深海沉积物宏基因组文库中产蛋白酶克隆CAPRO2的筛选及酶学性质分析

利用选择性筛选培养基从所构建的深海沉积物宏基因组文库中筛选得到一株产蛋白酶的克隆（CAPR0002）,对其进行了酶学性质分析．结果表明该酶的最适作用温度为65cc,最适作用pH值为9．0．该蛋白酶具有较好的热稳定性,在40cC以下的温度中可长期保持稳定,在50℃中处理6h后仍能保持60％的活力,在60℃下保温30rain后仍能保持约60％的活力．Ca^2＋、Mg^2＋、sr^2＋、co^2＋对该蛋白酶有明显的促进作用,而且ca^2＋的存在可明显提高该蛋白酶的热稳定性,ca^2＋、sr^2＋、c0^2＋这3种离子均在3．0mmol／dm^3。浓度时具有最高的促进作用,当浓度高于3．0mmol／dm’时,这3种离子对酶活力的促进作用减弱．Hg^2＋、Fe^2＋、cu¨对酶有明显的抑制作用．CAPR02蛋白酶在pH值为7。5～9．5时活力较高,pH值为7。5时可保持约80％的活力,pH值为9．5时保持60％的活力,而在pH值高于9．5的条件下酶活力下降较快,pH值为10．0时活力降为约15％,表明CAPR02属于碱性蛋白酶．丝氨酸蛋白酶抑制剂PMSF、E一64和AEBSF对CAPR02蛋白酶均无抑制作用,显示该酶不属于丝氨酸蛋白酶,而EDTA对酶有明显的抑制作用,表明该酶属于金属蛋白酶．     

以宏基因组技术探讨渤海秋冬季节病毒多样性

为研究渤海海域病毒群落总体状况,本文以渤海的B47站表层海水为代表,对两个时间点(2010年9月,2011年12月)的病毒宏基因组做出全面分析。采集海水样品后过滤并经过切相流系统浓缩,提取DNA测序,再进行生物信息学分析,包括病毒组的种群分类、功能基因分析、系统进化分析等。分析结果指明,这两个时间点的病毒群落均由双链DNA病毒(97.75%,scaffold百分比)占据优势地位,其中尤以有尾噬菌体(80.86%,scaffold百分比)居多。按宿主区分,最大的一类病毒为聚球藻噬藻体(10.29%,scaffold百分比)。渤海病毒群落最为丰富的功能基因为复制、结合和修复基因,且冬季(33.77%,ORF百分比)大于秋季(16.39%,ORF百分比)。结果表明:在渤海病毒组中,(1)存在理论上只出现在亚热带海域的原绿球藻噬藻体;(2)物种组成、物种多样性、功能基因比例呈现季节变化;(3)相比远洋病毒组有一定独特性;(4)可能存在未知的T4-like病毒分支。     

凡纳滨对虾肠道微生物宏基因组Solexa 测序及其初步分析

CTAB-酚/氯仿法提取新鲜凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)肠道微生物宏基因组 DNA.结果表明: CTAB-酚/氯仿法提取总 DNA 的浓度达到92.5 ng/μL,半定量 PCR 法检测微生物基因组相对含量为69.9%.凡纳滨对虾肠道微生物宏基因组用于 Solexa 测序,生物信息学分析结果显示宏基因数据中64.1%的数据属于未知序列,35.5%属于真核生物,而已知的微生物和病毒序列所占比例仅有0.4%     

深海产低温碱性淀粉酶菌Halomonas sp.W7的筛选及发酵条件研究

从27份深海沉积物中筛选到30株产淀粉酶细菌,并对其中的W7菌株的产酶条件及酶学性质进行了研究。对W7菌株进行16SrDNA序列分析表明该菌株属于盐单胞菌属(Halomonas)。其最适生长温度为25℃,能适应pH值7～13和盐度0～100的环境条件。该菌株可利用多种碳源,但只在淀粉存在的条件下产酶,可利用有机氮源和无机氮源,但有机氮源更能促进淀粉酶的产生。产酶的最适条件为:25℃,pH10,接种量2%,盐度50,150r/min摇床培养36～48h。粗酶液的最适作用温度为40℃,最适pH值为10。该菌具有反硝化和氨化活性。     

深海超长沉积物柱状取样系统关键技术优化及应用

作为深海科学研究的重要基础装备,深海超长沉积物柱状取样系统在海底地形地貌、海洋地质构造、气候环境变化等研究领域发挥了重要作用,其在海底矿产资源勘探、海洋工程地质勘察等方面展现了巨大应用价值。针对传统超长柱状沉积物取样系统在作业过程中存在的盲目采样、安全隐患大、甲板作业空间受限等问题,自主研制了一套适用于深海的超长可控可视沉积物柱状取样系统,该系统具有液压锤击、立式收放和实时监控功能,能获取连续、超长、具有精准姿态方位信息的柱状沉积物样品。现通过对独立排缆方式、取样管快速拆装、样品封堵、低扰动取样刀头等关键技术细节进行优化,解决了样品扰动大、取样率低的问题,提高了取样作业效率与样品质量,且降低了作业安全风险。2017—2021年,该取样系统搭载不同母船在南海1 700,1 725 和1 778 m水深分别获取了15.25、16.01和15.83 m的长柱状沉积物样品。该设备的成熟应用,可为我国深海探测研究提供技术支持。     

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.     

东太平洋深海沉积物中DNA的提取及细菌多样性初步分析

以东太平洋海隆附近深海柱状沉积物为材料,通过化学裂解和酶消化相结合的方法提取了沉积物微生物的总基因组DNA,并进行了纯化。结果表明所得到的DNA分子片段大小在21kb左右,纯化后的DNA可直接用于PCR等分子生物学操作。细菌16SrDNAV3可变区的PCR—DGGE图谱展示出15条以上条带,表明深海沉积物中细菌多样性较高,群落结构比较复杂。对其中9条主要条带进行回收、测序和系统发育分析,结果表明所获得的序列分属放线菌门（Actinobacteria）,绿弯菌门（Chloroflexi）,γ-变形细菌亚门（Gamma—proteobacteria）,α-变形细菌亚门（Alpha—proteobacteria）和嗜酸菌门（Acidobacteria）5个大类群。     

雅浦海沟深海沉积物可培养真菌多样性及其反硝化能力研究

自雅浦海沟4个站位的12个沉积物样品中分离得到38株真菌菌株,基于形态观察和ITS序列信息对所得菌株进行分类鉴定,发现它们分别属于青霉属(Penicillium,17株)、曲霉属(Aspergillus,7株)、篮状菌属(Talaromyces,1株)、枝孢属(Cladosporium,6株)、赭霉属(Ochroconis,1株)、Meyerozyma属(1株)、梅拉菌属(Meira,1株)、Cystobasidium属(2株)、Wallemia属(1株)和红酵母属(Rhodotorula,1株)等10个属.其中青霉属、曲霉属和枝孢属菌株为优势菌株,分别占分离菌株总数的44.7%、18.4%和15.8%;而Wallemia属(节担菌纲)菌株是首次从深海环境中分离到.利用PCR技术在分离的深海真菌菌株中检测nir K和P450nor两种反硝化关键酶基因,结果显示nir K基因可在黄曲霉(Aspergillus flavus)、黑曲霉(Aspergillus niger)、杂色曲霉(Aspergillus versicolor)、枝孢菌(Cladosporium sp.)、枝状枝孢(Cladosporium cladosporioides)和产黄青霉(Penicillium chrysogenum)等6种真菌菌株中检测到,而P450nor基因仅在黄曲霉菌株中检测到.同时还通过富集培养方法从上述沉积物样品中分离获得两株反硝化枝孢菌.结果表明,雅浦海沟深海沉积物环境中存在着丰富的真菌资源,它们在深海环境氮循环中起着一定作用,这将增强人们对深海环境可培养真菌多样性及其生态作用的认识.     

中太平洋深海沉积物中元素组合特征及地质意义

深海沉积物中稀土(REY,包括Y)是继多金属结核、富钴结壳和热液硫化物之后又一有潜力的深海矿产资源。对中太平洋46个富稀土的沉积物样品(∑REY=(730~1 596)×10-6)和53个相对贫稀土的沉积物样品(∑REY=(324~487)×10-6)进行主微量和稀土地球化学分析,利用聚类分析和因子分析法,对元素组合特征进行了分析,划分元素组合和4个主因子。综合特征表明,2类沉积物REY的富集均与磷酸盐有关,REY含量高低取决于磷酸盐含量,但沉积物的形成具有多源多期的特点,富REY沉积物中铝硅酸岩(黏土矿物和沸石)对沉积物中磷酸盐富集REY的过程具有重要的促进作用,而在贫REY沉积物中铝硅酸岩对REY的富集意义不明显。     

深海沉积物中龙须菜降解菌群的筛选与鉴定及多样性分析

以龙须菜为唯一的营养源对深海沉积物进行富集和筛选,获得一个可降解龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)、紫菜(Porphyra umbilicalis)和海带(Laminaria japonica)产生还原性寡糖的菌群.通过16S rRNA序列及16S rRNA-RFLP分析对该菌群中的细菌多样性进行了研究.结果表明,降解菌群中的细菌组成主要为弧菌属(Vibrio,8株)、火色杆菌属(Flammeovirga,7株)和希瓦氏菌属(Shewanella,5株),其中希瓦氏菌属和火色杆菌属的细菌在菌群中的丰度较高.采用龙须菜为唯一营养源的筛选培养基对菌群中的细菌进行分离,获得4株具有琼胶酶活力的细菌,包括2株火色杆菌属和2株希瓦氏菌属细菌.培养和未培养的结果均表明火色杆菌和希瓦氏菌这2个属为所研究的深海沉积物主要的龙须菜降解菌.对原始降解菌群和所分离的关键菌株进行了龙须菜酶解产糖能力的比较,结果发现菌群中的弧菌属菌株虽然自身没有酶解龙须菜的能力,但可能可以协助关键菌株,提高菌群对龙须菜的降解效率.因此本研究中所获得的菌群和菌株有望在琼胶寡糖的绿色生产中得到广泛应用.     

东太平洋海隆深海热液区沉积物古菌多样性分析

采用PCR-RFLP方法对东太平洋海隆深海热液区3个站位沉积物中的古菌多样性进行了初步研究.结果显示,从古菌16S rRNA基因文库中随机挑取的296个阳性克隆分属奇古菌门（Thaumarchaeota,47.64%）、广古菌门（Euryarchaeota,44.93%）、泉古菌门（Crenarchaeota,6.77%）和未分类古菌（0.68%）,其中优势菌群为奇古菌门的亚硝化侏儒菌属（Nitrosopumilus,35.47%）和广古菌门的热原体纲（Thermoplasmata,27.03%）,DHVE3、DHVE5、DHVE6、MBGB和MBGE类群在沉积物样品中也均有发现.另外,3个站位沉积物中古菌类群组成存在差异,S5-TVG1站位样品文库的97个古菌克隆分属奇古菌门（49.48%）、广古菌门（49.48%）和泉古菌门（1.03%）,S14-TVG10站位样品文库的103个古菌克隆由奇古菌门（84.47%）和广古菌门（15.53%）组成,S16-TVG12站位样品文库的96个古菌克隆包括广古菌门（71.88%）、泉古菌门（19.79%）、奇古菌门（6.25%）和未分类古菌（2.08%）.研究结果表明,东太平洋海隆深海热液区沉积物中古菌多样性丰富,存在着许多新的古菌菌群;不同站位古菌菌群结构以及多样性存在差异,这与其所处环境的热液活动密切相关.     

履带式深海采矿车软底质行走性能分析

海底底质的物理力学参数不同于陆地土壤,其极低的抗剪强度和承压强度对深海采矿车的行走性能提出高要求。分析基于车辆地面力学理论,开展了底质土力学特性试验研究,建立了深海底质力学模型。根据深海重载作业采矿车样机结构参数,在大型动力学仿真软件Recurdyn中建立了仿真模型。通过直线行走多体动力学仿真与直线行走海试试验的对比,验证了仿真模型的准确性。在此基础上开展了采矿车样机在深海软底质上的多种行走工况动力学仿真,分析与评价其行走性能。结果表明,采矿车样机可以顺利完成转弯、爬坡、越障等基本功能。该研究成果可为深海采矿车海底行走性能评估提供理论参考,为深海采矿车和软底质的相互作用力学研究提供借鉴。     

热带太平洋深海微生物的若干生理生态特征

从2001年春、秋季于热带太平洋区采集到的深海样品中共分离到110株微生物,从中挑取31株进行形态特征和对环境理化因子适应特征的研究,同时利用Biolog微生物自动鉴定系统进行菌种鉴定和碳源代谢分析.结果表明:31株微生物中2株为酵母,21株为革兰氏阳性细菌,8株为革兰氏阴性细菌,来自底质的细菌菌株阳性菌占优势,而海水、蓝藻中阴性菌居多;温度、盐度、pH适应性试验表明,严格意义上的狭适性微生物不到总数的1/3,而具有较宽生态幅的广适性微生物占有相当大的比例.另一方面,耐冷菌、中度嗜盐菌和抗碱菌在这些微生物中的比例很高,同时,来自蓝藻的菌株大多数在4℃下不生长,而来自上覆水和底质的菌株可在4℃生长,这些都体现了微生物对生存环境的响应.31株微生物经Biolog鉴定12株得出鉴定结果.15株革兰氏阳性细菌对95种碳源的利用能力分析表明,不同菌株可利用碳源的数目从3种到46种不等,差异很大,体现了深海微生物营养类型的极大多样性;同时,发现有8种碳源可被一半以上的受试菌株所利用,这些碳源均是微生物各类代谢途径中的重要中间代谢物.     

马里亚纳海沟表层沉积物物理性质与微观结构初探

针对取样于141°48.700 8'E,11°11.698 8'N,深度为8 638 m的马里亚纳海沟海底表层沉积物,考虑该沉积物中的孔隙水为海水,提出一种测定其基本物理性质指标的修正方法,并测定其相关的物理性质指标,最后通过扫描电子显微镜观察其微观结构。研究结果表明:本次取样处的深海海底表层沉积物具有极高的含水率、高孔隙率、低密度、低比重、高饱和度等特性。考虑海水中盐分影响的修正后,该土样的含水率比修正前提高了11.68%,比重比修正前降低了7.66%。该沉积物显微结构以絮凝结构为主,中间夹杂着大量多孔隙的硅藻碎片和生物体的空壳,这使得该沉积物中的孔隙数量增多。研究结果将有助于了解马里亚纳海沟地区的深海沉积环境和历史,为深海集矿车的设计提供参考。     

太平洋深海沉积物来源的菌株Tenacibaculum sp.HMG1对孔雀石绿降解特性的研究

本文在太平洋深海沉积物中分离得到一株孔雀石绿降解菌株,鉴定命名为Tenacibaculum sp.HMG1。通过菌株生长实验和高效液相色谱的研究表明, HMG1菌株可以在20 mg/L的孔雀石绿中维持较快的生长速率,并且在12 h内可降解98.8%的孔雀石绿,这证明该菌株具有很高的孔雀石绿耐受能力和降解活性。通过基因组测序在HMG1菌株发现一条过氧化物酶基因可能参与了孔雀石绿的降解,随后利用原核表达获得了相应的重组蛋白。实验表明,该重组过氧化物酶具有极强的活性,可在1000 mg/L的孔雀石绿中发挥降解功能。本文利用液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术对孔雀石绿的菌株降解产物和重组酶降解产物进行鉴定,并基于鉴定结果推测了两种降解途径。结果发现两种降解方式存在共同的降解途径。此外,孔雀石绿降解条件的实验结果证明重组过氧化物酶可以在低温（20℃）、复杂的pH值（6.0–9.0）、高盐度（100 mmol/L）、金属离子和EDTA等反应条件下依旧维持很高的孔雀石绿降解活性。以上实验结果表明,HMG1菌株和重组过氧化物酶均在孔雀石绿污染生物修复方面具有很大潜力。