IOCAS-IR  > 海洋生态与环境科学重点实验室
潮间带沉积物海洋趋磁细菌的多样性及特征研究
张蕊
Subtype硕士
Thesis Advisor吴龙飞 ; 肖天
2014-05
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Degree Discipline海洋生态学
Keyword单细胞趋磁细菌 桑葚型多细胞趋磁原核生物 多样性 特征 潮间带
Other Abstract    趋磁细菌(Magnetotactic Bacteria, MTB)是一类能够沿着磁力线运动的革兰氏阴性原核生物,广泛分布于海洋和淡水环境中的有氧-无氧过渡区(Oxic-Anoxic Transition Zone, OATZ)。MTB 形态多样,其中较为特殊的一类是多细胞趋磁原核生物(Multicellular Magnetotactic Prokaryotes, MMPs),它是由多个含磁小体的革兰氏阴性原核细胞有序排列而成的球体或椭球体趋磁生物。本论文结合光镜和电镜技术、生态调查手段、显微操作和分子生物学等技术,分别研究了青岛汇泉湾潮间带沉积物中MTB 的垂直分布特征及与环境因子的关系、荣成月湖潮间带沉积物中单细胞MTB 的多样性和桑葚型MMPs 的特征。其中,汇泉湾属于典型的潮间带类型;月湖则属于一个小型潟湖-潮汐汊道体系,潮汐变化对地质环境影响较小,相对稳定。
    结果显示,汇泉湾潮间带沉积物中的MTB 以趋北型的趋磁球菌占优势,主要分布环境的氧化还原电位为179.7 ~ ﹣107.0 mV,呈弱还原-还原性质,最大丰度出现在氧化还原跃层有氧-无氧过渡区(表层下5-9 cm 黄色-黑色沙界面处);MTB 的垂直变化趋势与粒径、含水率、硫酸盐的变化趋势有一定的相关性。
    荣成月湖北部的潮间带中潮区沉积物中发现了大量的单细胞MTB,丰度可达103-104 个/cm3。菌体形态多样,有球形和卵球形、弧形、螺旋形、长短杆状、椭圆形、柄形和棒形,其中球形和卵球形MTB 占绝对优势。球形和卵球形MTB菌体带有鞭毛束,多平行排列,至末端散开,长度约是菌体大小的1-2 倍,鞭毛束直径约为70.8 ± 14.6 nm。磁小体的排列方式呈现多样化:多数呈链状排列,包括单链、双链和多链;还有呈环状或簇状排列。磁小体的形态也多种多样:多数为棱柱形,主要存在于趋磁球菌中;子弹头形存在于杆状和弧形MTB 中;齿状或片状及立方八面体。以上四类磁小体的成分都是Fe3O4。此外,菌体内还含有数目不等(1-4 个)、大小不同的多聚磷颗粒。
    通过限制性片段长度多态性,分析了88 个克隆,得到14 种不同的序列。经16S rDNA 的系统发育分析,发现13 个菌株属于-变形菌纲,1 个菌株属于γ-变形菌纲;其中10 个新种,4 个新属;优势类群属于未培养的海洋趋磁球菌。10 株菌株与最接近的海洋MTB 的相似性在90.1-96.2 %,低于97 %,表明该海区的单细胞MTB 为新发现的微生物资源。
    桑葚型MMPs 集中分布在潮间带低潮区沉积物表层下5-6 cm 的灰-黑沙层,偏还原性的环境。这类MMPs 是由16-32 个卵圆形细胞呈螺旋形排列而成的球形生物,直径约为5.57 ± 0.91 μm,每个细胞直径约为1.63 ± 0.31 μm;具有圆形的脂质颗粒和周生鞭毛。细胞内同时含有子弹头形Fe3O4和棱柱形Fe3S4的磁小体,多成链(单链或多链)或呈团位于细胞边缘。
    桑葚型MMPs 在沿着磁力线方向的运动中,轨迹呈螺旋形,运动速度约为17-82 μm/s。具有典型的乒乓运动,逆着磁力线漂移和顺着磁力线回归的速度分别约为124±53 μm/s 和93±39 μm/s。用波长为450-480 nm(蓝光)、400-410 nm(紫光)、330-385 nm(紫外光)的激发光照射时,MMPs 很迅速的向与磁力线相反的方向运动,表现为负趋光性。但是,对波长为510-550 nm(绿光)的激发光无明显反应。
    对通过显微操作技术分离和纯化的桑葚型MMPs 进行16S rDNA 的系统发育分析,结果显示这类MMPs 隶属于δ-变形菌纲,与已报道的所有MMPs 相比,至少呈现了2.8 %的序列差异,认为其可能是一个新种,命名为“Candidatus Magnetomorum rongchengroseum”。这是我们首次鉴定了月湖潮间带沉积物中同时含有Fe3O4 和Fe3S4 磁小体的桑葚型MMPs。
    本研究增加和更新了对MMPs 生物学特性的了解和认识,丰富了海洋MTB的种类多样性。有助于认识海洋MTB 对潮间带环境的适应性以及在生物地化循环中的作用。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/18048
Collection海洋生态与环境科学重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
张蕊. 潮间带沉积物海洋趋磁细菌的多样性及特征研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2014.
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