南太平洋環(huán)流區(qū)表層海水微生物群落結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、介于20-45°S的南太平洋環(huán)流區(qū)是世界上最大的大洋環(huán)流區(qū)，其環(huán)流中心與陸地距離最遠(yuǎn)，廣闊的環(huán)流區(qū)遠(yuǎn)離近海的擾動(dòng)，囤積了大量相對(duì)沉寂的海水，而且具有寡營(yíng)養(yǎng)、強(qiáng)紫外線照射等特征，使得南太平洋環(huán)流區(qū)的表層海水成為世界上最干凈的水體，其葉綠素和初級(jí)生產(chǎn)力水平均低于其他洋區(qū)。海洋微生物的群落組成是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在海洋生物地球化學(xué)循環(huán)中起到重要作用。在南太平洋環(huán)流區(qū)表層海水這一世界上最干凈水體的特殊海洋生態(tài)環(huán)境中，會(huì)形成特殊的海洋微

2、生物群落結(jié)構(gòu)。本論文旨在通過(guò)對(duì)南太平洋環(huán)流區(qū)表層海水海洋微生物群落組成以及可培養(yǎng)細(xì)菌多樣性的研究，首次揭示環(huán)流表層海水微生物的多樣性和群落組成，對(duì)于進(jìn)一步了解南太平洋表層海水的微食物環(huán)的形成，乃至填補(bǔ)全球海洋表層海水生態(tài)系統(tǒng)的空缺有非常重大的意義。
　　 表層海水樣品來(lái)自2010年10月9日至12月13日美國(guó)的大洋鉆探船“喬迪斯·決心號(hào)”執(zhí)行的綜合大洋鉆探計(jì)劃329航次(Integrated Ocean DrillingProg

3、ram，IODP)，分別沿南太平洋環(huán)流中心至環(huán)流外緣剖面的四個(gè)站點(diǎn)U1368、U1369、U1370和U1371四個(gè)站點(diǎn)取表層海水(<1m)，原樣過(guò)濾1-2L不等的海水到濾膜上，-80℃凍存。同時(shí)用濃縮海水樣品在2216E和R2A培養(yǎng)基上進(jìn)行涂布，篩選可培養(yǎng)的細(xì)菌。從涂布的2216E平板和R2A平板中分離到255株細(xì)菌并保種，選取74株細(xì)菌進(jìn)行16S rRNA基因序列測(cè)序。
　　 提取四個(gè)站點(diǎn)表層海水總DNA進(jìn)行細(xì)菌和古菌的16

4、S rRNA基因擴(kuò)增，對(duì)構(gòu)建的8個(gè)16S rRNA基因克隆文庫(kù)進(jìn)行多樣性分析，并對(duì)其中1200個(gè)克隆進(jìn)行了16S rRNA基因序列測(cè)序。所得到的南太平洋環(huán)流細(xì)菌克隆共757個(gè)，主要?dú)w為5大類群：變形菌門(Proteobacteria)、藍(lán)細(xì)菌門(Cyanobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、放線菌門(Actinobacteria)和疣微菌門(Verrucomicrobia)。其中變形菌門包括α-，β-，γ-，δ-

5、變形菌綱。變形菌門(Proteobacteria)所占比例最高，四個(gè)站點(diǎn)分別為81.1％(U1368)，69.4％(U1369)，56.1％(U1370)和54.6％(U1371)，且其所占比例從環(huán)流中心向外沿逐漸減小。變形菌門中又以α-變形菌綱占優(yōu)勢(shì)，β-變形菌綱和δ-變形菌綱只在環(huán)流中心被檢測(cè)到。藍(lán)細(xì)菌門(Cyanobacteria)是第二大類群，環(huán)流中心(U136816.1％，U136924.5％)比例小于環(huán)流的外緣(U13703

6、0.1％，U137130.8％)。擬桿菌門(Bacteroidetes)所占比例則是從環(huán)流中心向外緣逐漸增加。南太平洋環(huán)流古菌克隆共得到355個(gè)，幾乎都?xì)w為廣古菌門(Euryarchaeota)的Marine GroupⅡ，只有一個(gè)克隆屬于Marine GroupⅢ。由此可見(jiàn)，南太平洋環(huán)流細(xì)菌多樣性比較低，并且環(huán)流的中心和外緣在細(xì)菌的組成與優(yōu)勢(shì)菌群的種類上區(qū)別較大。
　　 對(duì)四個(gè)站點(diǎn)總環(huán)境DNA進(jìn)行的幾個(gè)主要類群微生物的熒光定量

7、PCR分析顯示，細(xì)菌16S rRNA基因拷貝數(shù)從中心到外緣(U1368-U1371)分別為5.96×105，8.87×105，2.55×106和1.26×106copies ml-1，古菌16S rRNA基因拷貝數(shù)從中心到外沿(U1368-U1371)分別為1.17×106，4.01×106，1.90x107和1.13x107 copiesml-1。其中細(xì)菌主要類群變形菌門(Proteobacteria)、藍(lán)細(xì)菌門(Cyanobacte

8、ria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和厚壁菌門(Firmicutes)只占總細(xì)菌的0.1％-0.5％。泉古菌(Crenarchaeota)的比例不到總古菌的千分之一。這表明南太平洋環(huán)流區(qū)的微生物量非常低，屬于超寡營(yíng)養(yǎng)的生境。
　　 傳統(tǒng)平板培養(yǎng)法得到的74株細(xì)菌主要屬于變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、厚壁菌門(Firmicutes)和放線菌門(Actinobacter