（渔业资源专业论文）枸杞岛海域异养浮游细菌生态学初步研究.pdf

上海海洋大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论 文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中 已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的 内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：丸出1 卫k 日期：加l 肆6 月2 f 日 上海海洋大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 口 ，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密 学位论文作者签名：认伽、 日期：p 唾f6 月玎 册溯繇 日期：印1 1 7 年b 月沙日 上海海洋大学硕士学位论文 答辩委员会成员名单 姓名工作单位职称备注 王伟定浙江海洋水产研究所高级工程师主席 唐议上海海洋大学副教授委员 刘洪生上海海洋大学副教授委员 委员 委员 委员 委员 林军上海海洋大学讲师秘书 答辩地点海洋学院a 3 5 1答辩日期2 0 1 0 - 6 - 1 0 f ：海海洋人学硕1 ：论义 枸杞岛海域异养浮游细菌生态学初步研究 摘要 本文研究海域为舟山嵊泗枸杞岛由大型底栖海藻场和贻贝筏式养殖区组成的 特殊生态系统，大型底栖海藻提供初级生产力，为很多附着动植物物提供生活空 间，是许多鱼类和小型水生生物的栖息地、产卵场和避难所，而藻体衰落后被细 菌分解转化为小分子有机物和铵并再次进入物流循环；养殖贻贝滤水摄食浮游动 植物包括食细菌的原生动物，降低浮游细菌生物量；摄食过程未吸收的部分和排 泄物等被细菌利用，又促进浮游细菌生物量增加，最终浮游生物和浮游细菌达到 动态平衡。异养浮游细菌作为近海生态系统食物网的一个环节，扮演着分解者和 生产者的角色，其对近海生态系统起着重要的作用。本文研究近海生态系统异养 浮游细菌季节变动情况及与影响因子，尝试分析讨论异养浮游细菌和影响因子的 变化规律和机制；为我国近海特定生态系统异养浮游细菌组成的微食物环构建提 供依据；浮游细菌种群鉴定有利于评价微生物群落的生物遗传多态性和系统发育 关系，对于特定海区海洋生物资源的开发和利用具有重要的实际价值。 本文以2 0 0 9 年5 、7 、1 1 和2 0 1 0 年1 月初的调查和实验数据为基础，春季采 样集中在枸杞岛s t a 0 、s t a l 和s t a 2 区域，共采集9 个点，夏秋冬季采样集中在 s t a l 和s t a 2 、s t b l 和s t b 2 区域，每次采样站点数为1 4 ，采集表层水样测定异养 浮游细菌丰度( d a p i 荧光染色法) 、磷酸盐( 磷钼蓝法) 、硝酸盐( 锌镉还原法) 、 亚硝酸盐( 重氮偶氮法) 、铵盐( 次溴酸盐氧化法) 和碳( l i q u it o c i i 总有机碳 分析仪) ，通过s p s s 和s u r f e r 软件分析研究枸杞岛海域表层水体异养浮游细菌与生 态环境因子之间的关系；冬季水体中浮游细菌鉴定通过d n a 提取、p c r 扩增和文 库构建、测序等步骤进行，测序结果经n c b i 比对后，采用c l u s a l x 软件对比 分析，运用m e g a 4 0 构建系统发育树。 结果表明：藻场中，叶绿素、铵盐、磷酸盐、溶解有机碳和水温是影响浮游 细菌的主要限制因子，叶绿素是春、夏、秋季表层水体中影响细菌数量的主要因 子，铵盐和磷酸盐主要在春夏季起限制作用，溶解有机碳只在夏季影响细菌数量 变动；影响贻贝养殖区中异养浮游细菌数量变动的主要因素为水温、叶绿素、颗 粒有机碳、溶氧。颗粒有机碳在秋季影响细菌数量变动，叶绿素是夏、秋季浮游 细菌的限制因子而水温在冬季是限制因子。冬季表层水体中浮游细菌种类分为4 上海海洋大学硕1 j 论文 门1 9 属，分别为变形细菌门、蓝细菌门、厚壁菌门和拟杆菌门，以y 变形菌纲 占绝对优势，其中梭菌属、冰居杆菌属和科威尔氏菌属为共有属，根瘤菌、假单 胞菌、发光杆菌、罗尔斯通氏菌属、蓝细菌和聚球蓝细菌是s t a l 区域的特有属， 蛀船蛤杆菌属是s t b 2 区域的特有属，噬甲基菌属是s t h 2 区域特有属。s t a l 、s t b 2 和s t a 2 三个区域的多样性指数h7 分别为：2 8 7 、1 7 9 和2 4 6 ，均匀度指数e 分 别为0 9 9 3 、0 9 9 9 和0 9 9 0 ，多样性指数和均匀度指数均比较高。 结论如下：1 ：枸杞岛东南和西北海域异养浮游细菌分布具有季节变化，没有 空间变化，其数量在秋季最高，其次是夏季和春季，冬季数量最少；2 ：异养浮游 细菌快速生长所需的上限温度为2 1 ；3 ：浮游植物和异养浮游细菌关系非常密切， 除冬季外，浮游植物是影响浮游细菌丰度变化的主要因子；4 ：水温、铵盐、磷酸 盐是影响异养浮游细菌数量的季节性因子；其中水温是冬季异养浮游细菌变动的 主要因子，铵盐和磷酸盐是春夏季异养浮游细菌数量变动的因子；5 - 异养浮游细 菌吸收按一定比例碳、氮、磷源；当细菌受到碳源限制时，细菌和营养盐的关系 不明显，当碳源充足时，氮磷源对细菌生长具有促进作用；6 ：表层水体浮游细菌 种类鉴定为4 门1 9 属，以革兰氏阴性菌中的v 变形细菌纲占绝对优势；水体中浮 游细菌主要在固定氮源、指示气候变化、预测赤潮发生和是否受到油污染方面起 重要作用；7 ：不同的采样区域浮游细菌的种类既存在共有属又具有特有属。 关键词：异养浮游细菌、生态因子、相关性 i i p r e l i m i n a r ye c o l o g i c a ls t u d yo fh e t e r o t r o p h i c b a c t e r i o p l a n k t o ni ng o u q ii s l a n d a b s t r a c t t h e r ee x i s t e das p e c i a lh a b i t a tw h i c hl a r g e a l g a e sg r e wa n dm u s s e lw a s c u l t i v a t e di nt h e a r e ao fq o u q ii s l a n d a l g a e s s u p p l i e do r g a n i cm a t t e r st h r o u 面 p h o t o s y n t h e s i s ；f a l l e na l g a e sw e r ed e c o m p o s e db yb a c t e r i aa n db e c a m es i n a l l e ro r g a n i c m a t t e ra n da m m o n i u mw h i c hc y c l e si nt h ef o o dw e b t h e r e f o r e ，k e l pb e db e c 锄ea h a b i t a to fm a n yl i v i n gt h i n g s m u s s e lf e e do nn a n n o z o o p l a n k t o na n d m i c r o l z o o p l a r 此o n t h r o u g hf i l t e r i n gs e aw a t e ra n dt h el a t t e rf e e do nh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i o p l a i l k t o n ： i n d i g e s t e df o o da n de x c r e t i o nb y z o o p l a n k t o nw e r ed e c o m p o s e db yh e t e r o t r o p h i c b a c t e r i o p l a n k t o n t h e r ee x i s t e dad y n a m i cb a l a n c eb e t w e e np l a n k t o na n d h e t e f o 仃d p 址c b a c t e r i o p l a n k t o n h e t e r o t r o p h i cb a c t e r i o p l a n k t o nt o o kk e yr o l e si nc o a s t a le c o s v s t e l na s d e c o m p o s e ra n dp r o d u c e r s ，t h e r e f o r e ，n u m b e ro f b a c t e r i o p l a n k t o nw a sc a l c u l a t e dd u 打n g t h et o u rs e a s o n smt h e a r e a , b a s e do nt h ef u n c t i o na n dr o l eo fh e h e r o t r o p h i c b a c t e r i o p l a n k t o n l i m i t i n gp a r a m e t e r sw e r et ob ef i n do u tt h a ti n f l u e n c e dh e t e r o t r o p h i c b a c t e r i o p l a n k t o ni nd i f f e r e n ts e a s o na n dt h em e c h a n i s mb e t w e e nt 1 1 锄，t h s e sc o n t e n t s w o u l ds u p p l yt h es u b s t a n t i a ld a t a so fh e t e r o t r o p h i c b a c t e r i o p l a n k t o ni nt h es p e c i a l h a b i t a t ，a n du n d e r s t o o dt h er o l ei nt h i sa r e a ；w h i l ei n d e n t i f yt h es p e c i e so f h e t e r o t r o p h i c b a c t e r i o p l a n k t o nw o u l dh e l pu se s t i m a t eg e n e t i cd i v e r s i t ya n d p h y l o g e n e t i cr e l a t i o n s h i p a n de x p l o r em a r i n e b i o l o g i c a lr e s o u r c e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tc h l o r o p h y l la 、a m m i o n i u m 、p h o s p h a t e 、d o ca n d t e m p e r a t u r ew e r ei n f l u e n c i n gh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i o p l a n k t o ni nk e l pb e d c h l o r o p h i la w a sl i m i t i n gf a c t o r e x c e p ti nw i n t e r , o nt h ec o n t r a r yt e m p e r a t u r et o o kr o l e so n b a c t e r i p l a n k t o n a l s o ，a m m i o n i u ma n dp h o s p h a t ep l a y e dr o l ei ns p r i n ga n ds u m m 既 a n dt h es a m ew i t hd o ci ns u m m e r a tt h es a m e t i m e , t e m p e r a t u r e 、c h l o r o p h y l la 、p o c a n dd i s s o l v e do x y g e nw e r el i m i t i n gp a r a m e t e r si nm u s s e lf a r m p o cw a sl i m i t i n gf a c t o r i na u t u m n , o nt h ec o n t r a r yt e m p e r a t u r et o o kr o l e so n b a c t e r i p l a n k t o n a l s oc h l o r o p h y l l ap l a y e dr o l ei ns u m m e r t h e r ew e r ef o u rp h y l an i n e t e e ng e n e r ao f b a c t e r i o p l a n k t o ni n t h es u r f a c ew a t e ri nw i n t e ra n dg a m m a p e o t e o b a c t e r i aw a sd o m i n a n t c 1 0 s 硒d i u m 、 1 i i 上海海洋人学硕士论文 g l a c i e c o l a 、c o l l w e l l i ae x i s t e di na l lo ft h et h r e ea r e a s i na d d i t i o n , r h i z o b i u m 、 p s e u d o a l t e r o m o n a s ，p h o t o b a c t e r i u m 、r a l s t o n i a ，c y a n o t h e c ea n ds y n e c h o c o c c u se x i s t e d o n l yi nt h ea r e ao fs t a 1w h i l et e r e d i n i b a c t e ro n l ye x i s t e di nt h ea r e ao fs t b 2a n d m e t h y l o p h a g ao n l yi nt h ea r e ao fs t a 2 d i v e r s i t yi n d e xh 7a n de v e n n e s si n d e xe i nt h e a r e ao f s t a l 、s t b 2a n ds t a 2w e r e2 8 7 、1 7 9 、2 4 6a n d0 9 9 3 、0 9 9 9 、0 9 9 0 t h e s et w o i n d e x e sw e r es oh i g h t h ec o n c l u s i o n ss h o w e dt h a td i s t r i b u t i o no fb a c t e r i o p l a n k t o nh a ds e a s o n a l c h a n g e sa n dn u m b e ro fh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i o p l a n k t o nw a sh i g h e s ti na u t u m na n d l o w e s ti nw i n t e r ；c l o s er e l a t i o n s h i pw a sb u i l tb e t w e e nh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i o p l a n k t o n a n dp h y t o p l a n k t o ne x c e p ti nw i n t e r ；t e m p e r a t u r ew a st h em a i np a r a m e t e ri nw i n t e r w h i l ea m m i o n i u ma n dp h o s p h a t ei n f l u e n c e do b v i o u s l yi ns p r i n ga n ds u m m e r ，t h et h r e e p a r a m e t e r sw e r es e a s o n a la ti n f l u e n c i n gb a c t e r i o p l a n k t o n ；c a r b o n 、n i t r o g e na n d p h o s p h a t ew e r ea s s i m i l a t e db yh e t e r o t r o p h i cb a c t e r i o p l a n k t o na c c o r d i n gt os c a l e ， n i t r o g e na n dp h o s p h a t ew e r ep l a y e d p o s i t i v e l yo n l yw h e nc a r b o ns o u r c ew a se n o u g h ； a l p h a p r o t e o b a c t e r i aa n dg a m m a p r o t e o b a c t e r i aw e r et h ed o m i n a n ts p e c i e si nt h e s u r f a c ew a t e r , w h i c ht a k e di m p o r t a n te f f e c t so nn i t r o g e nf i x a t i o n 、c l i m a t i cc h a n g e s i n d i c a t o r 、r e dt i d ef o r e c a s ta n do i lp o l l u t i o ni n d i c a t o r ；d i f f e r e n ta r e ah a dt h ei n d i v i d u a l c h a r a c t e r i s t i c si n c l u d i n gs i m i l a ra n dd i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c s b a s e do ni n v e s t i g a t i o no fm a y 、j u l y 、n o v e m b e ro f2 0 0 9a n dj a n u a r yo f 2 010 ， t h e r ew e r en i n es t a t i o n si nt h ea r e ao fs t a 0 、 s t a la n ds t a 2i ns p r i n ga n df o u r t e e n s t a f f o n si nt h ea r e ao fs t a1 、 s t a 2 、s t b1a n ds t b 2i no t h e rs e a s o n ss e p a r a t e l y t h e s u r f a c ew a t e rw a su s e dt om e a s u r en u m b e r o f b a c t e r i o p l a n k t o n 、p h o s p h a t e 、n i t r a t e 、 n i t r i t e 、a m m o n i u m 、d o ca n dp o c t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nb a c t e r i o p l a n k t o na n d e n v i r o n m e n t a lp a r a m e t e r sw a sc o n d u c t e dt h r o u g ha n a l y s i so fs p s sa n ds u r f e rs o f t w a r e i na d d i t i o n ，b a c t e r i o p l a n k t o ns p e c i e sw e r es e q u e n c e da f t e re x t r a c t i o no fd n a 、p c r 、 l i b r a r yc o n s t r u c t i o na n di n d e n t i t l e dw i t hc o n t r a s t i v ea n a l y s i so fn c b ia n dc l u s a l x ， f i n a l l yp h y l o g e n e t i ct r e e sw e r eb u i l t k e y w o r d s ：h e t e r p t r o p h i cb a c t e r i o p l a n k t o n 、e n v i r o n m e n t a lp a r a m e t e r s 、r e l a t i v i t y i v 上海海洋人学硕i ：论文 目录 第一章引言1 1 1 海洋异养浮游细菌在海洋生态系统中的作用1 1 1 1 海洋异养浮游细菌研究发展史1 1 1 2 海洋异养浮游细菌在微食物环中的作用2 1 1 3 海洋异养浮游细菌生物量和生产力2 1 1 4 海洋中异养浮游细菌的生态作用3 1 2 国内外针对海洋异养浮游细菌与生态环境因子的关系研究4 1 3 环境因子对异养浮游细菌的作用4 1 3 1 无机营养盐对异养浮游细菌的作用4 1 3 2 浮游植物、浮游动物和病毒对异养浮游细菌的作用5 1 3 3d o m 、水温等因素对异养浮游细菌的作用6 1 4 异养浮游细菌种类鉴定及分子生态学研究6 1 4 11 6 s rd n a 1 6 s rr n a 序列分析技术的基本原理6 1 5 本研究的内容、目的和意义7 第二章海域样品采集与分析8 2 1 调查海域情况简介8 2 2 调查采样和样品测定9 2 2 1 调查航次9 2 2 2 样品采集1 0 2 3 异养浮游细菌丰度和营养盐的测定1 1 2 3 1 异养浮游细菌丰度测定1 1 2 3 2 营养盐测定1 2 2 4 水样中浮游细菌种类鉴定1 2 2 4 1 水样采集和预处理1 2 2 4 2 主要试剂和引物1 3 2 4 3 水样中d n a 提取1 3 2 4 41 6 sr d n a 的p c r 扩增和文库构建1 3 2 5 样品数据分析1 3 2 5 1 异养浮游细菌与生态环境因子的关系研究1 3 上海海洋人学硕：1 ：论文 2 5 2 浮游细菌种类鉴定和群落组成分析1 4 第三章结果与分析1 5 3 1 生态环境因子的年季变化1 5 3 1 1 水环境因子的年季变化1 5 3 1 2 营养盐的年季变化1 6 3 2 异养浮游细菌丰度的年季变化1 7 3 3 异养浮游细菌和生态环境因子关系的年季变化2 0 3 3 1 春季异养浮游细菌生态学研究2 0 3 3 2 夏季异养浮游细菌生态学研究2 4 3 3 3 秋季异养浮游细菌生态学研究2 6 3 3 4 冬季异养浮游细菌生态学研究2 8 3 5 异养浮游细菌和某些生态环境因子关系的季节变化3 0 3 5 1 藻场中异养浮游细菌和环境因子的季节变化3 0 3 5 2 贻贝养殖区中异养浮游细菌和环境因子的季节变化3 0 3 6 冬季异养浮游细菌种类鉴定和多样性分析3 0 3 6 1 浮游细菌d n a 提取结果及1 6 s r d n a 基因扩增3 0 3 6 2 文库构建和序列比对分析3 1 第四章讨论3 7 4 1 异养浮游细菌和水温的关系3 7 4 2 异养浮游细菌和叶绿素的关系3 8 4 3 异养浮游细菌与铵盐、磷酸盐和溶解有机碳的关系4 0 4 4 影响异养浮游细菌的两种效应4 2 4 5 异养浮游细菌种群分布情况及特性4 2 第五章结论4 5 参考文献4 6 致谢5 0 2 1 1 1 海洋异养浮游细菌研究发展史 人类就认识海洋中的细菌开始于1 9 世纪3 0 年代，折叠螺旋体是研究者报道 的第一株海洋细菌。随着人类对海洋的不断探索，对海洋微生物的研究愈来愈深 入。1 9 世纪8 0 年代f i s c h e r 、c e r t e s 、r u s s e l l 等通过分离培养的方法，发现海洋中 存在起源于海洋的独特微生物群落。当时人们对细菌的研究还相当少，伯杰氏细 菌鉴定手册中才仅仅收录8 6 种海洋细菌。但随着对海洋认识和探索的不断深入以 及分析检测技术的发展，人们对海洋的研究也愈来愈深入了，与此同时对海洋异 养细菌的研究亦越来越引起更多研究者的关注。1 9 7 7 年荧光显微镜技术的引入， 用荧光染料染色对海洋异养细菌进行直接计数，发现异养细菌的丰度可达到 1 0 7 1 0 9c e l l l t l l 。荧光染色直接计数方法的提出，海洋微生物学研究明显引起科学 家极大的兴趣，开始了重新认识海洋异养浮游细菌的历史。国外科学家【2 】开始用甲 基胸腺嘧啶示踪法大致估计海洋生产力，发现细菌生产力大致占初级生产力的1 5 左右。特别是1 9 8 3 年a z 锄【3 】对微食物环概念的提出：异养细菌以及微微型、微型 浮游植物同样被被鞭毛虫、纤毛虫所利用，这些原生动物再被桡足类等浮游动物 摄食，从而与经典食物链连接起来。微食物环概念的提出，使人们认识到异养浮 游细菌在矿化有机质和营养盐再生方面的重要作用。海洋异养细菌吸收d o m ( d i s s o l v e do r g a n i cm a t t e r ) 转化为p o m ( p a r t i c u l a t eo r g a n i cm a t t e r ) ，这个过程就是 海洋异养细菌自身生长的过程，后者又被食细菌的原生动物鞭毛虫和纤毛虫摄食， 转化为更大的颗粒后进入后生动物的食物链，与牧食食物链联系起来。伴随着科 学技术的发展，微生物检测手段的提高如流氏细胞术、染色技术( d a p i 、吖啶橙 染色法) 、超清晰分析技术、放射性同位素标记技术的应用，海洋异养细菌的研究 发展的很迅速，国内外开始运用新方法衡量海洋生态系统中海洋异养浮游细菌所 起的作用。 l 二海海洋人学硕1 ：论文 1 1 2 海洋异养浮游细菌在微食物环中的作用 海洋浮游细菌在海洋食物链中的作用非常重要，海洋浮游细菌将p o m 和d o m 分解利用转化形成自身的p o m ，由微型浮游动物( 鞭毛虫) 和小型浮游动物( 纤 毛虫) 传递给中型浮游动物( 桡足类) ，成为经典食物链的一部分，提高海洋生态 系统总的生产效率。而细菌在利用水体中d o m 转化为自身生物量的过程称为海洋 异养浮游细菌的二次生产。微食物环实际上包含几个不同营养层次，并且在内部 形成一个相对独立的食物网，是维系大量微细初级生产者与桡足类等浮游动物的 重要营养结构。 s i z e ( u r n ) t 2 0 l + 1 0 i 土三 i j 勺2 t h em i c r o b i a ll o o p 图1 1 海洋生态系统中的微食物环 f i gl - 1m i c r o b i a ll o o po f m a r i n ee c o l o g i c a ls y s t e m 1 1 3 海洋异养浮游细菌生物量和生产力 海洋中有机物的最初来源是浮游植物和大醒底栖海藻等初级生产力，海洋细 菌( 主要是异养细菌) 依靠溶解有机物为生。细菌的增殖速度很快，在适宜条件 下，一天可分裂数次甚至更多次，尽管研究者得出细菌生物量相当于初级生产力 的比例范围很宽，如k i r c h m a ne ta 1 1 9 9 3 报道异养浮游细菌生产力通常相当于同 i ：海海洋大学硕 ：论文 海区初级生产力的1 0 。8 0 【4 】，但说明了在海洋生态系统能流分析中细菌生产力 的作用不容忽视。水温、异养鞭毛虫、纤毛虫和噬菌体的感染、d o m 、无机营养 盐、一些微量金属元素( 如铁) 以及微量有机化合物如维生素b 是影响生物量和 生产力的主要因素。异养浮游细菌新陈代谢能力需要酶的参与，而水温的高低影 响酶的活性；有些细菌是低温或者中温菌，这是温度对海洋种群选择作用的结果， 造成细菌的总生物量降低和细菌种类的单一。此外温度影响相应海区初级生产力 水平，间接对细菌生产力产生影响。原生动物是异养浮游细菌的主要捕食者，其 捕食压力抑制细菌生物量增长同时细菌数量减少，个体之间竞争营养盐和生存空 间的程度下降，有利于细菌个体生长；捕食过程中还释放溶解有机物并有利于细 菌对营养盐的再生。噬菌体通过侵染细菌细胞导致细胞溶解，也通过参与碳、氮 的循环影响细菌生长。海洋溶解性有机物中以低分子量的溶解有机物质所占比例 较大，占到7 0 左右，但是真正被细菌降解利用的首要是高分子量溶解有机物， 高分子量溶解有机物质对细菌生长发挥重要作用。水体中溶解多糖和溶解性游离 氨基酸是细菌生长的重要基质，也影响细菌生产量。海洋细菌可利用溶解无机磷 和无机氮为磷、氮源。铁是许多酶及电子运输蛋白的重要组分，原核生物通过铁 载体来运输铁，因此铁也会成为异养细菌生物量的限制因子。光合作用和固氮作 用也依赖铁的存在，铁元素可通过这一过程间接影响海洋异养浮游细菌。 1 1 4 海洋中异养浮游细菌的生态作用 异养浮游细菌不仅是将营养物质向较高营养层次传递的重要生物，而且在生 态系统有机物质矿化和再循环过程中起非常重要的作用。消费者所产生的粪粒等 有机碎屑较微细，在透光层中滞留时间长，这些碎屑在细菌和微型异养生物作用 下成为营养物质快速循环的活性中心，并使自身生物量增加同时改变碎屑形状使 得碎屑被利用的营养价值提高。有机质被分解的终极产物直接或间接为海洋生物 直接吸收利用，进入海洋生物循环过程。异养浮游细菌最大的优势在于使不能利 用的d o m 转化为p o m ，提高了物质能量循环的效率，也达到水体净化的作用。 利用细菌生长速率监测海洋次级生产力。在海洋生态系统中海洋异养细菌既 是分解者也是生产者，评估其在海洋物流和生态系统中作用的大小主要估算海洋 异养细菌生产力的大小，目前通用的测定方法是甲基3 h 胸腺嘧啶和1 4 c 亮氨酸示 踪法。主要步骤是同位素标注细菌体内物质，测量生长和增殖速度后转化为碳单 位。 ：海海洋人学硕七论文 1 2 国内外针对海洋异养浮游细菌与生态环境因子的关系研究 目前在世界许多海域都进行了细菌数量及其生产力的研究。通常认为，异养 细菌数量最大值一般出现在有丰富营养物质的海水表层和底泥中。目前国外对此 研究较多的是在近北极太平洋、高营养盐低叶绿素的海域例如赤道海域、一些沿 岸上升流、季风、冷水团、营养盐等生态变化因子有明显季节变化的一些海湾例 如美国切萨皮克湾、阿拉伯海域等。例如k i r c h m a n 4 j 等( 1 9 9 3 ) 在近北极太平洋 海洋生态调查研究中发现，此海域的海洋浮游细菌生物量和生产力是受温度和 d o m 协同调节的。k i r c h m a n 5 】等( 2 0 0 5 ) 年对北极西部温度和有机物对细菌生长的 影响研究表明温度随细菌生长的作用和在低纬度海域的作用相似，与增加d o m 相 比，增加培养温度的确能促进细菌生长，但是d o m 在控制细菌生长过程中起着同 样重要的作用。s h i a h t 6 】( 1 9 9 4 ) 在美国切萨皮克湾( c h e s a p e a k eb a y ) 发现，除了 夏季，温度是该海域浮游细菌生长生产的主要调节因子。h w d u c k l o w 7 】等( 2 0 0 1 ) 年通过研究阿拉伯海异养浮游细菌受年季初级生产力的影响得出：该海域与其他 热带地区相比，整年细菌生物数量大于5 1 0 8 个m l ，可能是受整体较高的初级生 产力和溶解有机碳的影响。 近些年来，我国学者已广泛开展了海洋浮游细菌生物量和生产力研究，主要 研究海域为大亚湾、长江口及其附近海域、厦门西海域、台湾海峡及东海、渤海 和胶州湾等，研究内容也主要集中在水体浮游细菌数量、生物量或细菌生产力的 分布特征等。开展海洋细菌分布规律及影响因素的研究，对于进一步了解海洋微 生物在物质和能量转化过程中的作用机理以及对食物链的实际贡献，对于开发、 利用和保护海洋资源具有极为重要的意义。 1 3 环境因子对异养浮游细菌的作用 1 3 1 无机营养盐对异养浮游细菌的作用 无机营养盐对异养浮游细菌的二次生产力和生物量有影响，可溶性无机氮分 别通过硝酸盐和铵盐限制新生产力和再生产力，微生物通过膜转运系统吸收可溶 性无机氮和无机磷，在氮源中优先同化铵盐。异养浮游细菌由于自身特点如对营 养盐的高亲和力等，其对氮磷的需求量较大【8 。9 】，需要按照合成体内物质所需的碳、 氮、磷比吸收利用营养盐，当然，浮游细菌吸收利用首先选择溶解性的物质，当 溶解性物质不足时，浮游细菌就必须利用水体中的d i n 和d i p 来满足自身生长的需 4 上海海洋人学硕士论文 要。 碳很少是生产力的限制因子，因为海水中含有丰富的碳酸氢根离子，而氮、 磷和痕量矿物元素可能成为营养限制因子而影响细菌生产力。异养浮游细菌磷含 量研究表明，湖泊和养殖水体中异养浮游细菌的生长经常受到磷酸盐的限制【l o 1 2 】。 可见水体中磷含量在控制异养细菌的生物量和活性方面有着重要的作用。异养细 菌按照一定的c ：n ：p 比【l3 】进行生物合成，单一营养物质的缺乏会限制化学反应 的进行而成为影响异养细菌生长的限制因子。 t u p a s 和k o i k e 1 4 】在海洋异养浮游细菌室内培养实验中发现，细菌的生长和新 陈代谢以溶解无机氮作为主要的氮源；而m a t t h e w ”】等用澳大利亚南部海域的海水 作室内培养实验时发现，当同时添加碳、铵盐和磷酸盐时异养浮游细菌生物量高 于只添加铵盐和磷酸盐组，而后者又小于只加碳源组，这说明异养浮游细菌首先 受到碳的影响，当碳源充足时，添加氮磷源会促进浮游细菌生物量的增加。 1 3 2 浮游植物、浮游动物和病毒对异养浮游细菌的作用 细菌与浮游植物之问的关系是相当密切的( 郑天凌，1 9 9 4 ) 1 6 】。许多学者的 研究( k e r k h o f , l j ，e ta 1 ，19 9 9 ；r d r o b e r t s ，e ta 1 ，19 9 9 ；r i e m a n n ，le ta l ，2 0 0 0 ； c o n n i el o v e j o y , e ta 1 f a n d i n o ，2 0 0 0 ；) 1 7 - 1 9 标明，浮游植物光合作用产生的有机物 被异养浮游细菌吸收利用促进细菌丰度、生产力的提高，同时，异养浮游细菌在 生长过程中与浮游植物共同竞争营养盐，又反过来影响浮游植物的生长( 倪纯治， 1 9 8 8 ) 【2 0 1 。 细菌与浮游动物及其他动物也是密切联系的( 薛廷耀，1 9 6 2 ；a u s t i nb ，1 9 8 8 ) 2 1 - 2 2 】。综合两者之间关系的文献资料，可知浮游生物对细菌的影响既有促进作用 也有抑制作用( 刘国才，1 9 9 9 ) 【2 3 1 。分析浮游生物对细菌数量的影响可能有：一， 微型浮游生物( 鞭毛虫) 和小型浮游生物( 纤毛虫) 是活跃的食细菌生物，摄食 过程使异养浮游细菌的生物量降低，细菌间营养盐和生存空间竞争较少了，刺激 了细菌自身的生长和繁殖，生物量会逐渐增加，最终达到异养浮游细菌和食细菌 者之间的动态平衡；二：浮游动物在摄食浮游植物和颗粒物的过程中的溶出物、 未被吸收的小分子和排泄物均被异养浮游细菌分解成小分子有机物和铵盐，使细 菌数量增加。 病毒对细菌死亡的影响主要表现在病毒粒子侵染细菌并开始裂解，导致细菌 的溶解死亡，亦降低了细菌丰度【2 4 1 ，同时病毒裂解导致细菌内容物的释放，其中 大部分进入了可溶性有机库。 上海海洋人学硕上论文 1 3 3d o m 、水温等因素对异养浮游细菌的作用 d o m 是指在抽滤过程中可以通过孔径为0 2 1 x m 滤膜的有机物【2 5 1 。d o m 成份 极为复杂，可利用性也不相同，但是海洋生态系统中的d o m 是细菌维持生命活动、 进行生长繁殖的营养来源，对细菌生产力起着决定性的作用。异养细菌的生物量 占总颗粒有机碳的1 4 一6 2 【2 6 1 ，在寡营养海区，异养细菌与d o m 的耦合构成该 海域能流和物流的基础。 异养浮游细菌新陈代谢能力需要酶的参与，而水温的高低影响酶的活性；有 些细菌是低温或者中温菌，这是温度对海洋种群选择作用的结果，造成细菌的总 生物量降低和细菌种类的单一。此外温度影响相应海区初级生产力水平，间接对 细菌生产力产生影响。受到低温的影响，异养浮游细菌生产力仅占真光层总生产 力的相对降低【4 1 。许多研究也得出水温是影响异养浮游细菌生物量的因子，尤其 在一些高营养盐低叶绿素( h n l c ) 海区，季节间温度差异较大的海区 2 7 - 2 9 1 。 1 4 异养浮游细菌种类鉴定及分子生态学研究 海洋微生物种类鉴定方法主要是传统微生物学方法和分子生物学方法，传统 方法主要包括分离、选择、培养、生理鉴定等，以往关于微生物鉴定的运用的都 是纯培养技术，但是海洋微生物能培养的只占到l ，很大一部分微生物不能用培 养的方法鉴定出来，微生物种类多样性被严重低估，因此传统的培养技术难以正 确的反映微生物的实际存在状况，包括种类、种群大小、种群动态变化等许多重 要参数，有操作繁琐、检测时间长、特异性差和准确率低等特点，已不能满足人 们对微生物进行快速监测及研究的要求。随着分子生态学技术的发展，利用p c r 、 核酸杂交等技术对微生物进行检测、测定，它可以直接提取环境中的d n a 或者直 接在原位对微生物进行研究，而不需要对微生物进行培养，省略了繁琐的培养过 程，能够动态研究群落对样性。此外，用直接提取的总d n a 构建的基因文库，包 含了大量以前因为无法培养而不能获得微生物基因，从这些文库中发现全新的具 有巨大应用价值的抗生素类、酶类及其其他生活物质的基因应该是非常有潜力的。 1 4 11 6 s rd n a 1 6 s rr n a 序列分析技术的基本原理 1 6 s rd n a 序列分析技术是分子生态学领域的一项重要技术，目前已被广泛应 用于微生物的分类、鉴定以及为微生物的群落研究，由于该技术的广泛应用，使 6 卜海海洋大学硕i ：论文 其在很多方面都取得了较显著的成果。 核糖体是存在于所有生物细胞中的由蛋白质和r n a 构成的复杂细胞基质，在 细胞内通常与细胞质紧密相连，是蛋白质合成的场所。原核生物的r r n a 含有3 种类型：2 3 s 、1 6 s 和5 s rr n a ，它们分别含有的2 9 0 0 、1 5 4 0 和1 2 0 个核苷酸。5 s r r n a 虽易分析，但核苷酸太少，没有足够的遗传信息用于分类研究；而2 3 s r r n a 含有 的核苷酸几乎是1 6 s r r n a 的两倍，分析较困难。经过大量的研究证明1 6 s r r n a 片段长度适中，信息较大且易于分析( 周德庆1 9 9 3 ) 【3 0 1 。陈文新【3 1 】认为1 6 s r r n a 作为生物系统发育指标依据是：它们为细胞所共有，其功能同源且最为古老，既 含有保守序列又含有可变序列，分子大小适合操作，它的序列变化与进化距