浮游植物藻华期间浮游细菌群落结构及代谢活性研究

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浮游细菌作为海洋生态系统的重要组成部分,在海洋生态系统的物质循环和能量流动中起着重要作用。一方面,浮游细菌通过再矿化作用,将海水中的有机化合物转变为无机物质,为藻类的生长提供各种必需营养元素。另一方面,某些细菌具有抑藻杀藻特性,对藻类的生长起着调控作用。因此,菌-藻关系研究已成为当前海洋浮游植物藻华研究的热点之一。  本论文运用16S rDNA技术探究了不同类型浮游植物藻华期间浮游细菌群落结构;运用宏蛋白质组学技术分析了东海原甲藻藻华爆发期中期和后期浮游细菌群落蛋白质表达谱,探讨了主要浮游细菌类群的代谢活性及其在藻华生消过程中的作用。主要研究结果如下:  (1)运用流式细胞技术分析了0-1.6μm粒径间的细菌丰度,发现赤潮异弯藻藻华爆发期的浮游细菌数量低于藻华爆发期初期以及未爆发藻华海域,表明赤潮异弯藻对浮游细菌增殖起抑制作用;东海原甲藻藻华期间,浮游细菌数目随东海原甲藻藻华的推进而增加,并在藻华爆发期中期达到峰值。  (2)运用16S rDNA技术分析了藻华区与非藻华区表层海水浮游细菌群落结构,发现藻华和非藻华区的浮游细菌群落结构存在着明显差异,而不同类型浮游植物藻华的优势菌种存在差异。非藻华区的浮游细菌以Candidatus portiera,Alteromonas,SAR11 clade及OCS155 group为主。赤潮异弯藻藻华爆发期后期,Alteromonas,Pseudoalteromonas为优势类群;东海原甲藻藻华爆发前期,优势浮游细菌类群与非藻华区类似,也以Candidatus portiera,SAR11 clade及OCS155group为主;但在藻华爆发期后期,Pseudoalteromonas在浮游细菌群落中占绝对优势。  (3)运用宏蛋白质组学技术在东海原甲藻藻华爆发期中期和后期分别鉴定到595和1034个高可信度蛋白质。其中,高可信度细菌蛋白质数目分别为476和955个。藻华爆发期中期的浮游细菌类群主要为Oceanospirillales,Rhodobacterales,SAR11 clade及Flavobacteriales。藻华爆发期后期的浮游细菌主要以Alteromonadales为主,其中又以Pseudoalteromonas的蛋白质数量为最多。宏蛋白质与16S rDNA分析结果所揭示的浮游细菌种群结构类似。  (4)宏蛋白质组结果表明,TonB依赖性受体,膜蛋白和转运蛋白占据较高比例,表明在藻华爆发期间浮游细菌对有机物质的吸收利用活跃。东海原甲藻藻华爆发期中期及后期细菌参与磷、氮代谢的蛋白质表达存在较大差异:参与有机磷分解利用的蛋白质在两个时期表达量相近,但参与有机氮分解利用的蛋白质在爆发期中期的表达量明显高于爆发期后期,可能将更多的有机氮转化为无机氮并进一步促进了东海原甲藻藻华的爆发。MFS、TRAP、SSS和ABC等吸收转运蛋白质在不同浮游细菌类群中的表达存在差异,表明不同浮游细菌类群对底物的利用不同,存在不同的营养物质摄取策略。  (5)东海原甲藻藻华爆发期后期,在假交替单胞菌中鉴定到丝氨酸蛋白酶、氨肽酶和肽酶等多种裂解蛋白质的酶类,并鉴定到TonB依赖性受体和SSS转运系统蛋白,表明该类细菌可裂解东海原甲藻并利用其释放的有机物质。此外,还鉴定到RND转运系统蛋白、多药转运体蛋白和Ⅱ型分泌系统蛋白等,表明该类细菌在藻华爆发期间可通过提高自身耐受性,并分泌抑制因子抑制其它浮游细菌生长进而成为东海原甲藻藻华期间的优势菌种。
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