南太平洋环流区表层海水微生物群落结构研究
介于20-45°S的南太平洋环流区是世界上最大的大洋环流区，其环流中心与陆地距离最远，广阔的环流区远离近海的扰动，囤积了大量相对沉寂的海水，而且具有寡营养、强紫外线照射等特征，使得南太平洋环流区的表层海水成为世界上最干净的水体，其叶绿素和初级生产力水平均低于其他洋区。海洋微生物的群落组成是海洋生态系统的重要组成部分，在海洋生物地球化学循环中起到重要作用。在南太平洋环流区表层海水这一世界上最干净水体的特殊海洋生态环境中，会形成特殊的海洋微生物群落结构。本论文旨在通过对南太平洋环流区表层海水海洋微生物群落组成以及可培养细菌多样性的研究，首次揭示环流表层海水微生物的多样性和群落组成，对于进一步了解南太平洋表层海水的微食物环的形成，乃至填补全球海洋表层海水生态系统的空缺有非常重大的意义。
表层海水样品来自2010年10月9日至12月13日美国的大洋钻探船“乔迪斯·决心号”执行的综合大洋钻探计划329航次(Integrated Ocean DrillingProgram，IODP)，分别沿南太平洋环流中心至环流外缘剖面的四个站点U1368、U1369、U1370和U1371四个站点取表层海水(<1m)，原样过滤1-2L不等的海水到滤膜上，-80℃冻存。同时用浓缩海水样品在2216E和R2A培养基上进行涂布，筛选可培养的细菌。从涂布的2216E平板和R2A平板中分离到255株细菌并保种，选取74株细菌进行16S rRNA基因序列测序。
提取四个站点表层海水总DNA进行细菌和古菌的16S rRNA基因扩增，对构建的8个16S rRNA基因克隆文库进行多样性分析，并对其中1200个克隆进行了16S rRNA基因序列测序。所得到的南太平洋环流细菌克隆共757个，主要归为5大类群：变形菌门(Proteobacteria)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia)。其中变形菌门包括α-，β-，γ-，δ-变形菌纲。变形菌门(Proteobacteria)所占比例最高，四个站点分别为81.1％(U1368)，69.4％(U1369)，56.1％(U1370)和54.6％(U1371)，且其所占比例从环流中心向外沿逐渐减小。变形菌门中又以α-变形菌纲占优势，β-变形菌纲和δ-变形菌纲只在环流中心被检测到。蓝细菌门(Cyanobacteria)是第二大类群，环流中心(U136816.1％，U136924.5％)比例小于环流的外缘(U137030.1％，U137130.8％)。拟杆菌门(Bacteroidetes)所占比例则是从环流中心向外缘逐渐增加。南太平洋环流古菌克隆共得到355个，几乎都归为广古菌门(Euryarchaeota)的Marine GroupⅡ，只有一个克隆属于Marine GroupⅢ。由此可见，南太平洋环流细菌多样性比较低，并且环流的中心和外缘在细菌的组成与优势菌群的种类上区别较大。
对四个站点总环境DNA进行的几个主要类群微生物的荧光定量PCR分析显示，细菌16S rRNA基因拷贝数从中心到外缘(U1368-U1371)分别为5.96×105，8.87×105，2.55×106和1.26×106copies ml-1，古菌16S rRNA基因拷贝数从中心到外沿(U1368-U1371)分别为1.17×106，4.01×106，1.90x107和1.13x107 copiesml-1。其中细菌主要类群变形菌门(Proteobacteria)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)只占总细菌的0.1％-0.5％。泉古菌(Crenarchaeota)的比例不到总古菌的千分之一。这表明南太平洋环流区的微生物量非常低，属于超寡营养的生境。
传统平板培养法得到的74株细菌主要属于变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和放线菌门(Actinobacteria)。基于16S rRNA基因序列分析发现，一共有14株细菌(占18.9％)鉴定为潜在的新种，其中有6株与已知细菌的相似度低于94％，为潜在的新属。这表明了南太平洋环流是一个非常特殊并且具有巨大新型生命活力的地区，对这一区域微生物群落的研究将对整个海洋生态系统的分析具有重大的意义。
南太平洋环流;表层海水;微生物;群落结构
中国海洋大学
硕士
微生物学
张晓华
2012
中文
Q938.8
73
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）