北極地區(qū)表層海水中石油烴降解微生物及其降解基因多樣性的研究.pdf

1、隨著全球氣候變暖加速北極海冰的融化,人們在北極地區(qū)的科考、航運和石油勘探開采活動日趨頻繁,從而導致石油烴逐漸成為北極環(huán)境污染的重要因素之一。但是,由于北極地區(qū)獨特的環(huán)境及氣候特征,北極地區(qū)海洋生態(tài)系統(tǒng)對石油烴污染的自我凈化能力相比于其它大洋而言更為脆弱。因此,了解北極地區(qū)海洋中石油烴降解菌的多樣性及其降解特性,對北極地區(qū)石油烴污染的治理具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。
　　 本文以中國第四次北極科學考察期間在白令海及北冰洋獲取的1

2、5個表層海水樣品(從北緯52°到88.5°)為實驗材料,以混合碳源[原油:柴油=1:1(v/v),內(nèi)含萘、菲、芘三種PAHs,它們在培養(yǎng)基中的終濃度分別為200 mg/L、100 mg/L和50 mg/L]為碳源,采用4℃低溫富集(4℃和15℃條件下,M2培養(yǎng)基平板分離)和25℃常溫富集(25℃條件下,M2培養(yǎng)基平板和BH石油熏蒸平板)的方法研究了這15個樣品中可培養(yǎng)石油烴降解菌的結(jié)構(gòu)組成。最終經(jīng)富集培養(yǎng)和單菌分離鑒定,共獲得219株可

3、培養(yǎng)單菌,結(jié)果描述如下:4℃富集菌群在4℃條件下分離的單菌,均屬于γ變形菌門的Pseudoalteromonas,Marinomonas,Cobetia和Shewanella屬,其中Pseudoalteromonas為優(yōu)勢菌屬,該屬菌株占4℃可培養(yǎng)菌株總數(shù)的86％。4℃富集菌群在15℃條件下分離的單菌,歸屬于γ和α變形菌門9個屬中的15個種,其中γ變形菌門的細菌為優(yōu)勢類群,占總數(shù)的74％,包括Shewanella,Pseudomonas

4、,Marinomonas,Cobetia,Pseudoalteromonas和Glaciecola6個屬;α變形菌門共包含Celeribacter,Rhodobacter和Sulfitobacter3個屬。25℃富集菌群中分離的單菌,分屬于5個門/亞門的25個屬的46個種,種屬多樣性豐富。這5個門/亞門為γ-、α-Proteobacteria,CFB,Firmicutes和Actinobacteria,其中γ和α變形菌門的細菌為優(yōu)勢類群

5、,分別占可培養(yǎng)單菌總數(shù)的67％和19.6％。γ變形菌門中的優(yōu)勢屬是Pseudoalteromonas,占25℃可培養(yǎng)單菌總數(shù)的31％,α變形菌門中的優(yōu)勢屬是Celeribacter和Sulfitobacter,分別占25℃可培養(yǎng)單菌總數(shù)的8％和7％。25℃富集菌群中利用BH石油熏蒸平板分離獲得的單菌,歸屬于5門/亞門的19個屬中的25個種,這5個門/亞門為γ-、α-、β-Proteobacteria、CFB和Actinobaeteria

6、,其中γ和α變形菌門的細菌為優(yōu)勢類群,分別占可培養(yǎng)單菌總數(shù)的54.8％和33.3％。γ變形菌門包含7個屬中的12個種,優(yōu)勢屬為Pseudomonas,α變形菌門包含5個屬中的6個種,優(yōu)勢菌為Celeribacter屬。
　　 獲得單菌純培養(yǎng)后,本文還對單菌進行了碳源降解能力驗證,結(jié)果表明4℃富集菌群中在4℃條件下分離獲得的菌株對混合碳源有較好的降解效果,特別是Pseudoalteromonas屬的菌株,在4℃條件下幾乎全部對混合

7、碳源有較好的降解效果;在15℃條件下分離獲得的單菌整體上而言對混合碳源的降解能力較差,其中具有一定降解能力的菌屬于Rhodobacter,Cobetia和Celeribacter。25℃富集菌群中由M2平板分離,對混合碳源有較好降解效果的菌株主要屬于Pseudoalteromonas,Marinobacter,Pseudomonas,Alcanivorax,Thalassolituus,Acinetobacter,Alteromonas

8、和Dietzia屬;而由BH石油熏蒸平板分離的單菌并未表現(xiàn)出很好的降解能力,甚至有部分菌株對混合碳源無降解能力。隨后,對部分25℃分離培養(yǎng)的單菌進行單碳源降解能力驗證,結(jié)果表明菌株R6-15(Thalassolituus oleivorans)、BN10-2(Marinobacter hydrocarbonoclasticus)和BN10-16(Dirtzia marls)均能降解C10、C16、C24和C32,表現(xiàn)出較廣的碳源降解范圍

9、,Marinobacter屬的菌株對C16都表現(xiàn)出一定的降解能力而Pseudoalteromonas屬對本實驗所用的單一碳源都不具有降解能力。通過簡并引物對混合碳源有較好降解效果的單菌,進行alkB和PAHs降解起始雙加氧酶大亞基基因片段的擴增結(jié)果表明,僅從15株單菌中獲得了15個alkB基因片段,這些菌歸屬于Pseudomonas、Rhodobacter、Marinobacter、Alcanivorax和Thalassolituus屬

10、,從Marinobacter和Pseudomonas屬的4株單菌中獲得了9個PAHs降解起始雙加氧酶大亞基基因片段。雖然Pseudoalteromonas屬的菌株在4℃和25℃可培養(yǎng)單菌中均為優(yōu)勢菌株,并且部分菌株對混合碳源具有很好的降解效果,但是利用現(xiàn)有的兼并引物均未擴增到alkB基因和PAHs降解起始雙加氧酶基因。
　　 總之,本文首次在大地理尺度上(從北緯52°到88.5°)研究了北極地區(qū)表層海水中石油烴降解菌的種群及基因