海草床微生物研究进展

海草是一类生长于海洋环境中的单子叶植物。细菌、真菌、微藻、古生菌和病毒等微生物栖息在海草器官及其周围环境中,对海草生长、营养和健康以及海草床物质循环起着重要作用。本文通过分析与总结国内外参考文献,简要介绍了海草床微生物的一些新的研究进展,并讨论了将来可能进行的研究方向。海草微生物组与沉积物和海水中的微生物群落存在较大差异,其分布在离散且高度异质性的生态位,且该模式在广泛的地理尺度上保持不变,不是受海草种类和沉积物类型控制,而是主要取决于环境驱动与海草代谢。大部分海草核心微生物群落都参与硫循环。今后可采用模拟实验、生态模型、基因组、宏基因组、转录组与代谢组等技术方法研究海草床微生物的多样性、组成、功能、定植与病害等。此外,揭示海草床中微生物、海草和环境之间的相互关系,对保护受威胁的海草床具有重要意义。     

海草床沉积物有机碳研究综述

海草床具有重要的生态系统服务功能,可以为海洋生物提供栖息地和食物来源,同时还具有重要的碳储存功能,海草床“蓝碳”功能日益受到学术界的重视,据研究全球每年海草床的碳埋藏量高达(2.7~4.4)×10⁷ MgC。近年来,由于人类活动的影响,世界范围内海草床衰退严重,导致海草床沉积物有机碳储量降低。本文综述了全球海草床沉积物有机碳的来源、组分、储量以及指示作用;从物理、化学和生物三方面讨论了影响海草床碳储量的环境因素。最后提出了未来主要研究方向,主要包括加强海草床碳通量普查,分析全球气候变化背景下海草床沉积物有机碳的变化机制,明确海草床碳储量流失速率,研究海岸带工程对海草床沉积物有机碳的影响。评估海草床沉积物有机碳储量及变化机制可以为全球海洋蓝碳研究提供科学依据。     

北极深海沉积物中细菌和古菌群落结构研究

在北极深海沉积物生态系统中,微生物的群落结构由有机质输入、能量的可用性及其他环境因素决定.然而,全球气候变暖及其导致的冰盖提前融化正在影响微生物的多样性.为描述北极深海沉积物中的微生物群落结构及其与环境因素的相关性,我们利用罗氏454对北极深海沉积物样品的16S rDNA扩增子进行了测序,对细菌和古菌群落的丰富度、成分、结构及其系统发育分类地位进行了描述.硫还原和化能有机营养类是细菌群落中的主要类群;而古细菌群落主要是由微生物的关系最为密切的氨氧化奇古菌门(96.66%)和产甲烷古生菌界(3.21%).这项研究描述了北极极点附近深海沉积物(> 3500米)中的微生物多样性,将为以后研究类似环境中微生物代谢过程和途径等功能分析奠定基础.     

中国明对虾混合养殖池塘沉积物微生物群落比较研究

微生物群落在养殖池塘生态系统中发挥着重要的作用，与环境质量及养殖动物的生长和疾病暴发密切相关。为了考察中国明对虾不同混养模式中的微生态状况，本研究基于 16S rRNA 基因的高通量测序技术，比较了 6 种不同中国明对虾混 养池塘沉积物微生物群落的差异。结果表明，6 种混养池塘沉积物的主要微生物均为变形菌门 （Proteobacteria） 和放线菌门（Actinobacteria），与褐牙鲆的混养，会导致变形菌门丰度升高，同时抑制放线菌门的生长。中国明对虾、海蜇、菲律宾蛤仔混养具有最高的沉积物微生物群落丰富度和多样性。通过对微生物功能进行预测发现，化能异养和含硫化合物的呼吸是中国对虾混养池塘沉积物微生物群落的主要功能。中国明对虾、海蜇、菲律宾蛤仔混养沉积物中部分细菌的某特异性富集，可以提高沉积物中溶解氧量并促进化学物污染物的降解。综上所述，中国明对虾、海蜇、菲律宾蛤仔混养模式在 6 种不同中国明对虾混养池塘中微生态状况最佳。     

印尼混合海草床大型底栖生物丰度和多样性生态研究

海草床是海岸带最富生产力的生态系统之一，支撑着各种各样的伴生生物。热带的印度和太平洋地区被认为拥有海草植物种类多样性最高，且分布面积最广，然而，这个区域的海草床大型底栖生物我们知之甚少。为了填补认知的空白，我们在该区域开展了一项生态调查，旨在描述该区热带海草床大型底栖生物的丰度和多样性，以及确定大型底栖生物丰度、物种丰富度和群落结构是否明显存在断面内的站间变化和样地间变化。2014年5月和2015年10月我们分别在北苏拉威西省东海岸和西海岸开展野外工作，使用柱状取样器采集海草床大型底栖生物样品。所得样品共计鉴定14大类149种底栖生物，种类最为丰富的类别为多毛类（56种，占26%的总个体数），十足类（20种，占9%的总个体数）和端足类（18种，占35%的总个体数）。东、西海岸海草床大型底栖生物表现出不同的空间分布模式。在东海岸，同一断面的大型底栖生物和端足类的丰度存在显著的站间差异；而在西海岸，大型底栖生物和多毛类的种类丰富度和丰度都表现出明显的站间变化，这可能归结于同一断面底质不均所造成。单因素ANOSIM以及MDS排序表明了北苏拉威西省东海岸和西海岸海草床大型底栖生物群落结构存在显著不同，正好对应于将海草床分成两大类型的栖息地，即西海岸的红树林-海草床-珊瑚连续体和东海岸的海草床-珊瑚连续体。与在热带海区开展的其他研究相比，本研究的大型底栖生物丰度和多样性处于中等水平。东、西海岸海草床大型底栖生物群落存在显著区别，其原因可能源于多方面，包括了沉积物模式，海草床结构和时间变化。     

辽河口沉积物中参与主要生物地化循环的微生物功能基因分析

辽河口区域丰富的生物多样性在生物地球化学循环和维持生态系统功能等方面发挥着极其重要的作用。研究辽河口表层沉积物中参与常见地球化学循环的功能基因及其关键影响因子,对揭示和预测辽河口沉积物微生物的功能代谢潜力和受环境变化的影响具有重要意义。应用功能基因芯片(GeoChip 4.0)技术开展微生物功能基因多样性研究。结果表明:在6个沉积物样品中,检测到各类型功能基因48742个,反映了9个微生物介导的关键生物过程。其中,碳循环相关功能基因最多,其次是氮循环和硫循环,而磷循环相关功能基因较少。各站位生物过程相关的功能基因数量和荧光信号值整体呈由远海到近海上升的趋势,即河相区的微生物功能基因较海相区与混合区普遍丰富。碳循环中参与碳固定的基因荧光信号值最高。氮循环中反硝化功能基因荧光信号值最高。总磷与硝酸盐是影响微生物功能基因多样性分布格局的重要因素。该研究有助于了解环境变化对辽河口沉积物生态系统结构和功能的影响,为研究辽河口表层沉积物微生物介导的生物地球化学循环提供科学依据。     

冲绳海槽南部热液区附近柱状沉积物中微生物的垂直分布多样性及其对环境因子的响应

近年来,海底热液环境中的微生物及其环境适应机制已经成为海洋科学研究的热点。目前,相关的研究主要集中在表层沉积物及微生物的水平分布多样性方面,而对柱状沉积物中微生物垂直分布多样性研究却很少。本文基于西太平洋冲绳海槽南部热液区附近S2站位的柱状沉积物样品,通过对其不同层位的样品进行分离培养和16S rRNA基因高通量测序,揭示了样品中可培养微生物和总体微生物的垂直群落分布特征,同时结合对样品主量元素、微量元素、碳氮含量等指标的评估和冗余分析等统计学方法,讨论了微生物群落结构及其对环境因子的响应。研究发现该位点的柱状沉积物有机质含量较为贫乏,存在两个富含Cu-Zn-Pb的层;各个层位的沉积物中微生物类群均以变形菌为主要类群,同时表层沉积物表现出更高的微生物多样性。此外研究还表明柱状沉积物中有机碳含量与其微生物的群落组成有着更为密切的关系。总之,本研究的结果和获得的菌种资源为进一步深入研究海底热液环境中微生物参与元素地球化学循环的过程提供了一定的基础。     

硫化物胁迫对海草影响的研究进展

硫酸盐的还原作用是沿海海洋沉积物中有机质厌氧矿化的主要终点过程，该过程会生产有毒的硫化物。迄今为止，在所研究的大多数海草中都发现了硫化物侵入植株组织内部的现象，而且在温带和热带区域已经发生过多起因为草床沉积物中硫化物浓度过高而导致海草大面积死亡的事件。本文综述了近三十年来硫化物胁迫对海草影响的相关研究工作，主要内容包括以下四方面：（1）硫化物对海草产生胁迫的环境条件主要有缺氧、缺铁、有机质富集以及高盐；（2）硫化物侵入海草组织的途径是由根部吸收进而转移到地下茎和叶片中，而随着时间的推移，硫化物在海草组织中最终主要以单质硫、硫酸盐以及有机硫的形式存在；（3）硫化物对海草的危害主要是通过直接破坏海草的分生组织并进一步抑制海草的光合作用发生的，对海草的生长带来严重的负面影响；（4）不同海草物种受硫化物的侵入情况不同，主要与海草物种的形态学和内部结构差异有关。最后提出三方面的展望，包括硫化物胁迫下海草组织、细胞层面的深入研究，分子应答机制的研究以及有效的海草床修复手段的探索。本文有助于全面了解海草与硫化物胁迫之间的关系，并为将来开展更深入的研究提供参考。     

海草植株移植方法的研究进展

海草是世界上最重要的初级生产者之一[1],也是海洋生态系统食物链中的重要一环[2],海草床具有非常复杂的群落结构,它为一些幼鱼和贝类提供重要栖息地及隐蔽保护场所[3],也为一些植食性鱼类、某些水鸟和一些大型动物如海龟(Chelonia my-das)、儒艮(Dugong dugon)等提供觅食场所[4-5]。同时,海草床还可以调节水体中的悬浮物、溶解氧、叶绿素、重金属和营养盐[6],减缓水流速度[7],对浅水水质的净化与底质的巩固发挥着关键作用。此外,海草通过叶片及地下茎将吸收的氮、磷及可溶性有机物等释放到周围环境及水体中,供附生生物及其他生物利用[8]。并有研究表明,海草床在维持全球碳平衡和氮平衡中也起到重要作用[9],碳的固定率几乎可以和热带雨林相比[10]。然而,自20世纪以来,受人类活动频繁加剧的影响,海草床在世界范围内呈现严重衰退趋势,有些地区的海草床甚至已完全消失[8]。据统计,全世界海草的分布面积大约有17.7×104 km2,约相当于海洋面积的0.15%[11]。然而仅1993年至2003年就有大约2.6×104 km2的海草床消失,大约减少了15%[12]。     

大洋表层沉积物中甲烷代谢古菌群落的组成及分布特征

海洋沉积物中的甲烷代谢微生物是甲烷循环的关键参与者,其代谢过程对大气甲烷浓度及全球气候变化具有显著影响,研究其在全球大洋沉积物中的组成及分布特征是探究微生物介导甲烷循环的基础。采用焦磷酸454高通量测序测定甲烷代谢保守功能基因mcrA(Methyl coenzyme–M reductase A)分析全球大洋沉积物中甲烷代谢微生物群落的组成和多样性;结合荧光实时定量PCR技术检测了古菌和甲烷代谢古菌的丰度分布特征。与其他海洋生境对比,大洋沉积物中甲烷代谢古菌群落结构单一,大西洋和印度洋的α多样性指数显著高于太平洋(p<0.05)。在大洋沉积物样品中鉴定到3个目的甲烷代谢古菌,即甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)和甲烷微菌目(Methanomicrobiales),其中甲烷微菌目占绝对优势,并主要由一簇未知类群(暂名Oceanic Sediments Dominant group,OSD group)组成。大洋沉积物的古菌16S rRNA基因丰度(湿重,下同)平均为8.81×10⁶ copie...     

南极纳尔逊冰川土壤中微生物的群落结构及其代谢特征研究

冰川土壤中的微生物是冰冻圈生态系统中的重要组成部分。南极纳尔逊冰川四周环海,临近海洋的物质输送和其他因素扰动改变了近岸土壤中部分理化因子,从而对土壤中的微生物群落产生影响。本研究采集了南极纳尔逊冰川不同近海距离处的土壤样品,并对其进行了细菌和古菌V4区扩增子测序以及宏基因组测序,探讨了不同近海距离的冰川土壤中的微生物群落结构和代谢潜能。物种多样性结果显示,不同位点的土壤微生物群落组成有所差异,但变形菌门、放线菌门、拟杆菌门等在冰川土壤样品中普遍存在且相对丰度较高。宏基因组分析结果显示,不同近海距离的冰川土壤微生物群落的功能基因分布不同,且能量代谢和跨膜运输等代谢途径的基因的丰度随着采样位点远离海洋而降低。冰川土壤中碳、氮、硫代谢分别以还原性柠檬酸循环、反硝化、同化硫酸盐还原途径为主,其中反硝化途径基因在所有样品中丰度较高。通过分箱组装获得了含有反硝化功能基因的基因组bin＿71,并重构了其核心的代谢通路。本研究初步揭示了南极纳尔逊冰川土壤中微生物的群落结构及代谢潜能,为后续南极冰川土壤新物种的发现、功能基因的挖掘、以及探究全球气候变暖下海洋对沿海生态系统的影响提供了基础数据。     

中国温带海域新发现较大面积(大于50ha)海草床:Ⅲ渤海兴城-觉华岛海域大面积海草床鳗草种群动力学及补充机制

鳗草(ZosteramarinaL.)广布于北半球温带浅海海域,其形成的鳗草床具有重要的生态价值。近些年来,我国黄渤海海域鳗草退化严重,较大面积、连续分布的海草床已经非常少见。在渤海兴城-觉华岛海域发现较大面积的海草床,可以作为渤海沿海海草床的典型代表。基于此,2018年5月、9月、11月和2019年3月对该海草床进行了初步调查,探究了渤海兴城-觉华岛海草床鳗草种群补充等生态特征,分析了海草床生境的主要威胁,并提出了对海草床进行有效保护和科学管理的相关建议。结果表明:渤海兴城-觉华岛海草床总面积为791.61ha,海草种类为鳗草和日本鳗草(Z.japonica),以鳗草为优势种,日本鳗草极少且呈斑块状分布;鳗草生物量在2018年5月达到最大值(1241.22—1632.64g/m2);鳗草叶片碳、氮、磷元素含量分别为35.35%—36.57%、1.89%—3.35%、0.14%—0.48%;鳗草海草床以无性繁殖为主要补充方式,有性繁殖补充比例平均仅为1.92%,明显低于国内其他鳗草草床,具有鲜明的独特性;该海草床主要受围填海、捕蛤、围网捕鱼等人类活动的严重影响,并致使海草床边缘区域呈现斑块化趋势。建议对这片珍贵的海草床加以保护和修复。     

稳定同位素分析应用于海草生态学研究的进展

在海草生态学研究中,稳定同位素分析方法能有效地揭示海草床中食物网的构建和能量流动以及海草床的环境质量状况。综述了国外近20 a来将稳定同位素分析应用于海草生态研究的理论基础与进展,并对稳定同位素数据分析、稳定同位素分析在海草污染生态学研究的应用和利用海草δ15N值构建近岸海域水体富营养化指标体系等方面提出了展望。     

厚壳贻贝(Mytilus coruscus)养殖区沉积物微生物多样性及固碳潜力研究

海洋蓝碳是海洋碳汇研究的重要领域,厘清不同蓝碳生境中沉积物有机碳组分格局是当前研究的热点之一。为更好地理解此问题,现以近海厚壳贻贝养殖区这一特殊蓝碳生境为对象,解析沉积物中的碳氮组分格局;进一步通过关联沉积物微生物群落、结合卡尔文循环和还原三羧酸循环的关键基因相对丰度分析,评估厚壳贻贝养殖区沉积物的固碳潜力。结果表明,相较于非养殖区,厚壳贻贝养殖区沉积物惰性碳的累积较大,氮组分主要以氨氮形式存在;同时养殖区高微生物量碳和微生物量氮指示了其沉积物中碳周转较快,碳氮组分特征差异明显。沉积物微生物高通量测序结果显示养殖区沉积物微生物主要以Gamma变形菌纲和Delta变形菌纲为主,且微生物类群与颗粒有机碳、惰性碳等碳组分存在明显的相关性。与惰性碳存在明显正相关关系的硫微螺菌科(Thiomicrospiraceae)丰度在养殖区沉积物中显著高于非养殖区沉积物。贻贝养殖区沉积物包含cbbL在内的6种关键功能基因,固碳潜力明显。研究结果将为进一步探究蓝碳生境的有机碳来源和微生物固碳效率提供基础依据。     

海南黎安港海草床碳储量评估

本研究对海南黎安港海草床碳储量进行了评估,并对我国南海区近岸现存海草床总碳储量进行了估算。结果显示,黎安港海草床中海草植物碳储量、100cm深度沉积物碳储量和总碳储量分别为(179.75±102.28)Mg C、(7795.86±2923.75)Mg C和(7975.61±2907.15)Mg C;南海区近岸现存海草床总储碳量约为357008.86Mg C。研究发现,黎安港沉积物有机碳含量平均值为0.56%±0.25%,海草植物储碳密度为(1.60±0.91)Mg C·ha^-1,100 cm深度沉积物储碳密度为(69.61±26.11)Mg C·ha^-1,均明显低于全球平均值(分别为2.50%、2.52Mg C·ha^-1和139.70Mg C·ha^-1)。黎安港有些裸滩区域沉积物有机碳含量和储碳密度要高于相邻的海草生长区,鉴于海草生长区与其周边一些裸滩区域存在有机碳的交换转移,建议将海草生长区周边的一些裸滩区沉积物碳储量也纳入海草床总碳储量。     

海南岛东海岸海草床生态系统健康评价

根据2004~2009年海南岛东海岸长圮港、龙湾、高隆湾、黎安港、新村港等地海草分布区的水质、沉积物、生物质量、栖息地、生物5个指标调查数据,按照《近岸海洋生态健康评价指南》(HY/T087-2005)海草生态系统评价方法,对海南岛东海岸海草床生态系统健康指标进行评价。结果显示,海南岛东海岸海草床水环境与沉积环境均处于健康状态;龙湾海草床生物残毒评价为亚健康,其余站位均处于健康状态;黎安港与长圮港海草床栖息地评价处于不健康状态,其余站位均处于健康状态;黎安港海草床生物评价处于不健康状态,新村港海草床生物评价处于亚健康状态,其他地方栖息地与生物评价均处于健康状态。海草床生态系统健康评价显示,黎安港处于不健康状态,新村港与长圮港处于亚健康状态,龙湾与高隆湾处于健康状态。总体上看,海南岛东海岸分布于珊瑚沿岸海草床生态系统比较健康,分布泻湖沿岸海草床趁于亚健康向不健康方向转变。本文希望通过对海南岛东海岸海草床生态系统的健康评价研究,为海草床生态系统的保护与修复提供理论依据。     

海南岛海草床群落种间关系研究

根据2009年对海南岛13个区域野外192个样方的调查数据,本文主要采用X2检验、Ochiai (1957)指数和Spearman秩相关系数,并结合分析样地综合环境研究了10种海草种间关联和相关关系.结果表明,在海草群落种间关系的研究过程中,种对间呈负相关联结的数量明显大于正相关数量,总体上呈现负联结趋势,海南岛海草群落尚未达到稳定状态,物种的组成还会发生变化,仍处于发展演替之中,较容易受外界因素干扰而发生波动.根据分析结果将10个海草种划分成2个生态种组,分为喜生淤泥种组的羽叶二药和贝克喜盐以及以海神草、泰莱藻为主相互联结的非喜生淤泥种种组.生态种组内的物种利用资源方式和生态位很相似,而组间具有明显的差异.生态种组的划分能为海草的保护与修复提供理论依据.     

孤独的海草床“犁耕家”--儒艮

海草是生长在热带到温带浅海中的显花植物,由海草构成的海草床生产力极高,为全球有机碳的重要汇集地,支撑着包括濒危物种儒艮在内的各种各样的海洋生物。儒艮是海洋中的草食性哺乳动物,是海草床重要的标志性物种。     

东太平洋海隆深海热液区沉积物微生物多样性的研究

提取东太平洋海隆区深海热液系统沉积物样品的总DNA,构建沉积物中的细菌16S rDNA 克隆文库,通过PCR-RFLP分析与序列测定,对沉积物中的微生物类群及其与环境的关系进行了分析.结果表明,该海区沉积物中的36个克隆代表的22种基因型分别属于7个主要类群,其中变形菌(Proteobacteria)的γ-亚群为优势菌群,α-和β-亚群也均有分布;而硫氧化相关共生菌的属(sulfur-oxidizing symbionts)为优势种属.系统发育分析表明,在该沉积物中细菌主要是跟共生有关、跟C、S代谢相关,大多还能在无氧和高温环境的条件下生存,说明采样点具有典型的深海热液生态系统的特点,甲烷代谢和硫代谢在该区域的深海物质能量循环中占据着重要地位.另外大量新的极端微生物的存在,预示着该区域的微生物资源有着非常大的开发潜力.     

T-RFLP技术及其在微生物群落结构研究中的应用

微生物是生态系统的重要组成部分,在各种元素的生物地化循环中起关键作用。因此研究微生物的群落结构,借此了解微生物和环境的关系就尤为重要。长久以来微生物群落结构的调查方法一直是建立在分离和培养的方法上。这种方法不但费时费力,而且不够准确。这反映在如下几个方面：(1)微生物群落组