深海沉积物微生物多样性及其与环境相互关系的研究
西太平洋暖池区在全球气候变化中起着引擎作用，是地球科学研究的焦点之一。本文首次采用多种分子标志结合的方法，对西太平洋暖池区的微生物群落结构及其与环境的关系进行了调查研究，发现了该区微生物与环境的互动关系，为研究深海生物圈与其它地球圈层的相互作用提供了重要的参考资料。
本文研究的样品，分别于2001年5月到2002年5月期间，经由中国大洋协会深海生物资源开发项目的“DY105-11”、“DY105-13”2个航次，采自于热带太平洋西部(“暖池”区)、中部和东部(多金属结核区)水深1914m至5774m的洋区。对这些样品进行了极端微生物的筛选以及分子生态学调查。
对西太平洋暖池区和东太平洋金属结核区的极端微生物进行了分离纯化，得到49株细菌，并对其生长特性进行了测定。结果表明所分离的菌株多数都是广温性的耐冷菌，还筛选到了一些耐碱菌株，耐酸性的菌株没有筛选到。采用16SrDNA序列测序比较的方法对所分离到的微生物进行了分子分类和初步鉴定，结果表明，西太平洋暖池区可培养细菌多样性比东太平洋结核区高。西太平洋暖池区所分离的菌株中，盐单胞菌属(Halomonas)，嗜冷杆菌属(Psychrobacter)占优势；东太平洋结核区所分离的菌株中，盐单胞菌(Halomonas)和假单胞菌(Pseudomonas)占优势。
在西太平洋暖池区分离到了两株潜在的兼性嗜压细菌WP2和WP3，两株细菌都属于希瓦氏菌属(Shewanella)。用希瓦氏菌属中嗜压细菌特有的压力调节操纵子的特异性引物对两株菌进行了检测，结果表明两株细菌的操纵子与已知的希瓦氏菌属嗜压菌Shewanellabenthica和Shewanellaviolacea的两个压力操纵子的同源性很高，分别是77％-90％和89％-94％，为这两株菌是潜在兼性嗜压菌提供了分子证据。WP2和WP3都含有较高含量的EPA，而且EPA的含量随着温度的降低大幅度升高，都在0℃达到最大量，一般希瓦氏菌属的冷适应嗜压菌都含有比较多的不饱和脂肪酸，为WP2和WP3是潜在兼性嗜压菌提供了又一证据。对WP和WP3做了菌株鉴定，证明两株细菌是属于希瓦氏菌属的新菌种。
采用分子生态学方法，对西太平洋暖池区不同位点沉积物中微生物多样性和分布特点进行了调查。细菌调查结果表明在西太平洋暖池区，γ-紫细菌亚类是优势种类，也有检测到α-，β-，δ-紫细菌。定量分析表明该区的细菌含量在106-7个/克沉积物范围之间，与一般的陆地土壤的细菌含量来说，少了1-2个数量级，而且细菌数量随着沉积物深度的增加有减少的趋势。对该区古菌的调查结果表明该区泉古生菌占有绝对优势，其中除了两个克隆子之外，其它克隆子属于MGI，MGI是在海洋中广泛存在的一个类群，从海水上层水体到海底沉积物都可以检测到它们的存在。从该区分离到的克隆子与来自其他各种海洋环境的克隆子同源性较高，暗示海洋不同区域来源的MGI有共同起源。古菌半定量分析表明，在西太平洋暖池区5个采样位点表层的古菌数量在102-3个/克沉积物范围之间。就wp0位点而言，随着沉积物深度增加，古菌数量为102-105个/克沉积物。
采用与甲烷产生，甲烷氧化，硫酸盐还原相关微生物的特异性引物，对西太平洋暖池区的微生物群落结构与环境的关系进行了研究。用甲基氧化菌特异性的甲醇脱氢酶(MDH)保守基因在该区检测到了甲基氧化菌和Ⅱ型甲烷氧化菌的存在，半定量分析表明该区的甲基氧化菌的含量比作为对照的中太平洋位点MP和东太平洋结核区A站点高出1-2个数量级。用甲烷产生菌的特异性引物没有检测到甲烷产生菌的存在，可能与所采集的样品的深度不够有关系。用甲烷氧化菌选择性引物检测到了一类新型古菌，该类古菌经过系统进化分析和16SrDNA特征性序列分析表明是一类与甲烷产生菌和甲烷氧化古菌比较近的新型古菌，可能在甲烷循环中起着重要作用。半定量分析表明这一类新的古菌在全部古菌中所占的比例很小，只有0.05％-5％。用硫酸盐还原菌选择性引物在西太平洋暖池区检测到了与Desulfuromonas、Desulfacinum、Desulfonauticus和Desulfomonile相关的克隆子，定量分析表明该区的硫酸盐还原菌含量比东太平洋结核区高1个数量级。综合几种特异性引物调查，表明西太平洋暖池区存在着比较完整的甲烷循环、硫循环途径，在开阔海域这种低甲烷含量、低氧含量、高硫酸盐含量、寡营养环境中，其代谢活动强度相对较高。
本文西太平洋暖池区的海洋沉积物中甲烷产生、甲烷氧化和硫酸盐还原过程中微生物的多样性及其在沉积物中的梯度分布，分析了深海微生物在碳、硫循环中的作用。为阐明深海生态系统中碳、硫等元素的生物地球生物化学过程提供了参考。
西太平洋暖池区;海洋环境;微生物多样性;碳循环;硫循环;地球科学;海洋生物
中国海洋大学
博士
海洋生物
徐洵;肖湘
2005
中文
P76;P736.21;P714.5
113
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）