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热带西太平洋深海沉积物微生物多样性及群落结构特征研究

作　者: 张伟
导　师: 李铁刚
学　校: 中国科学院研究生院（海洋研究所）
专　业: 海洋地质
关键词: 热带西太平洋深海沉积物微生物多样性群落结构
分类号: Q938.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

为研究热带西太平洋深海沉积物中微生物的多样性和群落结构特征,我们以PCR技术为基础分别构建了8个不同层位的细菌和古菌16S rRNA基因克隆文库。通过PCR扩增、基因测序、序列大于或等于97%相似度分析及在线杂合子检验,共得到691个细菌有效克隆,261种RFLP(Restriction Fragment Length Polymorphism)带型和181个OTUs(Operational Taxonomic Units);通过对古菌的研究最终获得719个古菌有效克隆,199种RFLP带型和104个OTUs。系统发育分析的结果表明,该研究中的细菌和古菌序列同来源于各种海洋环境的序列具有很好的同源性。细菌分为15个不同的类群,主要以绿弯菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes)为主,其中变形菌门又包括α-、γ-和δ-变形菌纲三个纲。古菌序列均从属于古菌的两个大的分支:Crenarchaeota泉古生菌(76%)和Euryarchaeota广古生菌(24%)。Deep-sea Archaeal Group (DSAG)和Miscellaneous Crenarchaeotic Group(MCG)是研究区域古菌的优势类群。香农威纳指数(H)、辛普森指数(1/D)、均匀度(J)及SChao 1、SACE等多样性指标表明,细菌克隆文库的3051bac4和3051bac8层位多样性最高,而古菌的TWP1层位具有较高的多样性;并且微生物的多样性随着深度的增加呈现一定的梯度变化,这种差异可能受热带西太平洋边界流以及频繁的火山、地震活动的影响。通过系统发育分析和与其他地区的对比发现,热带西太平洋深海沉积物中的微生物类群无论在多样性、还是群落结构与组成上都与秘鲁边缘海1227位点处的微生物类群有很大的相似性,这两个区域虽然横跨东、西太平洋,但在相似的环境条件下也可能形成较为相近的微生物群落。另外,通过研究我们还发现,古菌DSAG和MCG可能是非水合物区某些层位处的优势类群,似乎比以前我们所想象的具有更广泛的生理适应性,它们的空间分布和群落结构可能因环境中地球化学梯度的不同而发生相应的变化。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章前言  9-26
  1 深海微生物的研究进展  9-16
    1.1 深海沉积环境及其特点  9-10
    1.2 深海微生物在海洋生物地球化学循环中的作用  10-12
    1.3 深海沉积物中的细菌和古菌类群  12-14
    1.4 深海微生物的研究现状  14-16
  2 深海微生物的研究方法  16-23
    2.1 原位研究  16-17
    2.2 分离培养法  17
    2.3 荧光显微镜直接计数法  17-18
    2.4 流式细胞术  18
    2.5 脂类分子标志物研究  18-19
    2.6 与PCR技术有关的深海微生物的分子生物学研究方法  19-23
      2.6.1 限制性片段长度多态性分析(RFLP)  20
      2.6.2 末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)  20
      2.6.3 扩增片段长度多态性(AFLP)  20-21
      2.6.4 变性梯度凝胶电泳(DGGE)和温度梯度凝胶电泳(TGGE)  21
      2.6.5 单链构象多态性(SSCP)  21
      2.6.6 克隆基因文库分析法  21-22
      2.6.7 实时定量PCR  22
      2.6.8 随机扩增DNA多态性分析(RAPD)  22
      2.6.9 荧光原位杂交(FISH)  22-23
      2.6.10 PCR引物和PCR技术的偏差  23
  3 热带西太平洋菲律宾海盆地质和水文概况  23-24
  4 本研究的目的和拟解决的科学问题  24-26
第二章材料与方法  26-36
  1 实验材料及仪器设备  26-28
    1.1 样品采集  26
    1.2 环境因子的测定  26-27
    1.3 主要仪器  27
    1.4 培养基  27-28
  2 实验方法  28-36
    2.1 基因文库建立  28-32
      2.1.1 宏基因组DNA提取  28
      2.1.2 细菌和古菌16S rRNA基因PCR扩增  28-29
      2.1.3 PCR产物的乙醇沉淀  29-30
      2.1.4 PCR产物的纯化  30
      2.1.5 纯化后PCR产物的连接  30-31
      2.1.6 重组载体的转化  31-32
    2.2 基因克隆文库及序列测定  32-33
      2.2.1 插入片段的PCR扩增  32
      2.2.2 扩增基因的限制性酶切分析  32-33
      2.2.3 基因序列测定  33
    2.3 基因序列的统计学及系统进化分析  33-36
      2.3.1 统计学分析  33-34
      2.3.2 多样性指数分析  34-35
      2.3.3 基因序列的系统进化分析  35
      2.3.4 基因序列的提交  35-36
第三章热带西太平洋深海沉积物微生物多样性研究  36-57
  1 实验结果  36-50
    1.1 样品地质地球化学特征  36-37
    1.2 细菌多样性和系统进化分析  37-44
      1.2.1 细菌基因克隆文库的统计学分析  37
      1.2.2 覆盖率和多样性指数分析  37-39
      1.2.3 聚类分析  39-40
      1.2.4 细菌基因序列及系统进化分析  40-44
    1.3 古菌多样性和系统进化分析  44-50
      1.3.1 古菌基因克隆文库的统计学分析  44
      1.3.2 覆盖率和多样性指数分析  44-45
      1.3.3 聚类分析  45-46
      1.3.4 基因序列及系统进化分析  46-50
  2 讨论  50-57
    2.1 热带西太平洋与秘鲁边缘海沉积环境微生物类群的比较  50-51
    2.2 细菌类群与环境的相关性  51-53
    2.3 古菌类群与环境的相关性  53-57
总结  57-58
参考文献  58-70
致谢  70-71
个人简历  71
在学期间发表的学术论文与研究成果  71-72
附录  72-74

热带西太平洋深海沉积物微生物多样性及群落结构特征研究

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