稳定同位素示踪海洋细菌对典型一碳有机化合物的利用

摘要

海洋细菌是浮游生物群落的一个重要组成部分，在海洋生态系统生源要素再循环中起着非常重要的作用。作为微食物环和微型生物碳泵的主角，海洋细菌与溶解性有机碳之间的关系已经成为海洋生物地球化学和生态学研究的重点。甲醇和一甲胺是两种典型一碳有机化合物，同时也是两种微生物可以利用的溶解性有机碳。它们参与海洋和大气的化学反应过程，影响云层的形成和全球变暖，并在生物地球化学循环中起着重要的作用。
　　本研究利用稳定同位素探针技术(Stable isotope probe，SIP)与分子生物学方法结合，探索河口、近岸、陆架、外海区域不同生态环境中利用甲醇、一甲胺的细菌类群，并结合稳定同位素质谱分析微生物对有机质的同化速率。结果表明河口、海洋环境中利用甲醇和一甲胺的细菌类群非常多样，包括诸多未发现鉴定的类群。河口环境中利用甲醇的细菌类群以β-变形菌纲为主导，其次是放线菌纲、α-变形菌纲、鞘脂杆菌门等。而在β-变形菌纲中，以嗜甲基菌属和未识别的嗜甲基菌科为主导。海洋环境中甲醇和一甲胺的细菌利用类群十分多样，且不同区域之间、底物之间存在明显差异，但都以γ-变形菌纲和α-变形菌纲为主，其中，以γ-变形菌纲中未识别的类群、交替单胞菌目、噬甲基菌属、未识别的鱼立克次体科，α-变形菌纲中未识别的红杆菌科、未识别的SAR11、未识别的α-变形菌纲类群等为主要利用类群。
　　不同类群对同一底物利用的竞争力不同;而同一类群对不同底物的利用能力也存在差异，这可能与其所处环境水体的化学特点及各类群与环境的相互作用紧密相关。珠江口区域的微生物类群对甲醇的同化速率比陆架环境中大。在陆架区域，表层微生物对甲醇的同化速率比底层大，而底层微生物对一甲胺的同化速率比表层大。本研究在水平和垂直梯度上，对河口和海洋环境中甲醇和一甲胺的细菌利用类群和底物同化速率的分析为阐释甲醇与一甲胺的生物地球化学循环提供了新的视点。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 海洋微型生物生态学的研究历程

1．2 海洋微型生物与海洋碳循环

1．2．1 海洋碳循环

1．2．2 海洋碳循环与微型生物碳泵

1．3 海洋溶解有机碳与常见的一碳有机化合物

1．3．1 海洋溶解有机碳的概述

1．3．2 常见的一碳有机化合物及其代谢

1．4 稳定同位素探针技术(Stable isotope probe，SIP)

1．4．1 稳定同位素

1．4．2 稳定同位素探针技术概述

1．4．3 DNA-SIP技术

1．5 本论文的设计与研究意义

第二章 稳定同位素示踪海洋细菌对甲醇和一甲胺的利用

2．1 研究背景

2．2 实验设计

2．2．1 研究站位

2．2．2 实验流程

2．3 材料与方法

2．3．1 主要仪器设备和试剂

2．3．2 稳定同位素添加培养实验及DNA分子膜采集

2．3．3 DNA提取

2．3．4 DNA定量

2．3．5 DNA密度梯度离心

2．3．6 离心后期处理

2．3．7 末端限制性片段长度多样性分析

2．3．8 MiSeq高通量测序

2．3．9 高通量测序结果分析

2．3．10 颗粒有机碳膜样采集

2．3．11 GF膜上颗粒有机碳的含量测定

2．3．12 颗粒有机碳中13C含量的计算

2．4 结果

2．4．1 超速离心后各密度梯度份的浮力密度

2．4．2 DNA在浮力密度梯度份中的分布

2．4．3 末端限制性片段长度多样性分析(T-RFLP)及高通量测序样品的挑选

2．4．4 细菌多样性指数分析

2．4．5 细菌群落结构多元统计分析

2．4．6 底物利用类群分析

2．4．7 颗粒有机碳在不同粒径的分布

2．4．8 微生物对13C-甲醇和一甲胺的同化率

2．5 讨论

2．5．1 底物浓度的选择

2．5．2 轻、重DNA在浮力密度梯度份中的分布以及重密度份类群和底物利用类群之间的关系

2．5．3 最适培养时间

2．5．4 不同环境细菌群落对底物添加的响应不同

2．5．5 河口环境与海洋环境各区域多样化的底物利用类群

2．5．6 海洋环境中不同区域底物利用类群组成各具特点

2．5．7 底物利用类群中各分类群对底物利用的竞争力存在差异

本研究的主要结论、创新点与不足

参考文献

附录

致谢