南海北部两根沉积物柱古菌多样性比较研究

摘要

海洋生物圈在全球的生物球化学循环中起着重要的作用。然而，人们对它的了解还很少。南海是中国最大海域，对中国的气候和环境变化影响很大。对南海沉积物中微生物的研究，有助于我们认识未知生物类群的功能和理解微生物对整个生态系统的影响。 本文采用以PCR为基础的分子生物学方法对南海北部“甲烷富集区”的沉积物进行研究，研究该特殊海域沉积物的古菌分布有无特异性，并对两根沉积物柱的古菌多样性进行了比较研究。海区沉积物柱SCS1分了7层，沉积物柱SCS2分了6层，除了SCS1的第7层，其它深度都是一致的。13个文库的581个16SrRNA基因序列经DOTUR软件分析后，得到102个Operation TaxonomicUnits(OTU)。古菌16S rRNA基因序列与NCBI数据库序列的最相近的序列的相似度在80-99％之间。大多数序列与来自天然气水合物的古菌序列最相似。分子系统学分析表明，所有的古菌属于泉古菌和广古菌两大类。其中泉古菌又包括杂色泉古菌(Miscellaneous Crenarchaeotic Group，MCG)、第一类海洋泉古菌(Marine Group I，MGD、深海古菌类群(Deep-Sea Archaeal Group，DSAG)三大类；广古菌包括南非金矿广古菌类群(South African Gold Mine Euryarchaeotic Group，SAGMEG)、海洋海底类群D分支(Marine Benthic Group D，MBGD)、新颖的古菌类群(Novel Euryarchaeotic Group，NEG)三大类。在本研究中MGI的最相似序列与氨的氧化有关，尤其是与可培养的氨氧化古菌Nitrosopumilus maritimus SCM进化关系非常近，表明本研究的MGI类群很可能氨氧化类群，参与了氮的生物地球化学循环。 在这两根沉积物柱中MCG和MBGD是优势类型。MCG是两根沉积物柱表层的优势类型，两根沉积物柱的古菌构成基本相似。每个古菌16S rRNA基因文库用所有克隆经DOTUR软件分析其多样性，辛普森指数、香农维纳指数、Chaol和ACE的结果表明，SCS1和SCS2的表层多样性都较低，随着柱层深度的增加多样性均增长。从SCS1和SCS2两根柱的对应层比较分析发现SCS1柱的多样性SCS1均高于SCS2。SCS2-4的各参数特别低，反应其多样性非常低。数据分析表明古菌群落的结构和多样性随柱层深度的变化很可能对应所在位置的物理和化学条件的变化。认识不同环境下古菌群落的变化对理解它们在生物化学循环中的作用有重大意义。 本论文首次从生物学的角度对南海北部“甲烷富集区”的沉积物进行研究，发现大多数古菌与其它海域的天然气水合物古菌最相近。生物学分析表明该海区具有高的甲烷浓度，这一结果与该海域的天然气水合物和大型天然气田的矿藏发现相一致。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

第一节古菌概述

1.1古菌的发现和分布

1.2古菌的分类

1.3古菌的特征

1.4古菌研究的意义

第二节深海古菌多样性的研究进展

2.1深海古菌多样性的研究进展

2.2深海微生物多样性的研究方法

第三节南海地质背景

3.1南海天然气水合物和天然气的发现

3.2冷泉成因及分布

3.3冷泉中的古菌

第二章材料与方法

2.1实验材料及仪器设备

2.1.1样品采集

2.1.2主要仪器和生化试剂

2.1.3主要溶液的配制

2.2实验方法

2.2.1环境因子的测定

2.2.2古菌16S rRNA基因文库的建立

2.2.3克隆文库的检测及测序

2.2.4系统发育分析

第三章结果

3.1环境因子分析

3.2古菌克隆文库分析

3.2.1扩增的古菌16S的限制性酶切分析

3.2.2覆盖度和稀释曲线分析

3.2.3古菌16S rRNA基因序列及系统进化分析

3.3两根沉积物柱古菌多样性比较

第四章讨论

4.1基因文库方法研究古菌多样性的优缺点

4.2古菌成层分布原因的分析

4.3古菌指示该海区存在大量甲烷

第五章小结

参考文献

致谢

个人简历

在学期间发表的学术论文与研究成果