南海胞外多糖生产菌多样性调查及典型海洋细菌胞外多糖生物可利用性的研究

摘要

海洋溶解有机物质(DOM)在海洋碳的生物地球化学循环中占有重要地位。储存在DOM中的碳可以与大气中的CO2相当，是海洋最大的有机碳库。海洋细菌生产的胞外多糖(EPS)是高分子量的糖类聚合物，是重要的DOM成分之一。EPS不仅为微生物提供适于其生存活的微环境，同时参与海洋中各个生物化学过程，对海洋物质与能量循环具有重要生态意义。海洋细菌普遍具有合成分泌胞外多糖的能力，然而海洋细菌生产的EPS对DOM的贡献尚不明确。关于EPS生产菌株的报道目前主要集中在从极地、热泉、冷泉等极端环境地区分离出来的菌株。 本论文调查了南海可培养EPS生产菌的多样性，并初步探究了EPS的生物可利用性，主要研究内容及结论分为以下五部分: 1、本论文以南海为研究海域，开展了EPS生产菌多样性的调查。从13个站位5个水层（表层、75 m、200 m、1000 m、底层）的海水中共分离筛选出169株EPS生产菌，对其16S rDNA基因分析得出以下结论:(1)随着水深的增加，EPS生产菌在所分离到的可培养细菌中的比例有增高的趋势，尤其从底层海水中分离出来的菌株50％以上可产EPS。(2)所分离得到的EPS生成菌，在纲的水平上分布于Gammaproteobacteria，Alphaproteobacteria，Bacilli，其中Gammaproteobacteria的菌株占总EPS生产菌的87％;在属的水平上，EPS生产菌分布在18个属，其中以Alteromonas(51％)，Pseudoalteromonas(24％)为优势属，其次是Sulfitobacter，Erythrobacter和Marinobacter。 2、从分离得到的EPS生产菌中挑选了不同种属代表菌株27株，对EPS生产特性进行了定性和定量分析比较。电镜观察表明:根据EPS生产菌细胞表面的形态特征可以将其分为三种类型:(1)生产纤维或者网状结构EPS的菌株;(2)表面有薄荚膜的菌株;(3)细胞表面没有明显结构的菌株。大多数的EPS生产菌是第(1)、(2)种形态，但是也有少数没有明显的结构。定量分析结果表明:不同的种属的EPS生产菌株在同一培养条件下生产不同类型的胞外多糖，有些主要产结合型的多糖，有些主要产游离型的多糖，也有少数菌株2种多糖产量都较高。 3、从南海2000米水深的海水中分离出一株生产EPS的新菌JLT2010T。该菌株被鉴定为Flavobacteriaceae科的新属新种，命名为Altuibacter lentus JLT2010T。 4、从代表菌株中挑选出了一株EPS高产菌Alteromonas marina JL2810，以葡萄糖为单一碳源培养JL2810，分析了培养过程中EPS的生产特性以及细菌分泌的EPS对培养体系中DOC的贡献，发现:典型EPS生产菌株JL2810可以在整个生长周期生产EPS，在细菌指数生长期生产速率最高。培养结束时，EPS占培养体系DOC的40％。说明EPS作为细菌的代谢产物，对溶解有机碳(DOC)的贡献有着巨大的潜力。 5、对JL2810生产的EPS粗提物进行了成分分析，并进一步纯化EPS，测定了EPS的分子量及糖基的组成，结果:EPS粗提产物的主要成分为碳水化合物，仅含有少量的蛋白质和DNA;多糖的分子量大于167 kDa，主要由半乳糖醛酸(40.0％)、甘露糖(25.0％)、鼠李糖(18.0％)和葡萄糖(14.6％)组成。将EPS添加到自然海水中开展培养实验，初步探究了EPS的生物可利用性，发现:EPS对细菌的生长和代谢相对于葡萄糖较为惰性。EPS被细菌利用的同时可以导致荧光溶解有机碳的积累。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 海洋中的溶解有机物质与海洋碳循环

1．2 海洋中重要的有机物质——细菌胞外多糖的研究进展

1．2．1 胞外多糖的概念和分类

1．2．2 海洋环境中胞外多糖生产菌的研究

1．2．3 海洋细菌胞外多糖的研究

1．2．4 海洋细菌胞外多糖的生态意义

1．3 本论文的设计及研究意义

第2章 南海胞外多糖生产菌调查

2．1 摘要

2．2 研究背景

2．3 材料与方法

2．3．1 实验材料、仪器与试剂

2．3．2 实验方法

2．4 实验结果及讨论

2．4．1 南海中可培养EPS生产菌的多样性

2．4．2 南海可培养胞外多糖生产菌的不同类型及生产特性

2．4．3 不同种属EPS生产菌的形态特征

2．4．4 结果讨论

2．5 本章小结

第3章 胞外多糖生产菌新菌的鉴定

3．1 摘要

3．2 研究背景

3．3 材料与方法

3．3．1 菌株来源

3．3．2 培养基

3．3．3 鉴定方法

3．4 结果与分析

3．4．1 菌落及菌体形态

3．4．2 生理生化特征鉴定

3．4．3 GC含量测定和16S rRNA基因序列分析

3．4．4 JLT2010T与模式菌株比对分析

3．5 本章小结

3．5．1 新属描述

3．5．2 新种描述

第4章 胞外多糖成分鉴定及胞外多糖生物可利用性初探

4．1 摘要

4．2 研究背景

4．3 材料与方法

4．3．1 实验材料、仪器与试剂

4．3．2 实验设计及技术路线

4．4 实验结果及讨论

4．4．1 菌株JL2810胞外多糖生产特性分析

4．4．2 胞外多糖粗提产物成分及元素分析

4．4．3 胞外多糖的分子量及组分分析

4．4．4 胞外多糖生物可利用性分析

4．4．5 结果讨论

4．5 本章小结

第5章 本论文的主要结论和创新点

5．1 主要结论

5．2 创新点

5．3 本论文的不足和展望

参考文献

硕士期间完成的文章

致谢