三亞天涯海角潮間帶趨磁細菌特性

徐 叢, 陳海濤, 張文燕, 陳一然, 董 逸, 潘紅苗, 杜海艦, 王明玲, 劉 佳, 滕兆潔, 肖 天

?

三亞天涯海角潮間帶趨磁細菌特性

徐 叢1, 2, 3, 陳海濤4, 5, 張文燕1, 3, 陳一然1, 3, 董 逸1, 3, 潘紅苗1, 3, 杜海艦1, 3, 王明玲1, 3, 劉 佳1, 2, 3, 滕兆潔1, 2, 3, 肖 天1, 3

(1. 中國科學院海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學重點實驗室, 山東青島 266071; 2. 中國科學院大學, 北京 100049; 3. 青島海洋科學與技術(shù)國家實驗室海洋生態(tài)與環(huán)境科學功能實驗室, 山東青島 266071; 4. 中國科學院三亞深海科學與工程研究所, 海南三亞 572000; 5. 中國科學院中法生物礦物與納米結(jié)構(gòu)聯(lián)合實驗室, 海南三亞 572000)

在三亞天涯海角潮間帶沉積物中發(fā)現(xiàn)了一定量的海洋趨磁細菌, 最大豐度可達100 個/cm3。透射電子顯微鏡(TEM)觀察發(fā)現(xiàn)該區(qū)域趨磁細菌絕大多數(shù)為趨磁球菌。磁小體形狀單一, 皆為棱柱形; 磁小體排列方式多樣, 以鏈狀排列為主, 包括單鏈、雙鏈, 也有少數(shù)成簇排列。高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)與X-射線能譜儀(EDXS)結(jié)果表明, 磁小體成分為Fe3O4。趨磁細菌的鐵含量平均為2.05% (0.70%~7.53%)。通過16S rRNA基因文庫的構(gòu)建與測序, 在78個陽性克隆中得到了16個趨磁細菌序列, 分屬9個OTU。系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明, 其中8個OTU屬于α-變形菌綱, 1個OTU屬于γ-變形菌綱。在全部9個OTU中, 有8個OTU與已知趨磁細菌序列的相似性低于97%, 有5個OTU與已知趨磁細菌序列的相似性低于93%, 說明該區(qū)域存在可觀的趨磁細菌資源。

潮間帶; 趨磁細菌; 多樣性; 磁小體; 16S rRNA 基因

趨磁細菌(magnetotactic bacteria)是一類能夠沿磁力線運動的特殊細菌[1], 趨磁性源于其含有的磁小體(magnetosome)與鞭毛, 其中磁小體起導向作用, 鞭毛提供運動動力[2]。趨磁細菌形態(tài)多樣, 有單細胞的球菌、桿菌、弧菌、螺旋菌以及多細胞趨磁原核生物[3]。磁小體通常呈鏈狀排列, 有單鏈、雙鏈以及多鏈, 少數(shù)趨磁細菌的磁小體不成鏈排列[4-5]。磁小體的大小、形狀以及成分具有種屬特異性[4-8]; 趨磁細菌廣泛分布于湖泊和海洋環(huán)境中, 在全球鐵、硫、氧及氮等元素的地球化學循環(huán)和生態(tài)環(huán)境中扮演重要角色[9]。意大利學者Bellini在1963年首次發(fā)現(xiàn)了趨磁細菌[1, 10], 自1975年美國學者Blakemore在Science上報道趨磁細菌[11]之后, 科學家陸續(xù)由海洋、湖泊以及土壤等不同水陸生境中發(fā)現(xiàn)了趨磁細菌[3, 12]。目前已發(fā)現(xiàn)的趨磁細菌屬于變形菌門的α-變形菌綱、γ-變形菌綱與δ-變形菌綱, 硝化螺旋菌門以及Candidate division OP3[3]; GenBank(http: // www.ncbi.nlm.nih.gov)收錄的趨磁細菌16S rRNA基因序列約有2200個記錄(截至2015年9月)。在中國, 趨磁細菌被發(fā)現(xiàn)于多種生境, 這些生境主要分布在四個地區(qū): 溫帶的北京湖泊水庫(北海、密云水庫等)、西安湖泊河流(曲江池、護城河、未央湖)、山東半島沿岸的海灣潟湖(匯泉灣、膠州灣、月湖等)以及熱帶的海南島[12-16]。在海洋環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了形態(tài)相異、生理特點不同、分屬不同分類單元的趨磁細菌[14-18]。本文收集了三亞天涯海角潮間帶沉積物中的海洋趨磁細菌, 對趨磁細菌的形態(tài)、大小, 磁小體大小、數(shù)目、排列方式以及16S rRNA基因系統(tǒng)發(fā)育進行了分析, 并對其與不同地域、不同環(huán)境的趨磁細菌群落構(gòu)成進行了比較。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

采樣點位于海南三亞天涯海角南海沿岸(18o17′29″N, 109o20′59″E)。2014年3月份在采樣點2次采集表層沉積物(0~10 cm), 分別裝在500 mL的塑料采樣瓶中, 每瓶沉積物約100~150 g, 之后向瓶中注入原位海水(沉積物與原位海水的比例約為1︰1),帶回實驗室避光靜置2周, 進行后續(xù)實驗。

1.2 趨磁細菌的收集

將磁鐵粘貼在采樣瓶的外壁, S極朝向收集瓶。30 min后, 用巴斯德管吸取磁鐵附近的樣品約500 μL, 注入100 mL螺口玻璃瓶中進行二次磁收, 瓶中菌液約40 mL。使用相同方法對二次磁收瓶中的樣品進行磁富集。之后采用“T-T”法進一步富集趨磁細菌[19]: 將5 mL移液器吸頭的頂端插入無菌離心管中, 離心管與移液器吸頭的頂端都注滿0.22 μm濾膜過濾的無菌原位海水, 將二次磁收集所得的菌液由移液器吸頭的粗端注入無菌原位海水中, 置于勻強磁場(磁場強度約0.35 mT), 待離心管底端出現(xiàn)明顯的灰色菌斑, 則停止收集。取離心管底端菌液進行顯微觀察與種類鑒定。

1.3 趨磁細菌計數(shù)、形態(tài)觀察與磁小體成分測定

使用Olympus BX51顯微鏡的微分干涉(Differential Interference Contrast, DIC)模式, 懸滴法觀察趨磁細菌并計數(shù)。計數(shù)方法是, 在采樣瓶磁鐵附近吸取菌液約1500 μL置于離心管, 混勻后吸取其中30 μL進行懸滴法觀察計數(shù), 得趨磁細菌數(shù)目, 則原始樣品中細菌豐度為50/(為沉積物體積)。將磁收集的菌液, 滴在銅網(wǎng)上(北京中鏡科儀技術(shù)有限公司), 待樣品干后, 用透射電子顯微鏡(HITACHI H8100, 中國海洋大學電鏡室)對菌體與磁小體進行觀察, 包括趨磁細菌菌體形態(tài)和大小, 磁小體形態(tài)、大小、數(shù)目及排列方式。用高分辨率透射電子顯微鏡(JEM2100, 山東大學化學與化工學院結(jié)構(gòu)成分測試中心)對磁小體成分進行分析X-射線能量色散譜(EDXS)分析磁小體的成分; 拍攝磁小體條紋像, 測量晶體面間距, 與國際粉末衍射文件 The Powder Diffraction File, PDF-2中的鐵氧化物或鐵硫化物參數(shù)進行比較。

1.4 趨磁細菌遺傳多樣性分析

1.4.1 制備DNA模板

取T-T方法收集的菌液, 用DEPC水洗滌3次, 以去除海水中的離子。而后用液氮與80℃水浴反復凍融三次, 使細胞壁破碎、細胞內(nèi)DNA溶出。

1.4.2 擴增16S rRNA基因

參照Bosshard等的方法進行PCR[20]。采用細菌16S rRNA基因通用引物27f(5′-AGA GTY TGA TCC TGG CTC AG-3′)與1492r(5′-GGT TAC CTT GTT ACG ACT T-3′)。PCR的反應條件是: 首先94℃預變性10 min, 然后94℃ 1 min, 50℃ 45 s, 72℃ 1 min, 循環(huán)25次, 72℃延伸10 min。利用濃度為0.1 g/L的瓊脂糖凝膠對PCR擴增產(chǎn)物進行電泳檢測, 并用瓊脂糖凝膠DNA回收試劑盒(北京康為世紀生物科技有限公司)回收PCR產(chǎn)物。

1.4.3 連接、轉(zhuǎn)化與克隆及DNA序列測定

將自瓊脂糖凝膠中回收的PCR產(chǎn)物連接到載體pMD18-T(Takara, Japan)上, 轉(zhuǎn)化入Top10感受態(tài)細胞(北京全式金生物技術(shù)有限公司)中, 在含有X-gal、IPTG與氨芐青霉素的Super Optimal Broth (SOB)固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)感受態(tài)細胞。選擇具有氨芐青霉素抗性的菌落, 挑出少量菌體作為模板, 用引物M13-47 (5′-CGC CAG GGT TTT CCC AGT CAC GAC-3′)與RV-M (5′-GAG CGG ATA ACA ATT TCA CAC AGG-3′)進行菌落PCR。擴增產(chǎn)物通過濃度為0.1 g/L的瓊脂糖凝膠電泳, 檢驗其是否為陽性。將陽性克隆交予南京金斯瑞生物科技有限公司進行測序, 從而獲得16S rRNA基因序列。

1.4.4 16S rRNA基因序列分析

將16S rRNA基因序列進行BLAST比對(http: // blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi), 得到與實驗所得的各條序列相似性最高的已知序列。通過BioEdit軟件進行相似性分析, 以MEGA3.1軟件的鄰位相接法進行系統(tǒng)進化分析。

2 結(jié)果

2.1 趨磁細菌的豐度

通過光學顯微鏡鏡檢計數(shù), 經(jīng)計算三亞天涯海角潮間帶沉積物中趨磁細菌豐度最高可達100 ind./cm3。

2.2 趨磁細菌的形態(tài)

通過透射電子顯微鏡(TEM)觀察, 發(fā)現(xiàn)三亞天涯海角趨磁細菌絕大多數(shù)為球形與卵圓形(圖1), 菌體大小為(1.70±0.22) μm ×(1.30±0.15) μm(=32), 寬長比為0.77±0.09(=32)。

A, B: 聚集在一起的多個趨磁球菌; C, D: 具有一條磁小體鏈的趨磁球菌; E: 具有兩條磁小體鏈的趨磁球菌; F: 桿狀趨磁細菌

A, B: Magnetotactic bacteria in a cluster; C, D: Magnetotactic bacteria with only one chain of magnetosomes; E: Magnetotactic bacteria with two chain of magnetosomes; F: Rod-shaped magnetotactic bacteria

2.3 磁小體的多樣性與成分

通過透射電子顯微鏡觀察, 可以發(fā)現(xiàn)三亞天涯海角趨磁細菌的磁小體鏈排列方式多樣, 磁小體個數(shù)、大小存在差別。圖2顯示了數(shù)量占優(yōu)的趨磁細菌中磁小體的各種排列方式。88%的趨磁細菌僅含有一條磁小體鏈, 9%的趨磁細菌含有兩條磁小體鏈, 還有3%的趨磁細菌的磁小體不成鏈排列。每個趨磁細菌所含磁小體個數(shù)不等, 數(shù)量介于8~15個, 平均為11個。磁小體大小為(80.52±7.17) nm×(71.88±5.83) nm (=345),平均體積介于2.65×105~6.24×105nm3(=345)。X-射線能譜顯示趨磁細菌的磁小體成分主要為Fe與O, 結(jié)合高分辨率透射電子顯微鏡(晶格像面間距為2.11 ?, )結(jié)果(圖3), 推測磁小體化學成分為Fe3O4。據(jù)估算本實驗中趨磁細菌的含鐵元素量范圍在0.70%~ 7.53%之間, 平均為2.05%(鐵元素含量=[(磁小體)×(Fe3O4)×(Fe)/(Fe3O4)]/[(菌體)×(菌體)×(1–85%)],(菌體)≈1g/cm3, 設(shè)趨磁細菌含水率為85%)。

A: 單條磁小體鏈; B: 平行的兩條磁小體鏈; C: 成簇的磁小體

A: One chain of magnetosomes; B: Two parallel chains of magnetosomes; C: Magnetosomes in a cluster

2.4 趨磁細菌遺傳多樣性分析

2.4.1 趨磁細菌16S rRNA基因序列測定

對得到的78個陽性克隆進行測序與比對分析, 發(fā)現(xiàn)其中屬于趨磁細菌的序列有16條, 分屬9個OTU(相似性<97%), 分別為: XC-S6、XC-S7、XC-S14、XC-S29、XC-S58、XC-S62、XC-S83、XC-S93、XC- S230。根據(jù)遺傳多樣性分析, 有8條序列所代表的細菌屬于OTU(XC-S29), 優(yōu)勢度達50.00%。其余各OTU都只有一條序列。香農(nóng)威納群落多樣性指數(shù)(Shannon-Weaver index of diversity)為2.50 nit, 均勻性指數(shù)為0.78。

2.4.2 趨磁細菌16S rRNA基因的系統(tǒng)發(fā)育分析

結(jié)果顯示(圖4), 本實驗所發(fā)現(xiàn)的趨磁細菌OTU XC-S29、-S58、-S62、-S230與strain SS-1 (JN896752.1)最接近(95.77%、89.33%、92.72%、88.60%), XC-S6與Uncultured Magnetococcus sp. clone MRT-130 (EF371494.1)最接近(92.01%),XC-S7與Uncultured Magnetococcus sp. clone MRT-82 (EF371483.1)最接近(95.97%), XC-S14與Uncultured Magnetococcus sp. clone M-67 (EF371491.1)最接近(98.63%), XC-S83與Uncultured Magnetococcus sp. clone M-12 (EF371481.1)最接近(96.62%), XC-S93與Magnetic bacterium strain rj520 (Y13207.1)最接近(91.41%)。相似度情況見表1。

表1 GenBank中與本實驗所發(fā)現(xiàn)的OTU最相似的序列

系統(tǒng)發(fā)育分析顯示, 8個OTU都屬于α-變形菌綱, 1個屬于γ-變形菌綱(XC-S83)。根據(jù)Stackebrandt等[21]認為16S rRNA基因相似性小于97%屬于不同的種, 小于93%屬于不同的屬。對9個OTU相似性分析表明, 其中有8個OTU(XC-S6、XC-S7、XC-S29、XC-S58、XC-S62、XC-S83、XC-S93 、XC-S230)與已知趨磁細菌序列的相似性小于97%(88.60%~ 96.62%); 其中5個OTU(XC-S6、XC-S58、XC-S62、XC-S93、 XC-S230)與已知趨磁細菌序列的相似性小于93%(88.60%~92.72%)。

3 討論

三亞天涯海角位于旅游景區(qū)邊緣, 潮間帶底質(zhì)為沙灘、礁石混合型[22]。該環(huán)境沉積物中趨磁細菌的豐度可達100 個/cm3, 較已報道的一般環(huán)境中趨磁細菌的豐度(103~104個/ cm3)低[23], 遠低于Files等報道的淡水環(huán)境沉積物中的趨磁細菌豐度(104個/cm3)[24], 與三亞紅樹林趨磁細菌豐度(102~103個/cm3)的最低值一致[25]。

在多次富集的樣品中, 觀察到的趨磁細菌絕大多數(shù)為趨磁球菌。已有研究表明, 無論是在海洋還是淡水生境中, 趨磁球菌在數(shù)量上都占優(yōu)勢[26-31]。本調(diào)查發(fā)現(xiàn)趨磁球菌占絕對優(yōu)勢(>99%)。透射電子顯微鏡下可以觀察到磁小體的排列方式與數(shù)目各異。潘紅苗等[32]在青島匯泉灣調(diào)查發(fā)現(xiàn)該地潮間帶趨磁細菌磁小體幾乎全部為雙鏈排列, 我們此前在青島太平灣調(diào)查發(fā)現(xiàn)趨磁細菌磁小體雙鏈排列的占50%以上[33], 天涯海角趨磁細菌的磁小體單鏈排列的占接近90%, 說明該地趨磁細菌磁小體排列異于上述兩區(qū)域。

Fe是地殼中含量第四高的元素, 也是幾乎所有生物必需的元素; 同時Fe循環(huán)也是生物地球化學循環(huán)的關(guān)鍵過程之一; 趨磁細菌在Fe循環(huán)的過程中十分重要[34-35]。鐵元素一般可以占到趨磁細菌干重的2%~3%, 這個比例比其他生物高幾個數(shù)量級[36]。本研究估算出三亞天涯海角潮間帶趨磁細菌平均含鐵元素質(zhì)量比為2.05%, 與文獻報道一致。趨磁細菌是地質(zhì)微生物學和生物礦化作用研究的模式微生物[3]: 趨磁細菌主動吸收環(huán)境中的Fe2+與Fe3+, 積累在成分為Fe3O4或Fe3S4的磁小體中[37]; 趨磁細菌死亡后磁小體中的Fe有的以離子形式回到環(huán)境里, 有的沉淀到沉積物中[38]; 還有的Fe由于趨磁細菌被捕食者捕食而進入食物鏈[39]。林巍等認為每平方千米湖泊趨磁細菌磁鐵礦年產(chǎn)量為0.95 kg(假設(shè)沉積物最上層10 cm存在趨磁細菌, 每立方厘米的沉積物含有1000個趨磁細菌, 每個趨磁細菌含20個磁小體, 每個磁小體體積為1.25×10–4μm3, 趨磁細菌的代時為12 h)[38]。本研究每立方厘米的沉積物中含有100個趨磁細菌, 每個趨磁細菌平均有磁小體11個, 每個磁小體平均體積為4.23×10–4μm3, 則每平方千米潮間帶趨磁細菌可產(chǎn)生磁鐵礦0.18 kg。雖然三亞天涯海角趨磁細菌磁小體平均體積較大, 但是豐度與每個細菌的磁小體個數(shù)都少于淡水, 所以單位面積年平均磁鐵礦產(chǎn)量不及淡水, 也少于青島太平灣的產(chǎn)量(1.92 kg; 磁小體平均體積8.02×10–4μm3, 豐度為350 ind./cm3, 每個趨磁細菌平均含18個磁小體)[33]。Chen等根據(jù)磁學方法估算, 認為群落中趨磁細菌更新一次需要28.3天, 一年更新12.9次[40]; 以此參數(shù)計算, 則三亞天涯海角每平方千米潮間帶趨磁細菌磁鐵礦產(chǎn)量更低。使用不同的參數(shù)估算, 結(jié)果相差顯著, 趨磁細菌對Fe循環(huán)的真實貢獻尚需深入研究。

在三亞天涯海角獲得了16條趨磁細菌序列, 可以分作9個OTU(97%), 其中又有8個與已知趨磁細菌序列相似性小于97%, 5個與已知趨磁細菌序列相似性小于93%, 說明熱帶潮間帶的趨磁細菌相比于溫帶[32-33]可能具有更高的多樣性。

與對青島太平灣趨磁細菌的調(diào)查結(jié)果比較(圖5)。太平灣趨磁細菌分為13個OTU[33, 41]。兩者采樣均在2014年春季三月份, 但兩地沒有相同的OTU, 且相似性小于92%。兩地趨磁細菌群落的Jaccard群落相似度指數(shù)為0; Jaccard群落相似度指數(shù)取值范圍為0~1, 值越小, 則群落相似性越低。兩地雖同屬潮間帶, 但是趨磁細菌群落的種類構(gòu)成差別顯著, 而且遺傳發(fā)育樹顯示天涯海角趨磁細菌在遺傳發(fā)育上差別更大。這可能與兩地緯度差異大、距離相距遠、氣候差異巨大有關(guān)。首先, 三亞天涯海角與青島太平灣相距18個緯度, 直線距離相距2200余千米, 兩地不僅物種交流機會少, 年均氣溫也差異巨大。天涯海角屬于熱帶、太平灣屬于溫帶, 天涯海角所在的三亞市年均氣溫與海水水溫都在20℃以上; 太平灣所在的青島市則四季分明, 冬季風大溫低, 持續(xù)時間較長(中國氣象局公共氣象服務中心)。此外, 三亞天涯海角采樣地位于核心景區(qū)邊緣, 距離海水浴場較近, 人類活動比較頻繁, 對潮間帶環(huán)境影響較大; 太平灣的采樣地不在海水浴場范圍內(nèi), 人類活動對該地影響較小。

與法國地中海Gulf of Fos潮間帶趨磁細菌群落比較。Gulf of Fos的潮間帶(43o26′N, 4o49′E)受石油精煉與鋼鐵冶煉活動的影響, 在這里發(fā)現(xiàn)了球形、弧狀、桿狀的趨磁細菌, 磁小體的形狀僅有立方體形, 僅發(fā)現(xiàn)4個與已知趨磁細菌序列相似性小于97%的OTU[42]。而三亞天涯海角采樣地旅游活動頻繁, 沒有重工業(yè)分布, 發(fā)現(xiàn)的與已知趨磁細菌序列相似性小于97%的OTU數(shù)量是Gulf of Fos的兩倍多, 表明不同的環(huán)境、不同的污染類型都有可能影響趨磁細菌的多樣性。

綜上, 獨特的地理位置與環(huán)境可能是造成三亞天涯海角趨磁細菌異于其他地區(qū)的重要因素。該地區(qū)趨磁細菌不僅具有其獨特性, 而且多樣性非常豐富, 更充分的調(diào)查研究和資源收集十分必要。

致謝: 本研究的樣品由中國科學院海洋研究所徐劍虹老師與張蕊老師協(xié)助采集, 電子顯微鏡的使用得到中國海洋大學姜明老師與山東大學馬希騁老師的傾力協(xié)助, 謹致謝忱。

[1] Frankel R B. The discovery of magnetotactic/magneto-sensitive bacteria[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2009, 27(1): 1-2.

[2] Frankel R B, Bazylinski D A, Johnson M S, et al. Magneto-aerotaxis in marine coccoid bacteria[J]. Biophysical Journal, 1997, 73(2): 994-1000.

[3] Bazylinski D A, Lefèvre C T, Schüler D. Magnetotactic bacteria[A]//Rosenberg E, DeLong E F, Lory S, et al. The Prokaryotes. Heidelberg: Springer, 2013: 453-494.

[4] Benzerara K, Menguy N. Looking for traces of life in minerals[J]. Comptes Rendus Palevol, 2009, 8(7): 617- 628.

[5] Farina M, de Barros L. Ultrastructure of a magnetotactic microorganism[J]. Biology of the Cell, 1983, 48(1): 85- 88.

[6] Bazylinski D A, Frankel R B. Magnetosome formation in prokaryotes[J]. Nature Reviews Microbiology, 2004, 2(3): 217-230.

[7] Bazylinski D A, Moskowitz B M. Microbial biomineralization of magnetic iron minerals; microbiology, magnetism and environmental significance[J]. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 1997, 35: 181-223.

[8] Schüler D. Formation of magnetosomes in magnetotactic bacteria[J]. Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology, 1999, 1(1): 79-86.

[9] Simmons S L, Edwards K J. Geobiology of magnetotactic bacteria[M]//Magnetoreception and Magnetosomes in Bacteria. Berlin Heidelberg: Springer, 2007: 77-102.

[10] Bellini S. On a unique behavior of freshwater bacteria[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2009, 27(1): 3-5.

[11] Blakemore R P. Magnetotactic bacteria[J]. Science, 1975, 190(4212): 377-379.

[12] Lin W, Wang Y Z, Gorby Y, et al. Integrating niche- based process and spatial process in biogeography of magnetotactic bacteria[J]. Scientific Reports, 2013, 3: 1643.

[13] 陳海濤, 林巍, 王寅炤, 等. 西安未央湖趨磁細菌多樣性與磁學研究[J]. 第四紀研究, 2013, 33(1): 88-96. Chen Haitao, Lin Wei, Wang Yinzhao, et al. Diversity and magnetism of magnetotactic bacteria in lake Weiyang near Xi’an city[J]. Quaternary Sciences, 2013, 33(1): 88-96.

[14] Chen Y R, Zhang R, Du H J, et al. A novel species of ellipsoidal multicellular magnetotactic prokaryotes from Lake Yuehu in China[J]. Environmental Microbiology, 2015, 17(3): 637-647.

[15] Zhou K, Pan H M, Zhang S D, et al. Occurrence and microscopic analyses of multicellular magnetotactic prokaryotes from coastal sediments in the Yellow Sea[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2011, 29(2): 246-251.

[16] Zhang R, Chen Y R, Du H J, et al. Characterization and phylogenetic identification of a species of spherical multicellular magnetotactic prokaryotes that produces both magnetite and greigite crystals[J]. Research in Microbiology, 2014, 165(7): 481-489.

[17] Zhang W Y, Zhou K, Pan H M, et al. Novel rod-shaped magnetotactic bacteria belonging to the class[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2013, 79(9): 3137-3140.

[18] Zhang W Y, Zhou K, Pan H M, et al. Two genera of magnetococci with bean-like morphology from intertidal sediments of the Yellow Sea, China[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2012, 78(16): 5606-5611.

[19] 周克. 黃海沉積物多細胞趨磁原核生物的特性研究[D]. 北京: 中國科學院研究生院, 2010. Zhou Ke. Characterization of multicellular magnetotactic prokaryotes from coastal sediments of Yellow Sea[D]. Beijing: Graduate University of Chinese Academy of Sciences, 2010.

[20] Bosshard P P, Santini Y, Grüter D, et al. Bacterial diversity and community composition in the chemocline of the meromictic alpine Lake Cadagno as revealed by 16S rDNA analysis[J]. FEMS Microbiology Ecology, 2000, 31(2): 173-182.

[21] Stackebrandt E, Goebel B M. Taxonomic note: a place for DNA-DNA reassociation and 16S rRNA sequence analysis in the present species definition in bacteriology[J]. International Journal of Systematic Bacteriology, 1994, 44(4): 846-849.

[22] 佟文天, 李捷, 王海艷, 等. 海南三亞風景區(qū)潮間帶軟體動物的資源現(xiàn)狀研究[J]. 海洋科學, 2013, 37(8): 11-15. Tong Wentian, Li Jie, Wang Haiyan, et al. The current situation of intertidal shellfish resources in Sanya, Hainan[J]. Marine Sciences, 2013, 37(8): 11-15.

[23] Blakemore R P. Magnetotactic bacteria[J]. Annual Reviews in Microbiology, 1982, 36(1): 217-238.

[24] Flies C B, Jonkers H M, Beer D, et al. Diversity and vertical distribution of magnetotactic bacteria along chemical gradients in freshwater microcosms[J]. FEMS Microbiology Ecology, 2005, 52(2): 185-195.

[25] 陳海濤, 李金華, 張維佳, 等. 三亞紅樹林趨磁細菌的多樣性研究[C]//2015年第六屆“趨磁細菌研究及其應用”研討會論文摘要. 無錫: 江南大學醫(yī)學院, 2015. Chen Haitao, Li Jinhua, Zhang Weijia, et al. The research on the diversity of magnetotactic bacteria of the mangrove in Sanya[C]// Research & Applying of Magnetotactic Bacteria, 2015. Wuxi: Jiangnan University School of Medicine, 2015.

[26] Lin W, Pan Y X. Uncultivated magnetotactic cocci from yuandadu park in Beijing, China[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2009, 75(12): 4046-4052.

[27] Lin W, Li J H, Schüler D, et al. Diversity analysis of magnetotactic bacteria in Lake Miyun, northern China, by restriction fragment length polymorphism[J]. Systematic and Applied Microbiology, 2009, 32(5): 342-350.

[28] Spring S, Amann R, Ludwig W, et al. Dominating role of an unusual magnetotactic bacterium in the microaerobic zone of a freshwater sediment[J]. Applied and Environmental Microbiology, 1993, 59(8): 2397- 2403.

[29] Spring S, Lins U, Amann R, et al. Phylogenetic affiliation and ultrastructure of uncultured magnetic bacteria with unusually large magnetosomes[J]. Archives of Microbiology, 1998, 169(2): 136-147.

[30] Pan H M, Zhu K L, Song T, et al. Characterization of a homogeneous taxonomic group of marine magnetotactic cocci within a low tide zone in the China Sea[J]. Environmental Microbiology, 2008, 10(5): 1158-1164.

[31] Flies C B, Peplies J, Schüler D. Combined approach for characterization of uncultivated magnetotactic bacteria from various aquatic environments[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2005, 71(5): 2723-2731.

[32] Pan H, Zhu K, Song T, et al. Characterization of a homogeneous taxonomic group of marine magnetotactic cocci within a low tide zone in the China Sea[J]. Environmental Microbiology, 2008, 10(5): 1158-1164.

[33] 徐叢, 張文燕, 陳一然, 等. 青島太平灣潮間帶趨磁細菌多樣性研究[J]. 生態(tài)學報, 2016, 36(14): 4346-4354. Xu Cong, Zhang Wenyan, Chen Yiran, et al. Diversity of magnetotactic bacteria in the intertidal zone of Taiping Bay, Qingdao[J]. Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(14): 4346-4354.

[34] Westbroek P, De Jong E W. Biomineralization and Biological Metal Accumulation: Biological and Geological Perspective. Papers Presented at the Fourth International Symposium on Biomineralization, Renesse, The Netherlands, June 2-5, 1982 [M]. Berlin: Springer, 1983.

[35] Winklhofer M. Magnetoreception[J]. Journal of The Royal Society Interface, 2010, 7(Suppl 2): S131-S134.

[36] Heyen U, Schüler D. Growth and magnetosome formation by microaerophilic Magnetospirillum strains in an oxygen-controlled fermentor[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2003, 61(5-6): 536-544.

[37] Schüler D. Genetics and cell biology of magnetosome formation in magnetotactic bacteria[J]. FEMS Microbiology Reviews, 2008, 32(4): 654-672.

[38] Lin W, Bazylinski D A, Xiao T, et al. Life with compass: diversity and biogeography of magnetotactic bacteria[J]. Environmental Microbiology, 2013. doi: 10.1111/1462- 2920.12313.

[39] Martins J L, Silveira T S, Abreu F, et al. Grazing protozoa and magnetosome dissolution in magnetotactic bacteria[J]. Environmental Microbiology, 2007, 9(11): 2775-2781.

[40] Chen A P, Berounsky V M, Chan M K, et al. Magnetic properties of uncultivated magnetotactic bacteria and their contribution to a stratified estuary iron cycle[J]. Nature Communications, 2014, 5. DOI: 10.1038/ ncomms5797.

[41] 徐叢. 不同海洋生境沉積物趨磁細菌的多樣性研究[D]. 北京: 中國科學院大學, 2015. Xu Cong. Diversity of magnetotactic bacteria in sediments of different marine habitats[D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences, 2015.

[42] Postec A, Tapia N, Bernadac A, et al. Magnetotactic bacteria in microcosms originating from the French Mediterranean coast subjected to oil industry activities[J]. Microbial Ecology, 2012, 63(1): 1-11.

Characterization of magnetotactic bacteria found in the intertidal zone of Tianyahaijiao, Sanya, China

XU Cong1, 2, 3, CHEN Hai-tao4, 5, ZHANG Wen-yan1, 3, CHEN Yi-yan1, 3, DONG Yi1, 3,PAN Hong-miao1, 3, DU Hai-jian1, 3, WANG Ming-ling1, 3, LIU Jia1, 2, 3, TENG Zhao-jie1, 2, 3, XIAO Tian1, 3

(1. Key Laboratory of Marine Ecology & Environmental Sciences, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Laboratory of Marine Ecology and Environmental Science, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, China; 4. Sanya Institute of Deep-sea Science and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Sanya 572000, China; 5. Laboratoire International Associe Franco-Chinois de Bio-Mineralisation et Nano-Structures, Sanya 572000, China)Received：Sep. 29, 2015

Intertidal zone; magnetotactic bacteria; diversity; magnetosome; 16S rRNA gene

A quantity of magnetotactic bacteria (MTB) were found in the intertidal zone of Tianyahaijiao, Sanya, China, where the maximum abundance can reach up to 100 ind./cm3. Transmission electron microscopy (TEM) revealed that most of the MTB were magnetotactic cocci, containing magnetosomes, which were prismatic mineral crystals, mostly organized in chain(s) (one or two chains), while some were in cluster. High-resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDXA) showed that the magnetosomes contained magnetite. It was estimated that the percentage of Fe found in the MTB was 0.70%~7.53% (average 2.05%). Phylogenetic analyses, based on 16S rRNA gene sequences, revealed that 16 sequences of MTB belonged to 9 operational taxonomic units (OTUs) and were affiliated to the class, except that one OTU was affiliated to the class. Eight OTUs shared < 97% 16S rRNA gene sequence similarity with the nearest known sequences, in which 5 OTUs shared lower than 93% similarity. These results indicate that the MTB resources in Tianyahaijiao were considerable.

Q938

A

1000-3096(2016)07-0008-09

10.11759/hykx20150929001

2015-09-29;

2016-01-08;

國家自然科學基金項目(41276170, 41206150, 41330962); 三亞市院地科技合作項目(2014YD02); 國家基金委-山東省聯(lián)合基金項目“海洋生態(tài)與環(huán)境科學”(U1406403)

[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No. 41276170, No. 41206150, No. 41330962; Project of Academy Locality Science and Tech nology Cooperation of Sanya City, China, No. 2014YD02; NSFC-Shandong Joint Fund “Marine Ecology & Environmental Sciences”, No. U1406403]

徐叢(1989-), 男, 山東濟南人, 博士研究生, 從事海洋微生物生態(tài)學研究, 電話: 0532-82898584, E-mail: xucong112@mails.ucas. ac.cn;肖天,通信作者,研究員, 博士生導師, 電話: 0532-82898586, E-mail: txiao@qdio.ac.cn

(本文編輯: 康亦兼)