马里亚纳海沟可培养水生细菌的多样性

【目的】马里亚纳海沟是地球表面最深的海沟,环境极端多样,如高压、低温及无光,拥有独特的微生物资源。本研究旨在探究马里亚纳海沟不同深度水生细菌形态特征并挖掘可培养细菌资源。【方法】采集马里亚纳海沟7个层位海水(2–8727 m),利用原子力显微镜与扫描电镜观察水生微生物的形态特征;采用2种常规培养基(1/5×2216E和1/30×2216E)及6种选择性培养基(有机碳氮组合),结合切向流与高压富集培养进行水生细菌分离与鉴定。【结果】从不同深度水样中发现多种大小不一的细菌类群(130 nm–1.5μm),以球菌和杆菌为主。在表层水体中常见颗粒附着的细菌,在深层水体中常见自由游动的细菌。共鉴定365株可培养水生细菌,隶属于3个门、31个属与56个种。γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)是绝对优势类群(占据可培养细菌总数的62.7%),相对丰度在深层水体中高于浅层。交替单胞菌属(Alteromonas,21.8%)和亚硫酸杆菌属(Sulfitobacter,19.1%)是主要优势属,在浅层水体中占绝对优势。稀释的2216E与氨基酸培养基对海杆菌属的选择性更好,葡萄糖-甘露糖培养基与牛磺酸-乙醇酸培养基对稀有细菌的选择性更好。7株菌(5种)是潜在的新型细菌。此外,通过切向流富集培养与压力筛选培养分别分离得到70株(22属)可通过0.22-μm细菌(0.22-μm-passable bacteria)与33株(8属)耐压细菌。【结论】马里亚纳海沟不同深度水样中不同营养利用型细菌、可通过0.22-μm细菌与耐压细菌及其形态均具有丰富的多样性。本研究所获得的不同类型的细菌菌株为研究细菌在马里亚纳海沟中生物地球化学功能及其营养类型差异和高压适应机制奠定了菌株基础。     

马里亚纳海沟沉积物可培养异养细菌的多样性及其DMSP降解能力

【目的】马里亚纳海沟是地球上最深的海沟,具有超高静水压力、低温、无光等生境特征,蕴含独特的微生物资源。二甲基巯基丙酸内盐(dimethylsulphoniopropionate,DMSP)是海洋环境中最丰富的有机硫分子之一,海洋异养微生物可裂解DMSP产生"冷室气体"二甲基硫(dimethyl sulfide,DMS),在全球硫循环和气候变化中发挥着重要作用。本研究对马里亚纳海沟沉积物异养细菌进行分离鉴定,并研究其DMSP降解能力,为阐明深渊微生物的生命过程提供独特的微生物资源。【方法】本文以马里亚纳海沟5个站位的沉积物为研究对象,利用3种常规异养菌培养基(2216E、R2A和TCBS)及2种异养菌富集培养基(TCBS肉汤和碱性蛋白胨水)在4°C、16°C和28°C下进行细菌分离培养,通过16Sr RNA基因测序鉴定其分类地位,并对代表菌株进行DMSP降解能力检测。【结果】共分离鉴定异养细菌1057株,分属于4个门、7个纲和76个属。γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)为优势菌群,占据可培养异养细菌总数的61.4%,假单胞菌属(Pseudomonas)和盐单胞菌属(Halomonas)为主要的优势属;变形菌门(Proteobacteria)相对丰度在沉积物各层样品中均占绝对优势。厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度深层高于表层。碱性蛋白胨水和TCBS肉汤培养基分别对放线菌纲(Actinobacteria)和芽孢杆菌纲(Bacilli)具有更好的选择性;101株细菌与其最相似物种的16S rRNA基因相似度小于98.65%,为潜在新分类单元。本文进一步选取134株异养细菌进行DMSP降解能力测定,发现52株(38.8%)具DMSP裂解活性。【结论】马里亚纳海沟沉积物中可培养细菌及DMSP降解菌株均具有较高的多样性,我们的研究为进一步开展深渊微生物生命过程研究提供了宝贵的微生物资源。     

马里亚纳海沟不同深度水样微生物分离与多样性分析

【背景】马里亚纳海沟挑战者深渊是地球表面最深点,认识其微生物群落结构和分离培养的微生物对挖掘新的微生物资源具有重要意义。【目的】对马里亚纳海沟不同深度水样进行细菌分离培养,并与这些样品的微生物群落结构进行比较,认识进一步要分离培养的微生物类型。【方法】采用不同培养基对马里亚纳海沟两个站位不同深度水样进行细菌分离培养,并通过Illumina MiSeq高通量测序分析各个水样的细菌和古菌的群落结构。【结果】从来自两个站位不同深度的6个水样样品中分离获得783株细菌,属于4个门6个纲28个属。其中,变形菌门占主导地位,67.8%的菌株属于γ-变形菌纲。分离获得的菌株主要属于亚硫杆菌属、假单胞菌属和交替假单胞菌属,它们在这些样品中广泛分布,且在高通量测序结果中也能检测到。高通量测序结果表明除浅层样品优势微生物为蓝细菌外,其他样品以变形菌门占主导;不同深度样品的微生物群落结构存在较大差异。【结论】马里亚纳海沟不同深度水样中不仅分离培养出了相对丰度较高的一些细菌属,也分离得到一些相对丰度较低的微生物类型。从马里亚纳海沟水样中分离培养获得的细菌菌株资源将用于功能微生物和功能酶挖掘等相关研究,这有利于深渊微生物资源挖掘。     

蓝藻群体颗粒驱动元素地球化学循环研究进展

在天然淡水和半咸水水体中,水华蓝藻常以群体颗粒的形态存在。在蓝藻群体颗粒中聚集着大量异养细菌,和蓝藻共同构成了具有独特生态功能的基本单元。与蓝藻单体细胞相比,蓝藻群体颗粒呈现出许多独有的特性,如内部丰富的有机质、急剧的氧化还原梯度、密切的种间互作关系等等。这些特质使得蓝藻群体颗粒在水体中成为元素地球化学循环的反应热点。同时,在蓝藻群体颗粒中也存在着远比单细胞藻类-浮游细菌之间更为密切的种间互作。本综述围绕蓝藻群体颗粒的这些特点,结合当前的研究进展,重点阐述蓝藻群体颗粒中的生物、生理、化学过程,讨论其驱动宏观生态现象的微观机制。未来蓝藻群体颗粒组学研究和多组学微生态数据库的构建或成为探索蓝藻群体颗粒中生命过程及揭示蓝藻水华暴发机制的突破口之一。     

马里亚纳海沟共培养细菌多样性动态变化及潜在微生物互作关系

马里亚纳海沟是世界已知最深的海沟,其寡营养、高压、低温、低氧等极端的深海环境孕育出独特的细菌群落结构及多样性特征。选取寡营养培养基对马里亚纳海沟海水及表层沉积物分别进行液体共培养,并在不同培养阶段取样进行高通量测序,分析细菌群落结构组成及其多样性的动态变化,探讨微生物之间可能的互作关系。研究结果表明：液体共培养样品中一共检测到19个门、34个纲、76个目、131个科、227个属的细菌,其中变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为优势菌群,其次为厚壁菌门（Firmicutes）;与其他样品相比,1000米海水样品中细菌群落的多样性最高,并且蓝细菌门（Cyanobacteria）具有更高的相对丰度。共培养样品中细菌丰富度、多样性、群落结构均随培养时间而改变,其中共培养中期样品的细菌多样性较高;表层沉积物样本中,盐单胞菌属（Halomonas）可能由于较强的竞争能力在共培养后期占据优势地位。基因功能预测与代谢通路富集结果显示,随着共培养时间的增加,微生物生长相关的代谢通路丰度明显下降,而与互作相关的代谢通路丰度明显增加。共培养样品检测到的细菌多样性远高于单独分离培养的多样性,仅有少量菌属为单独分离培养与共培养样品均检测到的共有属。综上所述,马里亚纳海沟细菌群落中存在竞争、互利共生的相互作用,共培养法有利于揭示细菌间的互作关系。研究为深渊及深海等极端环境下微生物生态系统组成及维持奠定了理论基础,也为进一步研究极端微生物的生存策略提供了科学指导。