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第九章海洋分子生态学李永峰 教授刘瑞娜 研究生 3142海洋细菌生态学研究海洋分子生态学导论主要分子生物学技术我国的海洋微型生物目录导论海洋分子生态学就是用分子生物学的原理与方法在分子水平上研究海洋中的生态学问题。 对于海洋资源环境问题，微型生物的生态过程有着特殊的意义。以分子生物学技术研究海洋微型生物的生态适应和生态功能，极大地促进了海洋生态领域的发展。原绿球藻—二乙烯基叶绿素分离与培养以培养海洋微藻的K培养基培养。特点：以EDTA作为鳌合剂，且不含铜PR02培养基很有效的分离培养基细胞结构球状,分裂前的细胞呈棒状,革兰氏阴性细胞壁,细胞质包含DNA、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶／加氧酶、羧酶体及糖原小粒,具有类囊体周期：具有彼此分离的S期、Gl期和G2期 分子细胞生物学特征：基因组大小与真细菌的基因组大小相近，G+C）含量低原绿球藻具有独特的色素组成——二乙烯基叶绿素，还含有α-胡萝卜素、玉米黄质及一种类似叶绿素c的色素对光强敏感氮源：不利用硝态氮磷：限制性的营养元素之一铁：“高氮低叶绿素”？原绿球藻生长最好的水层随营养盐跃层的变化而变化光合营养温度细胞分裂受温度的严格控制生理特征原绿球藻自然生态学自然地理分布季节变动规律垂直分布特征垂直分布类型随地理位置、季节及水文条件的变化而表现出差异，随氮跃层变化分布范围广泛、数量极大；主要栖息地大洋贫营养海区；受海水温度的调控丰度高峰出现于夏秋季，丰度低谷出现于冬春季；表现在丰度和深度的分布不同生态型的基因组比较细胞分裂及DNA复制的分子生物学原绿球藻营养分子生态学原绿球藻的光适应及分子生态学原绿球藻的分子生态学从分子遗传学水平揭示其不同株系之间的细微差别，MED4与MIT9313明显的昼夜节律，DNA复制发生在傍晚时，细胞分裂在夜间完成碳、氮、磷、铁的代谢光的可得性，随水深垂直变化的多样性大于水平分布的多样性中国海的原绿球藻生态学原绿球藻在中国海区的大量存在 （1）分布及动态变化三种显著不同的类型：东海，丰度在表层上最大，向下逐渐减少；南海的深海区域，丰度极大值存在于表层以下；东海黑潮水域，垂直分布无明显的最大值层（2）生态地位原绿球藻是超微型自养生物中碳生物量的主要贡献者，高增长速率，营养物质循环和能量流动中扮演着重要角色。（3）分子生态学南海原绿球藻遗传多样性非常丰富 聚球藻聚球藻(Synechococcus)是海洋蓝细菌的主要代表性类群之一，为超微型光合自养原核生物，其主要特征色素为藻红蛋白(Phycoerythrin，PE)细胞形态与结构特征球状或短棒状，体积很小，在同一平面上以一分为二的方式进行横向分裂，一般以单细胞的形式存在。有藻胆体、羧化体、小囊泡和核糖体物质，具有运动功能温度和营养最适生长温度一般为20～26℃；利用铵或硝酸盐作为氮源；S除了用于构成蛋白质外，还被用于形成脂质（油脂）磷出现在低分子量的复合物和RNA中对微量元素需求低藻胆蛋白藻胆蛋白—聚球藻光捕获色素的原因。一类为红色的藻红蛋白(PE)，另一种为蓝色的藻蓝蛋白(PC)。聚球藻的细胞生理学聚球藻的自然生态学聚球藻的垂直分布富含PE的聚球藻丰度最大值常出现在次表层聚球藻丰度随地理位置的变化PE株系的聚球藻丰度随地理位置的不同而有所变化数量随纬度增加而降低；聚球藻的丰度也随季节的变化而变化①MC-A 组：含藻红蛋白，生长需高盐Na+、Cl-、Mg2+、Ca2+，在近海和大洋的透光层数量丰富；②MC-B组：含藻蓝蛋白、不含藻红蛋白、多见于近岸③MC-C 组：以低G+C含量为显著特点分子标记能在基因转录和蛋白质水平上指示聚球藻对低营养浓度的胁迫反应或光强变化的反应。分子生物学分析所产生的大量分子数据，使得聚球藻以及其他海洋微型生物生态方面的研究获得了空前的进步①纯培养的研究法②原位研究法③流式细胞技术与分子生物学技术相结合的研究法研究方法对环境的生理响应遗传多样性聚球藻的分子生态学聚球藻的分子生态学目前已绘出了原绿球藻和聚球藻(运动型聚球藻菌株WH8102)的基因组序列图聚球藻菌株WH 8103基因组约有240万个碱基对，构成了约2500多个开放读码框（ORFs）随着今后对更多聚球藻菌株全基因组的测序和分析，进一步了解它们与环境、生物的关系，有助于更好地解决资源和环境问题。聚球藻遗传多样性与其生理特性、生态型间的关系聚球藻基因组研究 聚球藻遗传多样性与某些生态型及生理特征有相关性用rpoCl基因序列分析法研究表明：同一生态型（表层）的聚球藻在遗传上未必一致用荧光分光光度分析法对PE定量研究的结果表明：PUB/PEB比值与菌株所在深度有关根据16S-23SrDNA序列差异研究表明：在遗传上相近的自然群体中的聚球藻包含了许多共存的生态型还有其他遗传上相近的菌株在生理上的差异性中国海的聚