南海沉积物微生物多样性及群落结构研究

摘要

基于非培养的16S rDNA分子技术是目前调查环境中微生物多样性的不可替代的方法。从IMAGES147航次Marco航段在南海采集的沉积物中扩增了细菌和古菌16S rDNA序列，分别构建了沉积物柱MD05-2896和MD05-2902以及共7个沉积物柱表层沉积物细菌和古菌16S rDNA文库，并对16S rDNA文库中的序列进行了系统发育分析。 群落的多样性指数表明细菌和古菌多样性都比较丰富，对沉积物样品中的物种丰度估计显示细菌平均丰度为50左右，古菌平均丰度为30左右。在99％、98％、97％、95％、90％、80％的16S rDNA序列一致性取舍值下，利用参数分布估计法和非参数估计法估算了沉积物柱MD05-2896和MD05-2902中细菌丰度。以3％，5％，10％和20％的序列差异作为细菌的“种”、“属”、“科”/“纲”和“门”分类单元的界限，那么沉积物柱MD05-2896中的细菌估计有250个种，220±6(SE)个“属”，127±4(SE)个“科”/“纲”和62±4(SE)个“门”；沉积物柱MD05-2902中的细菌估计有约180个种，173±10(SE)个“属”，127±11(SE)个“科”/“纲”和42±2(SE)个“门”。 系统发育分析结果表明，南海沉积物细菌16S rDNA文库中的多数序列隶属于浮霉状菌(Planctomycetes)、变形杆菌(Proteobacteria)、绿屈挠杆菌(Chloroflexi）、放线菌(Actinobacteria)、螺旋体(Spirochaetes)、疣微菌(Verrucomicrobia)、酸杆菌(Acidobacteria)、拟杆菌(Bacteriodetes)、铁还原杆菌(Degerribacteres)、硝化螺菌(Nitrospirae)、蓝细菌(Cyanobacteria)以及candidate division OP1、OP3、OP8、OP10、OP11、JS1、WS1、WS3、TM6、BRC-1等21个类群；少数序列隶属于未知类群。古菌16S rDNA文库中的序列分别隶属于广古生菌(Euryarchaeota)和泉古生菌(Crenarchaeota)两个大类。广古生菌包括Marine Benthic Group D(MBGD)、South African Gold MineEuryarcheaotic Group(SAGMEG)、Terrestrial Miscellaneous Euryarchaeotic Group(TMEG)、Novel Euryarchaeotic Group(NEG)、Micellaenous EuryarchaeoticGroup(MEG)、Marine Bethic Group E(MBGE)、Methanobacterales和Methanosarcinales等8个类群；泉古生菌包括Marine Benthic Group B(MBGB)、Marine Crenarchaeotic GroupⅠ(MGⅠ)、C3、Marine Benthic Group A(MBGA)和Micellaenous Crenarchaeotic Group(MCG)等5个类群。从类群相对百分含量上看，在沉积物柱MD05-2896中，细菌群落以浮霉状菌、Delta—变形杆菌、OP3和JS1为优势类群，古菌群落以MBGD、SAGMEG、MBGB和MBGA为优势类群；在沉积物柱MD05-2902中，细菌群落以JS1、浮霉状菌和绿屈挠杆菌为优势类群，古菌群落以MBGD、SAGMEG、TMEG、MBGB、MGI和MBGA为优势类群。 对比其他海域，南海沉积物中细菌和古菌群落的特点表现为浮霉状菌和MBGD类群异常丰富而变形杆菌类群含量相对偏少。来自西沙海槽的沉积物柱MD05-2902中的细菌群落与含甲烷水合物沉积物中的细菌群落中的优势类群一致，为西沙海槽可能有甲烷水合物提供了又一佐证。在沉积物柱的垂向剖面上，微生物群落类群百分含量变化总体表现为变形杆菌和MGI随沉积物深度的加深而不断减少，其他类群百分含量变化则与沉积物深度无明显对应关系。 分别对沉积物柱MD05-2896和MD05-2902中的细菌/古菌群落进行了主成分和聚类分析。在沉积物柱MD05-2896中，3m、7m、8m和11m，1m、2m和9m沉积物中的细菌群落结构相近；3m、4m、6m、8m和11m，1m、5m、7m和10m沉积物中的古菌群落结构相近。在沉积物柱MD05-2902中，1m、3m、7m和8m，2m、4m和5m沉积物中的细菌群落结构相近；1m、2m、3m、6m和7m沉积物中的古菌群落结构相近。相近的群落结构可能反应了沉积物之间有着某些相同的环境因子。 南海沉积物中发现的代谢过程主要涉及“氮循环”、“硫循环”和“碳循环”。“氮循环”由部分浮霉状菌的厌氧氨氧化以及少量MGI的硝化过程(氨氧化)组成；“硫循环”由δ—变形杆菌的硫酸盐还原以及α—变形杆菌的硫代硫酸盐的氧化组成；“碳循环”由甲烷杆菌、甲烷八叠球菌的甲烷生成以及部分MBGB的甲烷氧化组成。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1深海沉积物中的微生物研究进展

1.1.1海底沉积物中细菌数量的垂直分布

1.1.2海底沉积物中微生物的种类和多样性

1.1.3海底微生物的分离和培养

1.2基于非培养的16S rDNA的分子技术

1.3海底微生物的生物地球化学过程

1.4本文研究的思路、目的和意义

第2章材料与方法

2.1样品采集

2.2主要仪器与试剂

2.2.1主要试剂

2.2.2主要仪器

2.2.3引物与探针

2.3实验方法

2.3.1沉积物中环境DNA的提取与纯化(Zhou抽提法[50])

2.3.2 16S rDNA扩增与目标产物的回收

2.3.3 16S rDNA的克隆与RFLP分析

2.3.4荧光原位杂交(FISH)[51]

2.3.5系统发育分析

2.3.6序列接受号(Accession number)

第3章南海沉积物微生物多样性与细菌的丰度估计

3.1沉积物垂向深度细菌数量分布

3.2 16S rDNA扩增与RELP分析

3.3沉积物中的微生物多样性

3.3.1多样性指数的计算

3.3.2结果与讨论

3.4沉积物柱的细菌丰度估计

3.4.1细菌丰度估计的方法介绍

3.4.2沉积物柱MD05-2896细菌丰度估计

3.4.3沉积物柱MD05-2902细菌丰度估计

3.4.4结果与讨论

第4章南海沉积物微生物16S rDNA系统发育分析

4.1沉积物柱MD05-2896细菌16S rDNA系统发育分析

4.2沉积物柱MD05-2896古菌16S rDNA系统发育分析

4.3沉积物柱MD05-2902细菌16S rDNA系统发育分析

4.4沉积物柱MD05-2902古菌16S rDNA系统发育分析

4.5表层沉积物细菌16S rDNA系统发育分析

4.6表层沉积物古菌16S rDNA系统发育分析

第5章南海沉积物微生物群落结构

5.1沉积物中的细菌群落组成

5.2沉积物中的古菌群落组成

5.3微生物群落间的对比

5.4微生物群落结构的统计分析

第6章结论与讨论

6.1沉积物微生物群落多样性

6.2沉积物微生物代谢多样性

6.3进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果