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《中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)》 2018年
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黄、东海大陆架沉积物趋磁细菌的分布与多样性

徐丛  
【摘要】:趋磁细菌(magnetotactic bacteria,MTB)是一类能够沿磁力线运动的特殊细菌,在海洋与淡水生境的有氧-无氧过渡区(oxic-anoxic transition zone,OATZ)中广泛存在。趋磁细菌具有一类特殊的细胞器——磁小体,使之能够感知磁场。趋磁细菌在遗传发育学上分属变形菌门下的α-变形菌纲、γ-变形菌纲、δ-变形菌纲、η-变形菌纲,以及硝化螺旋菌门等。自1975年美国学者Blakemore在Science上报道了趋磁细菌之后,科学家陆续在海洋、湖泊以及土壤等不同生境中发现了形态多样的趋磁细菌,其中对海洋趋磁细菌的研究主要集中在潮间带,对海底沉积物中趋磁细菌的报道较少,尚未有对大陆架趋磁细菌的系统调查研究。本论文结合生态调查、光学显微镜、电子显微镜与高通量测序等手段,对黄、东海大陆架沉积物趋磁细菌进行了系统的生态调查研究,分别研究了趋磁细菌的多样性,水平分布、垂直分布、季节变化,并分析了它们与环境因子的关系。结果显示,无论近岸站位还是远岸站位,趋磁细菌在黄海大陆架沉积物中广泛存在。其中黄海夏冬春三个航次发现趋磁细菌的站位比例分别为27.27%、30.43%、60.00%,平均丰度分别为260 ind./dm3、130 ind./dm3、470 ind./dm3,最高丰度分别为2400 ind./dm3、820 ind./dm3、5000 ind./dm3,均出现在H17(H19)站位(121.33oE,35.00oN)。在大多数站位趋磁球菌占优势,在H17(H19)站位趋磁杆菌为优势。趋磁细菌垂直分布不均,最大丰度位于上层,分别是表层0-2 cm丰度为22 ind./dm3,次表层2-4 cm丰度为19 ind./dm3。随深度增加,趋磁细菌丰度下降,4-6 cm丰度为13 ind./dm3,6-8 cm与8-10 cm的丰度皆为12 ind./dm3,丰度与氧化还原电位相关。研究发现,黄海大陆架沉积物趋磁细菌在水平方向上的丰度主要受沉积物粒度影响,趋磁细菌丰度与沉积物中值粒径呈显著正相关关系。各元素含量或浓度都有随沉积物中值粒径增大而降低的趋势。MTB最高丰度的站位中值粒径远高于其他站位,粒径谱曲线显著异于其他站位,粒径高于190μm的比例至少是其他站位的2倍,其TC、TN、TS、TOC、Fe等含量或浓度也近乎全部是各站位最低。运动对趋磁细菌的生理代谢至关重要,沉积物粒度会影响趋磁细菌的运动空间,进而影响趋磁细菌生存。此外,趋磁细菌更适合寡营养的环境,Cu、Co、Zn等元素会抑制趋磁细菌运动能力,可能也是造成趋磁细菌丰度与沉积物中值粒径正相关的原因。使用通用引物338F与806R以PCR技术扩增细菌16S r RNA基因的可变区V3–V5区并进行高通量测序。测序结果显示,夏冬季黄海趋磁细菌分为72个OTU,其中26个属于α-变形菌纲、7个属于δ-变形菌纲、38个属于硝化螺旋菌门。每个站位有19-46个OTU。夏季与冬季分别发现趋磁细菌序列数为2447、3271,各站位分别有序列71-439条。属于硝化螺旋菌门的趋磁细菌序列比例约75%。硝化螺旋菌门趋磁细菌在黄海大陆架趋磁细菌群落中占绝对优势。在东海大陆架,趋磁细菌在近岸站位与远岸站位都有分布。2014、2016两年的平均丰度分别为2290 ind./dm3、590 ind./dm3。2014年丰度最大值在6-5站位,为11000 ind./dm3,2016年丰度最大值在DH4-4站位,为6500 ind./dm3,两站位位置接近。近岸站位以趋磁球菌为优势菌,而在远岸站位是趋磁球菌和趋磁杆菌同为优势菌。东海沉积物近岸多为黏土质、颗粒小,远岸多为砂质、颗粒大,趋磁细菌受沉积物类型及粒度的影响,在丰度上呈现远岸丰度高、近岸丰度低的趋势。黄、东海大陆架沉积物趋磁细菌的丰度均主要受沉积物粒度影响。本研究首次对大陆架沉积物趋磁细菌进行了较系统生态学调查,研究了解其群落结构与时空分布,首次发现并解释了陆架沉积物粒度对趋磁细菌丰度的影响显著,为寻找海底沉积物趋磁细菌资源提供了重要参考。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:Q938

【参考文献】
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>崔燕 >沈勇
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