南海海域海水和沉积物中细菌多样性和分布特征

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jackie_kara
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海洋是世界上面积最大、范围最广的生境,其中蕴含众多微生物类群。微生物在海洋生态系统能量循环和物质运输中扮演重要角色,在全球碳、氮、磷、硫等生源要素的生物地球化学循环中起到重要作用。研究微生物群落组成、分布特征以及群落和环境的相关性是理解此类群在生态系统中所起作用的基础,相关研究结论也有利于微生物资源的开发利用。南海是中国最大的边缘海,受黑潮、环流、上升流、涡流、锋面等物理因素以及珠江口等河口输入的影响,区域具有复杂多变的物理化学环境。南海生态系统中蕴含种类繁多的微生物资源,对于南海海水和沉积物环境中细菌群落多样性和分布特征的研究兼具理论意义和应用价值。南海东北部沉积物样品(11个)细菌群落共鉴定出512666条序列和15119个OTU(总和),OTU数目在不同样品间存在显著差异,各站位样品细菌群落丰富度按自高至底顺序为S7>S6>S8>S3>S11>S2>S10>S9>S4>S1>S5,群落多样性按自高至底顺序为S11>S7>S2>S9>S4>S10>>S3>S5>S1>S6>S8。基于97%的相似性水平,南海东北部沉积物细菌样品中共鉴定出变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)等39个细菌门、110个纲、119个目、238个科、300属及部分尚未有明确分类学地位的细菌门。在纲级分类水平,γ–变形菌纲(Gammaproteobacteria,72.65%)、δ–变形菌纲(Deltaproteobacteria,4.29%)、α–变形菌纲(Alphaproteobacteria,3.53%)是样品中最具数量优势的细菌纲。根据NMDS分析和层级聚类分析,结果表明细菌群落结构在不同沉积物样品中存在较大差异。除S7和S11外,剩余站位中细菌群落组成较为相似分为T1组,S7和S11号站位中细菌群落组成较为相似分为T2组;两组之间具显著差异的OTU包括γ-变形菌纲、弧菌目、弧菌科、弧菌属、交替单胞菌目、假交替单胞菌科、假交替单胞菌属、浮霉菌门、绿弯菌门、酸杆菌门(Acidobacteria)、硝化螺旋菌门、拟杆菌门、螺旋体门(Spirochaetes)等。细菌群落与环境因子的相关性分析表明,Hg含量对沉积物中细菌群落的影响程度最大,且与群落多样性呈显著负相关。沉积物中细菌功能基因预测发现,功能基因主要与代谢相关,二级(level 2)通路相关功能基因共得到37个,三级通路相关功能基因共得到279个。通过搭载国家自然科学基金委员会珠江口-南海西部和广东海洋大学北部湾共享航次以及研究依托项目自行组织采样。本文在北部湾、粤东和琼东等水域采集表、底层海水样品64个,在南海东北部水域采集沉积物样品11个。利用高通量测序对采集样品进行细菌16S r RNA基因V3-V4区测序。研究结果表明,64个海水样品共得到3041767条高质量序列和2891个OTU(大于97%相似性水平,无重复)。通过OTU代表序列的比对注释,序列隶属于37个门、101个纲、243个目、404个科、753个属,各级分类水平中均存在部分尚未有明确分类学地位的类群。细菌群落Alpha多样性分析表明,同站位底层海水样品中细菌OTU数量高于表层海水样品,底层海水样品细菌群落多样性高于表层海水。不同站位水体细菌群落组成存在差异,变形菌门、蓝细菌门(Cyanobacteria)、放线菌门和拟杆菌门是海水样品中4个优势细菌门,分别占采集样品OTU总数39.24%、29.67%、10.97%和10.80%。变形菌门、蓝细菌门、放线菌门、拟杆菌门、浮霉菌门、疣微菌门(Verrucomicrobiota)和厚壁菌门(Firmicutes)的丰度在采集样品中存在差异。在纲级分类水平,蓝细菌纲(Cyanobacteriia,29.67%)、α–变形菌纲(Alphaproteobacteria,22.76%)、γ–变形菌纲(16.47%)、拟杆菌纲(Bacteroidia,10.71%)和酸微菌纲(Acidimicrobiia,8.52%)是样品中5个最具数量优势的细菌纲。对样品进行NMDS和层级聚类分析,结果表明不同采样区域细菌群落结构存在差异,37、38、39号站位底层海水样品细菌群落结构与表层较为相似,其余底层海水样品相似性较高。11号站位表层样品与其他样品间的细菌群落结构相似度较低。北部湾(B1~B11)和琼东(B43~B50)表层海水及底层组海水样品3个组细菌群落结构的差异主要源于放线菌纲、γ-变形菌纲、红螺菌目(Rhodospirillales)和SAR324类群的出现频率和数量,粤东(B12~B30)样品细菌群落结构与其他3组之间无显著差异性。海水细菌样品鉴定出的相关功能基因主要与代谢相关,二级(level 2)通路共得到海水细菌相关功能基因40个,三级(level 3)通路共得到海水细菌相关功能基因264个。南海海水和沉积物环境中细菌群落的优势类群有所差异,α–变形菌纲在海水细菌群落中是优势类群,而γ–变形菌纲是沉积物细菌群落中的优势类群。此外,因本研究海水(夏季)和沉积物(冬季)的采集季节不同,相关分析结果表明海水和沉积物中的优势类群在不同季节中也可能存在差异。细菌样品在不同通路中得到的功能基因数目虽略有差异,但未有显著性差异。本论文揭示了南海典型生境中细菌群落多样性水平、结构特征和功能基因组成及其时空差异,相关研究结论有助于理解南海海域细菌群落的分布特征,扩充南海微生物资源基础信息数据库。
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