代表性海区好氧不产氧光合细菌的光合基因(pufM)生态分布特征

摘要

好氧不产氧光合细菌(aerobic anoxygenic phototrophic bacteria, AAPB)是海洋中新发现不久的一个重要的功能类群。它能利用Bchla的光合电子传递来减少对溶解有机碳的消耗,其独特的生理功能在海洋碳循环中发挥着重要的作用。从系统发育分析来看,目前海洋中发现的可培养的AAPB都属于变形细菌α纲,基于环境序列的分析表明海洋中的未可培养细菌还存在类似变形细菌β纲的AAPB。我们利用编码光反应复合中心小亚基的pufM基因来研究AAPB光合基因的生态分布。我们的取样海区包括厦门港,长江口,中国东海,中国南海,东北太平洋,北太平洋gyre及白令海等海区,在生态梯度上覆盖了温带、亚热带和寒带海区,以及河口、陆架海和大洋海区。我们发现类似于Roseobacter属AAPB的pufM序列广泛分布在各个海区,它们是AAPB重要的组成部分。Erythrobacter类群在我们所调查的海区整体丰度不高。海洋中未可培养的AAPB的pufM序列多样性大大多于可培养的类型。我们发现在海洋中存在大量类似属于变形细菌γ纲AAPB的pufM基因,将海洋中AAPB的多态性从α-Proteobacteria和β-Proteobacteria ,拓展到γ-Proteobacteria。营养水平是控制AAPB光合基因多样性的重要的影响因子之一。营养水平越高的海区,AAPB光合基因的OTU应该越低；营养水平越低的海区,AAPB光合基因的OTU应该越高。通过对陆架海(东海P6站位)垂直剖面的调查,我们发现透光度对AAPB光合基因的多样性也具有明显的影响。不同的海区会衍生出相应的,适应各自生态环境特点(例如营养、光照)的AAPB生态型。我们还通过荧光实时定量PCR来定量海洋中AAPB的丰度。通过对扩增产物和熔链曲线的分析,证明定量PCR对于AAPB定量有较高的特异性和灵敏性。在我们调查的海区,AAPB的丰度的变化范围在1.3×104细胞/毫升到3.4×105细胞/毫升之间。从河口沿陆架海到开放外海的营养梯度上,AAPB的丰度是逐渐降低的,而且AAPB占总异养细菌的比例也呈现出同样的趋势。AAPB的这种分布模式不符合原先人们认为AAPB更适合寡营养的环境的假设。

目录

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第一章 前言

1.1 好氧不产氧光合细菌的研究进展

1.2 海洋环境微生物遗传多样性的研究方法

1.3 本论文的研究思路、意义及内容

第二章 材料与方法

2.1 材料

2.2 基本方法

第三章 代表性海区 AAPB 光合基因多样性分析

3.1 代表性海区表层海水 AAPB 光合基因多样性分

3.1.1 台湾海峡厦门站位（XM）AAPB 光合基因多样性分析

3.1.2 东海表层（ECS-P6-s 站位）AAPB 光合基因多样性分析

3.1.3 北太平洋Gyre（NPG-w24 和NPG-w26 站位）AAPB 光合基因多样性分析

3.1.4 东北太平洋（NPO-pf1 站位）AAPB 光合基因多样性分析

3.1.5 白令海（BS-6102 站位）AAPB 光合基因多样性分析

3.1.6 讨论

3.2 东海垂直剖面（ECS-P6 站位）透光度对 AAPB 光合基因多样性的影响分析

3.2.1 东海50%透光层（ECS-P6-8m）AAPB 光合基因多样性分析

3.2.2 东海30%透光层（ECS-P6-14m）AAPB 光合基因多样性分析

3.2.3 东海30%透光层（ECS-P6-35m）AAPB 光合基因多样性分析

3.2.4 透光度对 AAPB 光合基因多样性的影响分析

3.3 海区环境对 AAPB 光合基因各类群的分布及进化的影响

3.3.1 不同海区环境中属于α-3 Protebacteria AAPB 的pufM 基因分布特征

3.3.2 不同海区环境中属于α-4 Protebacteria AAPB 的pufM 基因分布特征

3.3.3 在有氧海区大量类似属于γ-Proteobateria AAPB 的pufM 基因的发现

3.4 小结与讨论

第四章 实时荧光定量 PCR 定量海洋中 AAPB 的丰度

4.1 实时荧光定量 PCR 定量海洋环境中 AAPB 的丰度的意义

4.2 实时荧光定量 PCR 结果分析

4.2.1 环境样品DNA的得率

4.2.2 实时定量PCR扩增的特异性

4.2.3 标准曲线和qPCR的灵敏性

4.2.4 熔链曲线的分析

4.2.5 pufM基因克隆文库的多样性分析

4.2.6 qPCR定量海洋环境中的AAPB丰度

4.3 讨论

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

硕士期间完成的论文

致谢