聚球藻在黄海的生态分布及其与异养细菌的相互作用

作     者：周玉婷 

作者单位：烟台大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李佳霖;赵振军

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 0713[理学-生态学] 

主      题：聚球藻 黄海 系统发育多样性 共栖细菌 菌藻相互作用 

摘      要：聚球藻(Synechococcus)是一种广泛分布于全球海洋的微微型光合自养浮游植物,对碳固定和维持海洋生态系统的稳定起到了重要作用。黄海是典型的半封闭边缘海,具有复杂的季节变化。黄海冷水团(Yellow Sea Cold Water Mass,YSCWM)是夏季黄海的一种重要水文现象,对浮游微生物的分布产生重要影响。研究发现,聚球藻对黄海总浮游植物生物量的贡献较大。然而对黄海聚球藻的报道主要集中在丰度分布,其在黄海的系统发育组成和环境驱动因素却少有报道。聚球藻与共栖细菌通过功能互补实现互惠共生,两者之间的相互作用可以促进惰性溶解有机碳的产生,最终形成惰性物质封存,在海洋固碳中发挥重要作用。然而,聚球藻的稳定共栖细菌群落组成及代谢互补关系目前还不明了。因此,本研究于2018年9月采集黄海样本,利用流式细胞仪分析聚球藻的丰度分布,基于rpo C1特异性引物扩增的高通量测序技术探究了聚球藻在黄海的系统发育多样性,通过冗余分析(Redundancy analysis,RDA)研究聚球藻系统发育分支与环境因子的对应关系;利用抗生素处理的方法建立了聚球藻及其稳定共栖细菌的培养体系,以此来研究聚球藻共栖细菌群落特征,以及群落组成变化对聚球藻生理特性和培养体系中的代谢过程的影响。主要结果如下:(1)聚球藻的丰度范围为6.36×10～4.51×10 cells·m L,研究区域内两个聚球藻亚簇S5.1和S5.2共存。S5.1的几个分支(包括分支I、II和III)是主要成分,分别占总属的6.63%、26.11%和45.5%。冗余分析(RDA)表明,亚硝酸盐是解释样品中系统发育分支组成的主要环境因素。此外,基于16S r RNA基因通用引物扩增的高通量测序技术研究聚球藻与其他细菌的相关性及参与的元素循环过程。共现网络结果显示,与聚球藻共存的细菌门主要是变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、浮霉菌门和疣菌门,它们参与碳(C)、氮(N)、硫(S)和锰(Mn)循环。(2)培养体系中聚球藻以S5.1＿VIII类群为主,优势共栖细菌属于α-变形菌纲,γ-变形菌纲和拟杆菌纲;除菌后重建的稳定共栖细菌群落结构趋于一致,优势种群是Ruegeria(36.40%～66.04%)和Marinobacter(17.75%～24.47%),功能解析发现碳和氮循环功能类群相对丰度分别为88.47%和11.08%。受共栖菌群影响聚球藻藻胆蛋白含量和最大光合能力发生显著变化(p0.05),光能转化效率提高。共栖细菌对聚球藻生成的溶解有机物能够快速趋化并实现动态响应。聚球藻培养过程中释放了大量硅,可能为微微型浮游植物的聚集下沉提供压载矿物,促进海洋碳循环。综上所述,本研究揭示了聚球藻在黄海的丰度、系统发育多样性的分布模式,并阐明了聚球藻的共栖细菌相互作用过程中构建的功能互补关系对促进海洋碳循环的重要意义。