变形菌视紫质携带菌对于海洋酸化的响应研究

摘要

海洋细菌是海洋生态系统中生物量最大的组成部分，它们种类繁多、数量巨大，在全球的物质循环及能量代谢中发挥着举足轻重的作用。变形菌视紫质携带菌(PRCB)是一类具有特殊功能的海洋细菌，它们在利用现成有机物的同时，通过变形菌视紫质(PR)蛋白将H+泵到细胞膜外，由此产生的H+浓度梯度耦合如ATP合成酶等，可实现将光能转化为化学能，进而帮助其度过诸如碳源匮乏、营养物质稀少、无机离子不足，氧气分压降低等不利环境。PR蛋白是PRCB应对复杂多变的自然环境所携带的“工具包”。
　　人类活动造成大气二氧化碳浓度的持续升高，由此带来的一个严重环境问题就是海洋酸化。海洋酸化会引起海水碳酸盐体系发生变化，H+浓度升高。海洋微型生物面对海洋酸化所做出的反应也是不同的，甚至是相反的。海洋酸化对于大部分存在于海洋表层，即受到海洋酸化影响最剧烈的区域，且PR蛋白发挥功能需要耦合H+的PRCB是如何影响的，目前还未见诸报道。本研究中，我们考察了包括PRCB在内的厦门近岸酸化实验菌群结构变化、北极酸化实验中的PRCB菌群结构变化、典型PRCB Vibrio harveyi ATCC BAA-1116在酸化条件下的反应，得出了以下几点认识:
　　1、通过酸化模拟实验发现，对比CO2浓度在2100年和目前条件下，CO2浓度分别为380μatm和1000μatm的两种体系中，厦门近岸海区表层海水中的微型生物，包括自养生物、异养细菌和浮游病毒的数量与对照组相比未发生明显变化。
　　2、在目前最大规模的酸化模拟实验下，CO2浓度分别为165μatm、560μatm和1500μatm的三种体系中，PRCB菌群组成及相对丰度都未发生明显的、有规律的改变。这表明受海洋酸化影响最严重的北极海区，其表层海水中PRCB群落结构受海洋酸化影响较小。
　　3、通过考察PRCB典型菌株Vibrio harveyi ATCC BAA-1116在CO2浓度为380μatm和750μatm的两种体系中时的吸光度、细胞丰度、细胞形态等指标，发现高CO2环境对于该菌株的影响较小。
　　4、综合以上考察结果，我们认为海洋酸化对于PRCB的影响较小。推测原因为，PRCB多栖息于环境复杂多变的海洋表层，经过长期的进化，其已具备应对多种变化的能力，包括海洋酸化带来的诸多变化。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 海洋微型生物

1．1．1 海洋微型生物的定义及重要作用

1．1．2 海洋微型生物的研究历程

1．2 海洋生物光能利用模型

1．3 变形菌视紫质简介

1．4 变形菌视紫质研究历程

1．5 变形菌视紫质携带菌

1．5．1 变形菌视紫质携带菌概述

1．5．2 光照对于变形菌视紫质携带菌的影响

1．6 中国海变形蓝视紫质研究

1．7 海洋酸化对于微型生物影响研究

1．7．1 海洋酸化概述

1．7．2 海洋酸化对于微型生物的影响

1．8 本论文的研究思路、内容和意义

第二章 海洋酸化对于厦门近岸细菌和病毒丰度的影响分析

2．1 研究背景

2．2 材料与方法

2．2．1 采样

2．2．2 实验体系搭建

2．2．3 检测方法

2．3 结果

2．3．1 环境参数检测结果

2．3．2 酸化实验过程中pH变化情况

2．3．3 酸化实验过程中Chl．a变化情况

2．3．4 酸化实验过程中异养细菌变化情况

2．3．5 酸化实验过程中浮游病毒变化情况

2．4 讨论

2．4．1 厦门近岸海区环境因素

2．4．2 厦门酸化实验过程中自养生物、异养细菌与浮游病毒的变化

2．4．3 本次实验的不足之处

第三章 海洋酸化对于北极变形菌视紫质携带菌群落的影响分析

3．1 研究背景

3．2 材料和方法

3．2．1 采样和环境参数的测定

3．2．2 DNA提取、PCR扩增和克隆文库的构建

3．2．3 多样性分析

3．2．4 系统发育分析

3．3 结果

3．3．1 实验体系的环境参数

3．3．2 PRCB多样性分析

3．3．3 PRCB的系统发育分析

3．4 讨论

3．4．1 海洋PRCB在北极的分布

3．4．2 海洋酸化对于北极PRCB群落结构的影响

第四章 海洋酸化对于变形菌视紫质携带菌Vibrio harveyi的影响分析

4．1 研究背景

4．2 材料与方法

4．2．1 Vibrio horveyi ATCC BAA-1116菌株获取

4．2．2 Vibrio harveyi ATCC BAA-1116菌株酸化培养

4．2．3 细菌丰度的检测

4．2．4 扫描电镜观测细胞形态

4．3 结果

4．3．1 Vibrio harveyi酸化实验培养基的确定

4．3．2 Vibrio harveyi在19天酸化培养条件下的生长情况

4．3．3 Vibrio harveyi在142小时酸化培养条件下生长情况

4．4 讨论

4．4．1 Vibrio horveyi ATCC BAA-1116对于海洋酸化的响应

4．4．2 海洋酸化对于海洋细菌的影响

第五章 本论文的主要结论、创新点和不足

5．1 主要结论

5．2 创新点

5．3 不足

参考文献

附录

攻读博士学位期间完成的论文

致谢