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陆地热泉及深海热液沉积物生境中的嗜热菌多样性研究

张心齐  
【摘要】:地球上的各种热环境孕育了嗜热微生物的多样性,而陆地热泉和深海热液口正是其中最为典型的模式生境,本论文以获取嗜热菌种质资源为主要目的,分别针对这两类地热生境中的原核微生物群落进行了分析。 首先针对我国川西、东南沿海、辽东半岛、汾渭盆地和北天山五个水热活动密集带以及热泉出露密度相对较低的南天山地区和帕米尔高原东坡分别采集热泉样品,并以常规的微生物可培养化技术分离嗜热菌菌株,构建了包含138株中度至极端嗜热细菌的菌株库。 以16S rRNA基因序列为基础分析各菌株间的系统发育关系,结果表明,分离自各个热泉样品的菌株均分布于Geobacillus,Anoxybacillus,Brevibacillus,Thermus或Meiothermus属。同时,各个热泉样品的细菌群落均以广义芽孢杆菌类群中的Geobacillus或Anoxybacillus菌株为优势菌群。鉴于不同地热带间的地域分割,各热泉样品间的嗜热细菌物种多样性具有一定的差异。此外,酶学特征检测结果表明,所分离的嗜热芽孢杆菌具有突出的种内多样性,其中的部分菌株在生物技术领域,如工业生物催化(嗜热酶应用)、生物降解(环境治理)方向具有较大的应用潜力。 于我国东南沿海地热带和辽东半岛地热带的热泉样品中各分离到一个G~-疑似新种,通过多相分类方法分别对其进行鉴定和描述,建立了两个具有中国地热环境背景的嗜热细菌新种,分别命名为Meiothermus cateniformans sp.nov.(typestrain LY1~T=CGMCC 1.6990~T=JCM15151~T,reference strain L462=CGMCC1.6989=JCM 15150)以及Thermus arciformis sp.nov.(type strain TH92~T=CGMCC 1.6992~T=JCM15153~T,reference strain TH91=CGMCC 1.6991=JCM15152)。同时在川西地热带分离到一株嗜热芽孢杆菌3nP-4,基于16S rRNA基因全长序列的系统发育分析结果显示,该菌株为Anoxybacillus属的疑似新种,并代表了该世系中分支最深的种系。 其次针对东太平洋海隆13°N热液活动区的沉积物样品(12°42′40″N,103°54′25″W),采用非培方法进行原核微生物群落分析,即直接从环境宏基因组中克隆多样性的16S rRNA基因,并随机挑选102个有效克隆构建16S rRNA基因文库,其中细菌克隆52个,古菌克隆50个。 剔除所有16S rRNA基因序列中可能存在的嵌合体和异常序列并进行系统发育分析,以系统发育关系以及序列相似性(>97%)为依据,将102个克隆划分为40个种系型,其中细菌种系型26个,古菌种系型14个,分别分布于泉古菌门(包括非培类群marine groupⅠ)、广古菌门(包括非培类群marine groupⅡ)、α-变形菌纲、γ-变形菌纲、硬壁菌门、浮霉菌门、芽单胞菌门、放线菌门、酸杆菌门和细菌非培类群candidate division OP11等10个世系中。其中,广古菌和γ-变形菌为沉积物样品中的优势群体,而芽单胞菌则为首次在深海热液沉积物生境中发现。 于热液沉积物中发现四个潜在的新种系型,分别对其克隆序列进行全长测定,同时进行嵌合体和异常序列的检测,结果表明,这些种系型的代表序列均为有效序列。而进一步的序列比对分析结果显示,其中的两个种系型(EPR7-21、EPRJ22)分别代表了新的未知的古菌世系和细菌世系,而另两个(EPR7-8、EPR1-9)则代表了新的广古菌种系型。


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