海绵作为最古老、最原始的多细胞生物,含有丰富多样的共生微生物群落。微生物可占海绵生物量的40-60%。经过6亿年的协同进化,共生微生物与海绵形成了复杂的共生功能体。共生微生物在海绵宿主的生长发育、新陈代谢过程中扮演重要角色。然而对海绵生活史各阶段样品采集的困难,及缺乏对海绵关键性共生微生物类群的了解,共生微生物在海绵不同发育阶段中功能及其与宿主相互作用方面的研究,未见国内外报道。本论文利用16S rDNA基因高通量测序技术探究“胚胎-幼体-成体”多个生长阶段的苔海绵(Tedania sp.)和美丽海绵(Calllyspongia sp.)共生微生物的群落结构及多样性。结果表明,海绵共生微生物与海水微生物在丰度上有较大差异。无论苔海绵还是美丽海绵,其共生β-变形菌的丰度均高于海水3倍以上。各个生长阶段的海绵均具有较高的微生物多样性。在苔海绵共生微生物测序获得的15098个OTU中,13个仅存在于各个生长阶段的海绵,而在海水中未检测出,称为“海绵特异性微生物”。美丽海绵共生微生物测序获得的14152个OTU中,存在6个海绵特异性微生物。虽然在门的水平上,幼体海绵与成体海绵的共生微生物群落的组成大致相同,但多样性和丰度并不一致,并且在不同阶段均有独特的“阶段特异性”微生物群落。其中,附着前期的苔海绵幼体共生梭状芽孢杆菌(Clostridia)和拟杆菌(Bacteroidia)的丰度达5.6%和2%,而在其他阶段的丰度均低于1%,甚至未检测出。与此类似,这两类菌群在美丽海绵的胚胎期丰度最高,达3.6%和1.6%,附着前期幼体次之,其他阶段的丰度均低于1%。而在成体阶段,苔海绵和美丽海绵的共生蓝细菌(Cyanobacteria)丰度均显著高于幼体阶段和海水,是幼体海绵的2倍以上,海水的10倍以上。在分析阶段特异性微生物类群与宿主生长阶段相关性的基础上,结合前期课题组已分离的海绵共生微生物菌株,我们分别对幼体海绵和成体海绵的特征微生物的功能进行初步研究。一方面,通过添加不同细菌至海绵幼体生活的水体观察幼体附着情况。实验结果表明,多个添加拟杆菌的实验组(Bac组)幼体附着率高于正常海水组的幼体附着率。如拟杆菌Bac2组和Bac3组在104 cfu/mL的浓度下的幼体附着率达22%,显著高于正常海水组的幼体附着率(10%)。添加拟杆菌混合菌的实验组中,Bac1+2+3组在104cfu/mL的浓度下幼体附着率最高,达48%;Bac1+2组在103cfu/mL的浓度下幼体附着率达28%。两个组与正常海水组有极显著差异。根据实验结果,可初步判断拟杆菌对苔海绵幼体的附着有促进作用。另一方面,蓝细菌(Cyanobacteria)在海洋C/N/P循环中具有重要作用,本研究以多聚磷酸盐(polyphosphate,polyP)为切入点,通过荧光定量检测的方法,发现成体苔海绵中多聚磷酸盐含量占海绵干重的0.372 ±0.027%,远高于成体美丽海绵和成体山海绵(0.001-0.005%)。利用共聚焦显微镜我们在成体苔海绵的组织中观察到了大量的多聚磷酸盐颗粒。进一步比较不同海绵共生蓝细菌的丰度,发现在纲水平上,苔海绵的聚球藻(Synechococcophycideae)含量丰富,而美丽海绵和山海绵的Synechococcophycideae含量几乎为零。并且我们从海绵共生功能体的总DNA中扩增出了聚球藻目(Synechococcales)的多聚磷酸盐激酶(ppk)基因,从基因水平上证明与海绵共生的聚球藻能够合成多聚磷酸盐。故推测成体苔海绵生长过程中,共生聚球藻合成多聚磷酸盐作为能量储备供给宿主。