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热带太平洋深海微生物的生理生态特征

裴耀文  
【摘要】:本文研究的175份样品,分别于2001年5月到2003年11月期间,经由中国大洋协会环境项目和科技部“973”项目的“DY105-11”、“DY105-13”和“DY105-12,14”3个航次与中-法合作项目WEPAMA航次,采自于热带太平洋西部(“暖池”区)、中部和东部(多金属结核区)水深1193米至5660米的洋区。一方面,采用荧光显微镜直接计数的方法测定了大洋水体及沉积物的细菌数量;利用高精度的电位滴定仪,通过Winkle法,测定微生物的生态呼吸率。另一方面,分离、培养微生物菌株,使用酶标仪检测它们对环境因子(温度、盐度、pH值)的适应情况,并进行了统计分析;采用Biolog微生物鉴定系统,进行了菌种鉴定和它们对95种碳源的利用能力分析。同时,还开展了深海微生物抗铬作用的初步应用研究。通过上述技术路线,研究大洋特别是深海微生物的生理生态特征,探讨其对深海环境物质循环的作用,为研究西太平洋“暖池”区对全球变化的影响和洋底多金属结核开采活动可能产生的环境效应,提供微生物学参数,同时为开发利用深海微生物资源,打下初步基础。 试验结果显示,调查海区水体细菌数量(单位:cells/cm~3)处于2.19×10~3-1.21×10~6之间,沉积物细菌数量则在3.64×10~5-2.17×10~8的范围内,上覆水中的细菌数量(3.54×10~4-1.52×10~5)相对于底层水有明显升高趋势,它们的几何平均值分别为3.20×10~4、6.13×10~6和6.94×10~4。表层200m水柱的细菌生物量(单位:mg/m~2)为232,底层200m则为29.2,二者相差近8倍。沉积物表层1cm的细菌生物量几何平均值5.98,0-18cm为25.2。大洋水柱中细菌数量最高值出现在200米以内的真光层中,沉积物的各层次中则表现为表层的丰度最高,反映了大气-海水和海水-沉积物界面丰富的物质交换作用。水平方向上,比较了西太、中太和东太三个区域的细菌生物量分布,西太平洋暖池区表现出海水水柱和沉积物表层的最大值。 对热带太平洋水体微生物的生态呼吸率[单位:μgO.(dm~(3.)d)~(-1)]测定结果显示:3000m水层为18.45,底层200m水柱10.59,上覆水的平均值为40.74;进而计算出微生物对有机碳的矿物化速率[单位:μgC.(dm~(-3.)d)~(-1)]分别为:3000m水层5.314,底层200m水柱3.050,上覆水11.73,与相应生物量相比,上覆水 摘要 的微生物呈现了相当高的矿物化速率。 对31株可培养微生物在不同环境条件下进行的生长特性研究表明,严格意 义上的狭适性微生物数量约占总数的1/3,而微生物具有较宽生态幅(eeological amplitude)的广适性(eurytr叩i。)微生物占有很高比例,这与采样、保存、培 养等操作过程引起的微生物各种生存环境的变化有关。而另一方面,耐冷菌 (psyehrotrophs)有25株(可在4oC生长),30株菌株偏向于有盐条件生长,11 株中度嗜盐(可在盐度100或以上生长),抗碱菌(alkalitolerant)有23株(可 在pH值10.2生长),这些情况又与海洋中的天然环境低温、含盐、偏碱相一致。 在21株阳性菌、8株阴性菌和2株酵母菌中,Biolog共鉴定得出12个鉴定 结果,包括各不相同的8个种的阳性菌、2个种的阴性菌和2个种的酵母菌,沉 积物中发现的革兰氏阳性菌分别属于红球菌属(Rh口dococcus),葡萄球菌属 (及即妙loeoceus),棒杆菌属(CO恻ebacrersum),短杆菌属(刀理vibacterium)。 得出了微生物对95种碳源底物的利用能力数据,不同菌株可利用碳源的数目从 3种到46种不等,但利用比例都小于50%;另一方面,发现有8种碳源(如D- 果糖、醋酸、唬拍酸甲醋、丙三醇等)可被一半以上的菌株所利用。基于测试菌 株的碳源利用数据,进行了数据库自建及群落系统分析,以线性树图或立体群落 图表的形式显示了菌株之间的关系。 在太平洋5291米深海沉积物分离到一株抗Cr(VI)细菌Yl,它能够在含有 200mg/LCr(VI)的PYG海水培养基中有氧生长,并能够在较高的细胞浓度(大于 3.0 x 109 eells/em,)下还原六价铬。该菌株在20oC、pH7、盐度34时可达到菌 体的最大生长量。Cr(VI)还原的最佳条件并不完全与最佳生长条件相符,氧气促 进了菌体生长却抑制Cr(VI)的还原。采用PCR扩增获得的该菌165 rRNA片段, 核昔酸序列分析结果表明,其165 rRNA的核昔酸序列与只沙动厂口bacter Pacjfz’censjs的同源性可高达98.935%。


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