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珠江口沉积物微生物多样性及其与环境相互关系的研究

姜丽晶

   海岸带是地球系统中最有生机的部分之一,是陆地,海洋和大气之间各种过程相互作用最活跃的界面,具有最高的自然能量和生物生产力,海岸带生物地球化学变化过程对于全球变化具有重大影响。本文首次采用多种分子标志和地球化学元素分析相结合的方法,研究了珠江口淇澳岛海岸带沉积物中微生物与环境的互动关系,特别是碳循环过程中微生物发挥的作用,为研究海岸带陆海相互作用提供了重要的参考资料。 对珠江口淇澳岛海岸带沉积物间隙水中甲烷和硫酸盐的地球化学参数垂直剖面特征的研究结果表明:甲烷浓度梯度在硫酸盐还原带底部急剧增大,而间隙水硫酸盐浓度随深度呈线性降低。间隙水地球化学参数的变化特征提供了珠江口淇澳岛海岸带沉积物中存在甲烷代谢和硫酸盐还原过程,存在明显的厌氧甲烷氧化作用的证据。 采用分子生态学及地质微生物学方法,对珠江口淇澳岛海岸带沉积物中微生物多样性和丰度的垂向变化进行了调查。细菌磷脂酸分析表明细菌磷脂酸类型随沉积物滦度增加而降低。硫酸盐还原菌在整个沉积物柱中是优势菌群,硫氧化菌在表层沉积物(0-12cm)中含量比较丰富。本次实验中没有检测到甲烷氧化菌的磷脂酸标志物。另外,基于细菌16SrDNA的分子系统进化分析支持磷脂酸分析结果:在珠江口淇澳岛海岸带沉积物中细菌多样性非常丰富,细菌群落结构随深度变化发生明显变化;δ-紫细菌亚类是优势种类,表明该区可能硫酸盐代谢是主要的代谢过程;也有检测到γ-,β-,α-,ε-紫细菌,少量的与有氧甲烷氧化菌有关的克隆子序列的存在。定量分析表明该区的细菌含量在10~(8-9)个/克沉积物范围之间,随着深度增加细菌数量变化不大。对该区古菌的调查结果表明该区同时存在泉古菌和广古菌两大类古菌,其中泉古菌是优势菌群。古菌群落结构也随深度变化发生明显变化。上层沉积物中Ⅰ型海洋泉古菌(MGI)大量存在表明其可能在该层沉积物氮循环中发挥了重要作用。中层沉积物中15%的克隆子属于甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)和甲烷微菌目(Methanomicrobiales),而且在中层及底层沉积物中检测到的大部分序列均与富含甲烷的环境克隆子序列有最高的同源性。这表明在珠江口淇澳岛海岸带沉积物中这些古菌可能参与了甲烷的代谢过程。古菌定量分析表明:珠江口淇澳岛海岸带沉积物中的古菌数量在10~(6-7)个/克沉积物范围之间并且随着深度增加有上升的趋势。 采用与甲烷产生,甲烷氧化相关微生物的特异性引物,对珠江口淇澳岛海岸带沉积物参与甲烷循环的微生物群落结构进行了研究。用甲烷氧化菌特异性的甲烷单加氧酶(MMO)保守基因在该区检测到了Ⅰ型甲烷氧化菌和Ⅱ型甲烷氧化菌的存在,其中Ⅰ型甲烷氧化菌占有绝对优势。甲烷氧化菌群落结构随深度变化发生变化。半定量分析表明甲烷氧化菌的含量较低,低于检测限2.8×10~4拷贝/克沉积物,而在20cm以下的绝对厌氧层没有检测到甲烷氧化菌的存在,推测甲烷氧化菌在珠江口淇澳岛海岸带沉积物甲烷氧化过程中扮演了较次要的角色。用甲烷产生菌的特异性的甲基辅酶M还原酶(MCR)保守基因在该区检测到了与甲烷产生,甲烷氧化相关的克隆子序列的存在,并且不同深度处这两种克隆子序列均同时存在。Methanomicrobiales在整个沉积物柱中占有绝对优势,但在厌氧甲烷区(28-42cm),Rice clusterⅠ是优势菌群,推测该类群可能在厌氧的甲烷氧化过程中发挥了重要的作用。半定量分析表明在珠江口淇澳岛海岸带沉积物中甲烷产生菌的含量为0.99×10~5-5.90×10~5拷贝/克沉积物,占古菌总量的1%-10%左右。 本文对珠江口淇澳岛海岸带沉积物中细菌,古菌,甲烷产生,甲烷氧化过程中微生物的多样性及其在沉积物中的垂向分布进行了研究,分析了海岸带沉积物中微生物在碳,硫循环中的作用。为阐明海岸带生态系统中碳,硫等元素的生物地球化学循环过程提供了参考,同时也为海岸带环境监测提供了生物学方面的指标。……   
[关键词]:珠江口淇澳岛海岸带;环境;微生物多样性;甲烷循环
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:国家海洋局第三海洋研究所2007年