【摘要】：微生物多樣性是微生物生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn),了解一個(gè)地區(qū)的微生物多樣性及其群落結(jié)構(gòu),有助于我們了解微生物在此地區(qū)發(fā)揮的功能作用。深海熱液被認(rèn)為是地球上環(huán)境最為惡劣的地區(qū)之一,但卻存在著豐富多樣的微生物,它們都是什么,又發(fā)揮著什么樣的作用?這些都令科學(xué)家們心馳神往。本文利用2014年“科學(xué)號(hào)”沖繩海槽熱液航次獲得的沉積物及大型生物樣品,分別采用培養(yǎng)方法和非培養(yǎng)方法對(duì)其中的微生物多樣性進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上,我們對(duì)沉積物中的可培養(yǎng)微生物生物活性進(jìn)行了檢測,并對(duì)發(fā)現(xiàn)的兩株潛在新菌進(jìn)行了多相分類學(xué)研究。除此之外,借助于高通量測序技術(shù)和克隆文庫技術(shù),探究了深海熱液大型生物共生微生物的構(gòu)成及碳代謝機(jī)制。采用多種培養(yǎng)方式,我們從沖繩海槽兩個(gè)熱液區(qū)沉積物中分離細(xì)菌213株,其中128株來自伊平屋脊熱液區(qū),85株來自伊平屋北熱液區(qū)。通過16S rDNA鑒定,這些菌分布在4個(gè)門,5個(gè)綱,12個(gè)目,22個(gè)科,33個(gè)屬,96個(gè)種。γ-變形菌綱在兩個(gè)熱液區(qū)均占主導(dǎo)地位,共有146株,其次是芽孢桿菌綱,有53株;其它的包括α-變形菌綱9株和黃桿菌綱3株;放線菌綱有2株,只在伊平屋脊熱液區(qū)發(fā)現(xiàn)。我們分析這些分離株的蛋白酶、脂肪酶及抗菌活性,發(fā)現(xiàn)44株至少表現(xiàn)出一種活性/抗性。其中來自于9個(gè)屬的25株菌表現(xiàn)出胞外蛋白酶活性,來自11個(gè)屬的21株菌表現(xiàn)出胞外脂肪酶活性,來自8個(gè)屬的11株菌具有抗菌活性。這些結(jié)果表明熱液細(xì)菌具有潛在的工農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥應(yīng)用價(jià)值。我們自環(huán)境微生物中發(fā)現(xiàn)了兩株潛在新菌,并對(duì)其進(jìn)行了多相分類學(xué)研究。其中一個(gè)菌株S6為革蘭氏陽性桿菌,屬于Domibacillus屬,與之16S rDNA序列相似度最高的模式菌株是D.robiginosus(98.6%),其次是D.indicus(97.6%),D.enclensis(97.6%)和D.tundrae(97.6%)。DNA-DNA雜交分析表明,菌株S6與相近的模式菌株的DNA-DNA雜交值均小于70%。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)菌株S6與相似模式菌株在細(xì)菌形態(tài)、生理生化等表型特征上存在一定差別。這些結(jié)果表明菌株S6屬于Domibacillus屬的一個(gè)新種,命名為Domibacillus iocasae sp.nov,該種的模式菌株為S6(=DSM 29979=CCTCC AB 2015183)。我們發(fā)現(xiàn)的另一潛在新種為菌株S61,是革蘭氏陰性菌。基于16S rDNA的系統(tǒng)發(fā)育分析表明菌株S61屬于Algoriphagus屬,與之序列相似度最高的模式菌株為A.lutimaris(98.12%),A.halophila(98.12%),A.chungangensis(97.95%)和A.aestuarii(97.35%)。菌株S61與相近的模式菌株的DNA-DNA雜交值均小于70%,并且其與相似模式菌株在細(xì)菌形態(tài)、生理生化等表型特征上不同。這些結(jié)果表明菌株S61屬于Algoriphagus屬的一個(gè)新種,命名為Algoriphagus iocasae sp.nov,該種的模式菌株為S61。熱液共生微生物是熱液微生物的重要組成部分。阿爾文蝦是沖繩海槽熱液區(qū)常見的一種蝦類。目前對(duì)阿爾文蝦共生微生物的群落結(jié)構(gòu)及功能報(bào)道還非常有限。本文采用高通量測序技術(shù)和克隆文庫技術(shù)首次對(duì)熱液阿爾文蝦鰓和腸道共生微生物的群落結(jié)構(gòu)及碳固定途徑進(jìn)行了比較研究。我們發(fā)現(xiàn)盡管兩個(gè)組織內(nèi)的群落組成相似,但某些細(xì)菌組成豐度存在很大差異。ε-變形菌綱在鰓中的豐度要高于腸道,而γ-變形菌、梭狀芽孢桿菌綱(Clostridia)正好相反。我們進(jìn)一步分析了鰓和腸道中的微生物的碳固定途徑,發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)組織內(nèi)均存在卡爾文本森循環(huán)和還原性三羧酸循環(huán)途徑中重要酶的編碼基因,其豐度在鰓中明顯高于腸道內(nèi)。這些結(jié)果表明鰓和腸道至少同時(shí)存在兩條固碳途徑,并且鰓內(nèi)微生物可能有更高的自養(yǎng)生產(chǎn)力。
【圖文】：

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)海底熱液活動(dòng)是一種全球性的地質(zhì)現(xiàn)象。目圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)熱液區(qū) 500 個(gè)左右，分布情況如圖 1-1 所示。我國從 198加海底熱液研究，并于 2006 年首次獨(dú)立的在印度洋探測到新的熱液區(qū)了熱液硫化物、沉積物及生物等樣本。

深海熱液活動(dòng)是底層海水通過海底的洋殼縫隙滲透到地殼深部，被炙熱的巖漿、玄武巖或新生的地殼蛇紋石化時(shí)放出的熱量加熱，然后再沿洋殼縫隙上升，在海底溢出或噴涌而出的現(xiàn)象（圖1-2）。海水可滲透到洋殼深處達(dá)2至3千米，被蛇紋石化階段加熱的流體溫度可高達(dá)600 ℃，海底噴口處的流體的溫度可達(dá)到300 ℃左右。海水在下滲過程中與熾熱的巖漿或巖石發(fā)生水-巖反應(yīng)，會(huì)淋濾出多種金屬元素（如金、鐵、鋅、銅等），并生成多種氣體（如H2S、CO2、H2和CH4等）。熱液流體上升至噴口處與冰冷的海水混合，又會(huì)使其中很多的可溶性化合物沉淀出來，這一反應(yīng)會(huì)形成熱液煙囪結(jié)構(gòu)，包含大量的鐵、銅及鋅的硫化物。熱液噴口周圍形成兩個(gè)梯度帶，一個(gè)是熱液流體與周圍冰冷海水熱交換形成的溫度梯度帶
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(海洋研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q93

【參考文獻(xiàn)】

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1 范興利;;海底黑煙囪成礦過程及其與生命起源研究評(píng)述[J];中山大學(xué)研究生學(xué)刊(自然科學(xué).醫(yī)學(xué)版);2013年01期

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1 黃丁勇;林榮澄;牛文濤;;深海熱液活動(dòng)及熱液生物群落研究概述[A];福建省海洋學(xué)會(huì)2012年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

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本文編號(hào)：2584613