珠江口淇澳岛海岸带沉积物样品参与甲烷循环和氮循环相关微生物的群落结构及其它们与环境相互关系的研究

【摘要】： 淇澳岛位于珠江口伶仃洋,是珠江出海口的第一道大门,珠江口淇澳岛附近水域位于陆海交汇处,沉积物富含有机质,为微生物提供了充足的碳氮源。本文对采集自珠江口淇澳岛海岸带沉积物样品进行了分子生态学调查及微生物培养,研究了样品中参与碳循环,氮循环及硫循环过程中微生物的多样性及群落结构并对它们与环境的关系进行了分析。 对采集自珠江口淇澳岛海岸带沉积物样品,通过构建环境样品的甲烷产生及甲烷氧化相关微生物16SrRNA克隆文库,16SrRNA序列测定、系统发育分析以及采用T-RFLP分析的方法,调查了珠江口淇澳岛海岸带沉积物参与甲烷循环的微生物群落结构及垂直分布情况。沉积物样品中甲烷产生及甲烷氧化相关微生物主要有三大类:Methanosarcinales/ANME,Methanomicrobiales和Methanosaeta,其中Methanosarcinales/ANME类群的克隆子占优势为42%,Methanomicrobiales类群的为32%,Methanosaeta类群克隆子所占比例为19%。甲烷产生及甲烷氧化相关微生物16SrRNA克隆文库和甲基辅酶M还原酶(mcrA)克隆文库的多样性分析均暗示了ANME-2类群在低甲烷渗漏珠江口淇澳岛海岸带沉积物厌养甲烷氧化中的重要作用;该沉积物甲烷产生菌主要是利用CO_2/H_2。T-RFLP的分析结果表明,随着深度的变化,菌群结构发生了变化:上层沉积物CO_2/H_2利用型的甲烷产生菌占优势,中层醋酸利用型的甲烷产生菌占优势,下层甲基利用型的甲烷产生菌和参与厌养甲烷氧化菌占优势。 采用硫酸盐还原菌特异的异化型亚硫酸盐还原酶(dissimilatory sulfitereductase,dsr)保守基因检测硫酸盐还原微生物群落结构,结果没有发现与ANME类群相偶联的Desulfosarcina,Desulfococcus和Desulfobulbus序列。我们推测该沉积物中厌养甲烷氧化作用并非是已知的甲烷氧化微生物和硫酸盐还原菌相偶联作用的结果。Desulfobacteraceae和Syntrophaceae这两个类群的克隆子只存在于SMTZ,分别占SMTZ克隆子的16.3%和26.5%,并且占了沉积物总克隆子数的42.8%,我们推测deltaproteobacterial类群的微生物在珠江口地区厌氧甲烷氧化及有机物降解中起着重要作用。 采用Q-PCR方法对mcrA和dsrA基因的定量结果显示它们的变化趋势与沉积物柱的地化参数-硫酸盐和甲烷浓度变化特征是相关的。 基于氨氧化酶功能的基因,我们采用实时定量PCR,克隆和测序等分子生物学手段调查了珠江口淇澳岛海岸带两个位点沉积物氨氧化菌的数量和组成。定量结果表明珠江口淇澳岛海岸带沉积物中氨氧化古菌在数量上占优势,这为氨氧化古菌在河口沉积物的数量在氨氧化微生物中占据优势提供了另一个证据。对于7号位点我们在分子水平上进行了组成分析,氨氧化细菌主要是亚硝化单胞菌属占主导,在表层和下层氨氧化古菌显示了相似的丰度但菌群结构明显不同。来自于表层(0-4cm)的序列中52.2%属于“water column/sediment”簇,47.8%属于soil/sediment”簇,而来自于下层(16-30cm)的序列大部分(93.3%)属于soil/sediment”簇,只有6.7%属于“water column/sediment”簇。这些氨氧化微生物序列与来自于河口区的序列有着较高的相似性暗示了尽管存在着地理差异,但相似的河口环境可能有着相似的氨氧化微生物类群。而无氧区amoA的大量存在暗示了这些古菌可能在珠江口厌氧环境下发挥了其他重要作用。 参与碳循环,氮循环及硫循环的相关微生物文库的分析结果表明,这些克隆子序列多数与富含颗粒,厌氧环境相关,与多环芳烃,长链烷烃等有机物的降解有关,从一侧面反映了该地区环境污染现状。 除了对样品进行相关微生物的多样性分析,我们还通过富集甲烷产生菌试图得到微生物纯培养以进一步阐释它们与珠江口这一特殊环境的相互关系。 综上,本文对珠江口淇澳岛海岸带沉积物进行了微生物生态多样性研究及传统微生物培养,从生物学的角度探讨了微生物在珠江口地区碳氮硫的生物地球化学循环中的重要作用,弥补了目前对珠江口地区仅局限于地球化学方面的调查的不足,丰富了低甲烷渗漏区甲烷产生与氧化相关微生物及河口区氨氧化微生物的群落结构及丰度的认识。 【关键词】：珠江口淇澳岛 微生物多样性 富集培养 碳 氮 硫循环
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X172
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 前言12-32
• 1 珠江口概况12-14
• 2 微生物多样性与环境相互关系研究14-16
• 3 海洋微生物16-23
• 3.1 海洋微生物研究进展16-19
• 3.2 微生物在海洋生物地化循环中的作用19-23
• 4 微生物分子生态学研究的主要方法23-30
• 4.1 环境样品中核酸的直接抽提24
• 4.2 基于PCR技术的研究方法分析微生物群落结构24-27
• 4.3 微生物定量技术27-28
• 4.4 生物标志化合物和同位素示踪法28-29
• 4.5 宏基因组工程29-30
• 4.6 环境基因组芯片30
• 5 本论文的思路,目的和意义30-32
• 第一部分:珠江口淇澳岛海岸带沉积物甲烷代谢及硫酸盐还原相关微生物群落分析及与环境的相互关系研究32-62
• 1 材料与方法33-42
• 1.1 材料33-36
• 1.2 基本方法36-42
• 2 结果与讨论42-58
• 2.1 珠江口淇澳岛海岸带沉积物甲烷,硫酸盐含量垂直分布情况42-43
• 2.2 珠江口淇澳岛海岸带沉积物甲烷产生与甲烷氧化相关微生物多样性和垂直分布情况43-48
• 2.3 基于mcrA对珠江口淇澳岛海岸带沉积物甲烷产生菌多样性的分析48-51
• 2.4 珠江口淇澳岛海岸带沉积物硫酸盐还原菌多样性和分布情况51-54
• 2.5 Q-PCR检测mcrA和dsrAB基因在珠江口淇澳岛海岸带沉积物不同深度的含量54-55
• 2.6 甲烷产生菌富集培养55-58
• 3 小结58-62
• 3.1 珠江口淇澳岛海岸带沉积物甲烷产生与甲烷氧化,硫酸盐还原相关微生物群落结构分析及其它们与环境相互关系的探讨58-60
• 3.2 微生物多样性分析方法探讨60-62
• 第二部分:珠江口淇澳岛海岸带沉积物氨氧化微生物群落分析及与环境的相互关系研究62-81
• 1 材料与方法63-70
• 1.1 材料63-67
• 1.2 基本方法67-70
• 2 结果与分析70-78
• 2.1 珠江口淇澳岛海岸带沉积物的化学参数测定结果70-71
• 2.2 珠江口淇澳岛海岸带沉积物的古菌和细菌amoA定量与多样性分析71-78
• 3 讨论78-81
• 总结与展望81-82
• 参考文献82-90
• 附录90-91
• 致谢91

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