东海陆架表层沉积物微生物多样性及群落结构研究

【摘要】本研究采集了东海陆架三个站点（DH9，DH13，DH18）的12个沉积物样品，参照海底沉积物化学分析方法，获得了总碳（TotalCarbon,TC）、总氮(TotalNitrogen,TN)、总磷(TotalPhosphorus,TP)、总有机碳(TotalOrganicCarbon，TOC)、总无机碳(TotalInorganicCarbon，TIC)五个环境理化指标；通过构建克隆文库的分子生物学方法，分析了细菌、古菌16SrDNA以及真核微生物18SrDNA序列，构建了细菌、古菌、真核微生物的系统进化树，同时利用R软件对微生物群落结构与环境因子进行相关性分析，由此对东海陆架表层沉积物细菌、古菌和真核微生物的多样性、群落结构以及生态学意义有了初步了解。细菌多样性及其系统发育组成的结果表明：东海陆架沉积物样品中的细菌16SrDNA克隆序列归属于变形菌纲（Proteobacteria）、绿弯菌纲（Chloroflexi）、浮霉菌纲（Planctomycetacia)、放线菌纲（Actinobacteria）、酸杆菌纲（Acidobacteria）、拟杆菌纲（Bacteroidetes）、黄杆菌纲（Flavobacteria）芽孢杆菌纲（Bacilli）、螺旋体纲（Spirochaetes）、蓝细菌纲（Cyanobacteria）、疣微菌纲（Verrucomicrobiae）、硝化螺旋菌纲（Nitrospira）、芽单胞菌纲（Gemmatimonadetes）、球菌纲（Deinococci）、梭菌纲（Clostridia）等15个类群，其中变形菌纲（占总克隆数的33%）、绿弯菌纲（占总克隆数的9%）、浮霉菌纲（占总克隆数的9%）为该区域的优势菌群，尤以γ-变形菌纲为最（占克隆数的15%），另外还有14%的细菌16SrRNA基因序列与NCBI已知序列相似度较低，这些序列可能属于至今尚未发现的一些新的微生物种类。不同站点间细菌多样性不同，DH9细菌多样性小于DH13和DH18。从获得的克隆来源看，大多数细菌克隆来源于第二层（3-5cm）和第三层（5-8cm）样品中。从主成分（PrincipalComponentsAnalysis，PCA）分析结果看各细菌类群分布也存在着密切联系，梭菌纲与芽孢杆菌纲的分布成正相关，而绿弯菌纲与酸杆菌纲的分布关系就相对较远。从冗余分析（RedundancyAnalysis，RDA）结果来看，不同的环境因子对细菌多样性的影响程度不同，同一环境因子对不同的微生物类群影响也不同，TP与TN的分布对细菌多样性分布的影响大于总无机碳含量TIC和TC，TN含量与ε-变形菌纲分布正相关，而与芽孢杆菌纲负相关。古菌16SrDNA文库种群分别来自两个大类：泉古生菌(Crenarchaeota)和广古生菌(Euryarchaeota)。泉古菌的克隆数量为东海陆架沉积物中的优势古菌类群（占总克隆数的45%），包括MCG(MiscellaneousCrenarchaeoticGroup)，MGI(MarineCrenarchaeoticGroupI)，MBGB(MarineBenthicGroupB)，MCGI（MiscellaneousCrenarchaeoticGroupI）四个类群；广古菌占总克隆数的26%，包括九个类群MBGD(MarineBenthicGroupD)，Methanosarcinales，VALⅢ，MBGE(MarineBenthicGroupE)，Haloarchaea，MGⅡ(MarineCrenarchaeoticGroupⅡ),ANME-3(AnaerobicMethanotrophs3)，ANME-1(AnaerobicMethanotrophs1)，SAGMEG(SouthAfricanGoldMineEuryarchaeoticGroup)；还有29%（占85个克隆）的序列通过在NCBI数据库中没有与其相似的序列，我们推测其可能是一些新的古菌类群。从古菌在三个站点中的分布来看，近海（DH9、DH18）区域的沉积物中古菌类群大于远海（DH13）。泉古菌在三个站点中多样性种类趋于一致。从分层样本的克隆统计来看，除DH9外，其余两个站点中沉积物从表层到底层，古菌中的优势菌群由MGI转变为MCG，这与DH9处于河口位置，环境变化较为明显相关。广古菌类群在不同站点中的多样性则存在较大差异。从PCA的结果可以看出MGⅡ、VALⅢ、MBGB三者的分布呈现高度一致，MCG、MBGE、Methanosarcina、MBGD在三个站点中的分布趋于一致，且都倾向于分布在DH18。RDA结果显示：从整体分布上来看TC和TIC含量对古菌群落结构的影响远小于TP和TN的影响。TN对MBGD的分布以及TP对MCG分布都存在明显的正相关。真核微生物种类主要包括原生动物（Protozoa）、真菌(Fungus)、多细胞真核微生物(MulticellularMicroorganisms,MM)以及少量藻类(Algae)，其中主要以原生动物、真菌的克隆为主。三个站点都具有较高的真核微生物多样性，DH13真核微生物多样性最高，DH18次之，DH9多样性最低，说明真核微生物在东海陆架沉积物中的分布规律是近海岸或者河口地区的多样性较低，随着远离海岸线沉积物中的多样性逐渐增高。从三个站点的统计情况看，原生动物主要倾向于存在浅层沉积物，而真菌和部分多细胞微生物主要存在相对较深的沉积物层中。PCA结果显示真菌和藻类在三个站点中的分布状况接近，两者的克隆都主要来自DH9，多细胞真核微生物主要存在于DH13，原生动物的克隆主要来源于DH13和DH18。RDA分析结果显示：TC、TIC、TN、TP对真核微生物四个大的类群都具有较为明显的影响。TC含量与多细胞真核微生物和真菌的分布成较为明显的相关性；TN的含量与藻类的分布成明显负相关，同时TP与多细胞真核微生物也成明显负相关。说明多细胞微生物和藻类倾向于利用此区域的碳，而此浓度下的氮和磷含量对其分布具有不利作用。
【作者】陶诗；
【导师】王健鑫；
【作者基本信息】浙江海洋学院，海洋生物学，2014，硕士
【关键词】东海陆架沉积物；细菌；古菌；真核微生物；多样性；群落结构；

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