我国黄、东海典型生态过程中的微生物群落结构

【摘要】：海洋微生物群落多样性研究是了解海洋微生物在生态系统中的分布及其功能的前提。为了更好的了解微生物与环境之间的相互作用,特别是微生物群落对生态过程的响应,本论文应用分子生物学技术(PCR-DGGE和16S rDNA克隆)对典型海区和特殊生态过程中微生物群落结构变化进行了研究。 为了更好地了解细菌群落对浮游植物水华事件的响应,利用分子生物学技术对黄海中部春季浮游植物水华过程中的细菌群落结构首次进行了调查。在2007年航次中,研究了春季水华过程中的细菌群落结构。两种分子生物学方法的统计分析和系统进化分析表明不仅水华站和水华过后站之间的细菌群落组成不同而且水华站的水华期和水华消亡期之间的细菌群落组成也表现出不同。在门(phylum)的水平上,水华站细菌群落的优势菌群是Alphaproteobacteria, Cytophaga-Flavobacteria-Bacteroides (CFB)和Gammaproteobacteria,而水华过后站的优势菌群则为Alphaproteobacteria和Gammaproteobacteria。在目(order)的水平上,水华过后站没有观察到明显的优势细菌类群,相比之下,水华站观察到了优势细菌类群,并且随着水华发生的过程,这些优势类群会发生变化。Rhodobacterales (主要是Roseobacter)和Flavobacteriales (主要是Flavobacterium)是水华发生期间的优势细菌类群,而Roseobacter成为水华消亡期唯一的优势类群。从生物地理的角度来看,黄海水华相关的细菌群落结构类型与世界其他海域浮游植物水华的是相似的,这表明某些特异的细菌类群广泛的出现在世界不同海域的浮游植物水华过程中。结合过去关于浮游植物水华期间的细菌群落研究,本研究的结果表明Rhodobacterales和Flavobacteriales作为浮游植物水华相关的优势细菌类群具有全球分布的特点,表明这两个类群在浮游植物水华事件中扮演着重要的角色。2009年的航次中,在2007年的研究基础上更关注春季水华过程中细菌群落多样性的时间尺度及垂直尺度的变化以及环境因子对细菌群落分布的影响。通过对DGGE图谱中条带分布的聚类分析发现在两个水华站都观察到了细菌群落多样性的时间尺度上的变化,但是垂直尺度上的变化只在其中一个水华站(B20站)观察到。此外,用典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)的方法研究了环境因子对细菌群落分布的影响,表明硅酸盐、盐度和水深对细菌群落组成具有显著地影响。DGGE条带测序结果表明黄海中部春季浮游植物水华过程中的优势细菌群落类群与2007年的一致,为Alphaproteobacteria,Gammaproteobacteria和CFB。 富营养化及其导致的藻类暴发对近岸生态系统带来了严重的环境问题,但是对微生物群落的影响仍不是很清楚。本论文研究了浒苔(Ulva prolifera)藻体表面及胶州湾浒苔绿潮暴发区域海水中的细菌群落结构。克隆文库的统计分析表明两个时期(浒苔旺盛期和凋亡期)的藻体表面的细菌群落结构没有表现出显著的差异。藻体表面的细菌群落的优势类群是Alteromonadales,Flavobacteriales,和Rhodobacterales。四个海水样品( A-/B-/C-/D-SW )中都检测到了Gammaproteobacteria,Alphaproteobacteria和CFB,然而这三类菌群在四个样品中的分布不同,在特定的样品中伴随着特定细菌类群的出现,导致细菌群落组成随绿潮发生过程而发生变化。优势细菌类群在A-SW中为Alteromonadales和Rickettsiales,B-SW中为Flavobacteriales和Alteromonadales,C-SW中为Alteromonadales和Campylobacterales,D-SW中为Rickettsiales,Rhodobacterales和Flavobacteriales。某些特异的优势类群出现在特定的海水样品中,例如C-SW中出现的Campylobacterales和D-SW中的Actinobacteria。这一研究结果将有助于深入了解理解Ulva绿潮对微生物群落的影响。 人类活动近年来给近岸生态系统带来的压力越来越大,为了了解对微生物群落结构的影响,本论文研究了受人类活动影响巨大的胶州湾海湾生态系统中微生物群落结构在不同季节群落多样性及其与环境因子的关系。DGGE条带数目和Shannon-Wiener多样性指数(H′)的结果都显示8月份样品的细菌类群多样性最高而11月份样品的最低。根据DGGE条带有无对样品进行聚类分析,结果表明,从时间上看,四个月份的样品各自聚为一个分支,四个月份样品的菌群结构变化较为明显,呈现一定的季节性变化;在空间上看,各样品的空间分布在不同的月份表现出不同的分布格局。胶州湾海水样品的细菌类群主要有Gammaproteobacteria (40%),Alphaproteobacteria (16%),CFB (16%),Actinobacteria(12%),Actinobacteria (4%),Planctomycetes(4%),Firmicutes (4%)和Unclassified bacteria (4%)。CCA分析表明温度、磷酸盐和总氮是影响细菌群落组成最显著的环境因子,表明富营养化对细菌群落结构有显著影响。 长江口是重要的海陆交界处,环境复杂多变,有季节性的低氧现象,古菌群落是如何响应如此多变的环境条件的,这对于理解河口生态系统的结构和功能是很重要的。本论文分析了6月、8月和10月长江口低氧区及毗邻海域五个站点的古菌群落结构以及环境因子对群落结构的影响。对DGGE图谱的聚类分析揭示古菌群落多样性的时间变化,结果表明10月份的样品聚在一起,与6月份和8月份的分开。DGGE条带测序结果表明长江口低氧区及毗邻海域的优势古菌群落类群为Euryarchaeota (主要是Marine Group II)和Crenarchaeota。CCA的结果表明盐度影响古菌群落结构组成的关键环境因子,溶解氧对其影响不显著。 通过本论文的实验,初步认识到不同的生态过程有其特定的微生物群落结构特点,微生物群落组成对特定的生态过程作出积极响应,同时发现环境因子对微生物群落分布有显著地影响,并且在不同的生态过程中对微生物群落分布的控制因子不同。