות חומצות שומן/יחס גרם שלילי

גרם חיוביאוכלוסייה/יחס חידקים

כלליתשיעור השוניבאוכלוסייה

Fig. 2. PCA ordination of relative PLFA abundance data (mol%) for the crust samples from the three tested sites. (a) The PCA ordination plot showing average and standard deviation of the coordinates of each point from each of the three sites. (b) The loading plot of individual PLFA species.

של נתוני אחוזי חומצות השומן הפוספוליפידיות בקרומי קרקע משלושת האתרים PCAאורדינצית

16S rRNA Targeted DGGE Fingerprinting of Microbial Communities

SEMI ARIDARIDHYPER ARID

SEMIARID

HYPER ARID

ARID

Dendrogram from multivariate cluster, Ward's cluster analysis of the DGGE banding patterns of the three sites.

Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) banding pattern differences between the three sites.

Closest matches of excised and sequenced 16S rRNA-derived DGGE bands

SEMI ARID

ARID

HYPER ARID

מסקנות