太平洋暖池區(qū)深海沉積物中微生物分子生態(tài)學(xué)研究

【摘要】： 西太平洋“暖池”在全球氣候變遷過程中起著舉足輕重的作用，是目前氣候變遷機(jī)制研究的熱點(diǎn)，同時也是地球科學(xué)研究的焦點(diǎn)之一。本論文首次對“暖池”區(qū)海底沉積物中的微生物進(jìn)行了分子生態(tài)學(xué)研究，分析了微生物多樣性，對由微生物參與的物質(zhì)能量循環(huán)特征進(jìn)行了探討，為研究深海生物圈在地球圈層相互作用中的地位提供了參考資料。此外，本文還對采集自太平洋的深海沉積物和南極、北極區(qū)域的樣品進(jìn)行了低溫微生物的分離培養(yǎng)及低溫酶的篩選與性質(zhì)分析。 通過構(gòu)建沉積物中微生物16S rDNA克隆文庫，采用PCR-RFLP分析、DNA-DNA雜交、16S rDNA序列測定以及系統(tǒng)發(fā)育分析的方法，研究了兩太平洋“暖池”區(qū)和東太平洋“結(jié)核”區(qū)兩個不同海區(qū)深海沉積物中的微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境的相互關(guān)系，得到了一些與“暖池”區(qū)環(huán)境特點(diǎn)緊密相關(guān)的新發(fā)現(xiàn)，新認(rèn)識。不同海區(qū)深海沉積物中的細(xì)菌都以紫細(xì)菌(Proteobacteria)為主，屬于γ-和α-紫細(xì)菌亞群的細(xì)菌種類和數(shù)量均最為豐富；而屬于β-亞群的細(xì)菌很少。不同海區(qū)沉積物中紫細(xì)菌類群的差別在于δ-亞群和ε-亞群，這兩個亞群的細(xì)菌大部分都和硫代謝相關(guān)。在“結(jié)核”區(qū)沉積物中沒有檢測到屬于這兩個亞群的細(xì)菌，而在“暖池”區(qū)沉積物中屬于這兩個亞群的細(xì)菌數(shù)量較多(最高可達(dá)29％)，并且δ-亞群的細(xì)菌呈現(xiàn)隨沉積物深度增加而減少的趨勢。除了紫細(xì)菌之外，CFB類群在“暖池”區(qū)沉積物中也是一類較重要的細(xì)菌，主要集中在表層沉積物；而在“結(jié)核”區(qū)沒有檢測到屬于CFB類群的細(xì)菌，表明“暖池”區(qū)表層存在較多的有機(jī)物。古菌的多樣性分析結(jié)果表明該海區(qū)沉積物中的古菌絕大多數(shù)屬于嗜泉古菌界(Crenarchaeota)，其中包含許多未知的古菌遺傳信息。 在“暖池”區(qū)沉積物中發(fā)現(xiàn)了豐富的與硫及甲烷代謝相關(guān)的細(xì)菌，對這些細(xì)菌的種類組成及其在各層次沉積物中的分布、數(shù)量進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)該海區(qū)沉積物中存在一條完整的硫和甲烷代謝循環(huán)途徑，它們的代謝在物質(zhì)能量代謝中占據(jù)重要的地位。而16S rDNA克隆文庫分析和DNA-DNA雜交的結(jié)果表明“結(jié)核”區(qū)沉積物中這兩類細(xì)菌數(shù)目很少，說明“暖池”區(qū)沉積物中的微生物群落結(jié)構(gòu)特征是對環(huán)境因素的一種響應(yīng)，同時也可能是影響該海區(qū)深海及海洋環(huán)境的一個重要因素。 對深海沉積物和極地環(huán)境樣品進(jìn)行了低溫微生物的分離和培養(yǎng)，得到了300多株嗜(耐)冷細(xì)菌，并對其進(jìn)行了生長特性的分析。結(jié)果表明所有的細(xì)菌都能夠在低溫下(4℃～15℃)正常生長，而在中溫范圍內(nèi)(25℃～30℃)的生長狀況較差，僅有少數(shù)細(xì)菌能夠在37℃緩慢生長。與深海沉積物相比，嗜冷菌在南極樣品中所占的比例較大。采用16S rDNA序列比較的方法對部分低溫菌株進(jìn)行了分子分類與鑒定，結(jié)果表明所鑒定的菌株中假交替單胞菌屬(Pseudoalteromonas sp．)和假單胞菌屬(Pseudomonas sp．)的細(xì)菌占較大比例。 摘要 通過所分離出的嗜(耐)冷細(xì)菌的165 rDNA序列的比較分析，對嗜冷海洋細(xì)菌的 特異165 rDNA序列進(jìn)行了探索，并設(shè)計(jì)了一對引物。初步的分析表明，所設(shè)計(jì)的PCR 引物能夠較好地區(qū)分海洋性細(xì)菌和陸源性細(xì)菌，并且可以用于嗜冷海洋細(xì)菌的區(qū)分。 采用選擇性培養(yǎng)基對深海和極地細(xì)菌進(jìn)行了產(chǎn)低溫酶菌株的篩選，最終得到了16 株具有低溫蛋白酶或低溫幾丁質(zhì)酶活性的菌株，對其中5株活力最高的低溫酶產(chǎn)生菌 進(jìn)行了菌種的分子鑒定，并分析了溫度對這五種低溫酶的活力、產(chǎn)酶和熱穩(wěn)定性的影 響，為進(jìn)一步的研究與開發(fā)奠定基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：深海 微生物分子生態(tài) 西太平洋暖池 環(huán)境響應(yīng) 低溫酶
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2003
【分類號】：Q17
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 1 前言14-44
• 1.1 深海環(huán)境與生命14-16
• 1.2 深海極端微生物研究進(jìn)展16-28
• 1.2.1 低溫微生物研究進(jìn)展16-23
• 1.2.2 嗜壓微生物23-24
• 1.2.3 海洋古菌24-28
• 1.3 深海微生物的生態(tài)學(xué)意義28-30
• 1.4 極端微生物分子生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展30-42
• 1.4.1 微生物分子生態(tài)學(xué)的主要方法與技術(shù)30-34
• 1.4.2 基于rRNA分子的微生物生態(tài)學(xué)技術(shù)34-37
• 1.4.3 潛在的問題37-38
• 1.4.4 深海微生物分子生態(tài)學(xué)研究的幾個熱點(diǎn)38-42
• 1.5 本研究的思路目的意義42-44
• 2 材料與方法44-61
• 2.1 材料44-53
• 2.2 基本方法53-61
• 3 結(jié)果61-100
• 3.1 深海、南北極微生物的分離與生長特性61-63
• 3.2 嗜冷微生物的鑒定63-69
• 3.2.1 基于生理生化特性的鑒定63
• 3.2.2 以16S rRNA基因?yàn)橹笜?biāo)的菌種分類與鑒定63-69
• 3.3 深海沉積物微生物多樣性與群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境的相互關(guān)系69-95
• 3.3.1 深海沉積物中細(xì)菌多樣性及其群落結(jié)構(gòu)分析69-87
• 3.3.1.1 16S rDNA序列擴(kuò)增69-70
• 3.3.1.2 16S rDNA序列RFLP分析70
• 3.3.1.3 細(xì)菌16S rDNA克隆文庫構(gòu)建70-71
• 3.3.1.4 西太平洋“暖池”區(qū)WP0102站位沉積物中細(xì)菌多樣性分析71-83
• 3.3.1.5 西太平洋“暖池”區(qū)WP0104站位沉積物中細(xì)菌多樣性分析83-85
• 3.3.1.6 東太平洋“結(jié)核”區(qū)深海沉積物中細(xì)菌多樣性分析85-87
• 3.3.1.7 不同海域深海沉積物中細(xì)菌多樣性比較分析87
• 3.3.2 深海沉積物中古菌多樣性分析87-91
• 3.3.3 深海沉積物中微生物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境的關(guān)系分析91-95
• 3.4 嗜冷海洋微生物分子特征的初步探索95-96
• 3.5 低溫環(huán)境中(深海、極地)低溫酶性質(zhì)的初步研究96-100
• 3.5.1 溫度對酶活力的影響96
• 3.5.2 溫度對菌株產(chǎn)酶的影響96-99
• 3.5.3 溫度對酶穩(wěn)定性的影響99-100
• 4 討論100-109
• 4.1 樣品的采集與處理100
• 4.2 深海、極地低溫微生物生長特性的差異100-101
• 4.3 低溫微生物的鑒定101-102
• 4.4 極端環(huán)境微生物分子生態(tài)學(xué)研究的幾個認(rèn)識102-103
• 4.5 深海沉積物中的微生物區(qū)系組成分析103-105
• 4.6 深海沉積物中的微生物與環(huán)境的相互關(guān)系105-106
• 4.7 嗜冷細(xì)菌16S rRNA基因的分子特征106-107
• 4.8 深海、南極等低溫環(huán)境低溫酶的一些特征107-109
• 5 總結(jié)109-110
• 參考文獻(xiàn)110-134
• 致謝134-135
• 附錄一 博士研究生期間發(fā)表的論文135-136
• 附錄二 采樣記錄表136-139
• 附錄三 菌種分離記錄139-159
• 附錄四 質(zhì)粒圖譜159-160
• 附錄五 采樣裝置160-161

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太平洋暖池區(qū)深海沉積物中微生物分子生態(tài)學(xué)研究    曾潤穎

IPCC模式對印太暖池模擬的研究    孫燕

深海沉積物細(xì)菌和絲狀真菌的基因組學(xué)研究    秦啟龍

近海細(xì)菌多相分類和基因組研究以及深海沉積物宏基因組分析    霍穎異

Zebiak-Cane海氣耦合模式的改進(jìn)及對1997/1998 El Nino事件的模擬與診斷分析    岳彩軍

南極海洋微生物N2a鑒定、系統(tǒng)學(xué)及一種低溫過氧化氫酶BNC純化與性質(zhì)研究    王偉

西北太平洋深海沉積物微生物多態(tài)性分析    穆春華

天山凍土微生物的系統(tǒng)多樣性分析及生長特性的研究    白玉

西北太平洋熱帶氣旋活動的年際變化及其機(jī)理研究    陳光華

應(yīng)用核技術(shù)的海洋化學(xué)研究    陳紹勇

按深陷深度控制的深海沉積物承載力分析方法探討    蔡永

南極Pseudoalteromonas sp. AC444低溫幾丁質(zhì)酶性質(zhì)分析與基因克隆及普里茲灣深海沉積物中幾丁質(zhì)酶基因多樣性研究    連明珠

熱帶西太平洋暖池海溫分布型與中國夏季降水的關(guān)系    張?jiān)鲂?/span>

蘇祿海和菲律賓海深海沉積物中古菌群落多樣性研究    王劍飛

赤道西太平洋第四紀(jì)浮游有孔蟲群與暖池的變動    金海燕

西太平洋冬季暖池?zé)岷孔兓瘜ο募疚魈窖蟾睙釒Ц邏簭?qiáng)度的影響    黃露

北極深海沉積物中細(xì)菌多樣性的研究    李莎

熱帶西太平洋深海沉積物微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)特征研究    張偉

西太平洋深海沉積物古菌多樣性垂直分布特征    王峰

北極深海沉積物中微生物的多樣性研究    陳麗蓉