共聚焦显微拉曼光谱技术在深海偏顶蛤环境适应性机制中的应用

发布时间：2020-11-16 09:50

　　 不同于以光合作用为基础进行物质转化和能量流动的沿岸浅海生态体系,深海极端环境存在一种基于化能合成作用的生态系统,其同样孕育着繁茂的生物群落。化能自养微生物作为初级生产者,氧化环境中的硫化氢、甲烷等物质为整个生态系统提供营养物质和能量。深海偏顶蛤(Bathymodiolus platifrons)是深海化能合成生态系统的优势种,也是深海共生体系研究的模式物种,其通过足丝粘附于自生碳酸盐岩等硬质基底,对海洋环境具有广泛适应性。与浅海贻贝通过过滤海水中的浮游生物和颗粒有机物获取食物的方式不同,深海偏顶蛤鳃上皮细胞-特化细胞(bacteriocytes)含有大量的共生菌,这些共生菌利用环境中的甲烷、硫化氢、氢气等为宿主提供绝大部分的能量和营养物质。海洋后生生物与化能自养微生物之间良好的共生关系的建立是深海生物群落维持生命活动的主要原因。然而随着研究的深入,传统技术手段在深海生命过程研究中的不足逐渐凸显,拉曼光谱技术由于其无损的、非接触的原位检测优势,可以提供生物组织、单细胞的分子结构信息、分布特征,为深海生命过程研究打开新的窗户。本文围绕广泛分布于中国南海冷泉区的深海偏顶蛤(Bathymodiolus platifrons)展开研究,利用共聚焦显微拉曼光谱技术对深海偏顶蛤带菌鳃丝、去共生10周的不带菌鳃丝、甲烷氧化菌、去共生10周深海偏顶蛤的不带菌鳃细胞、深海偏顶蛤以及大连小平岛贻贝足组织分别进行拉曼分析,旨在从生物组织和单细胞水平初步探究深海偏顶蛤的共生关系以及贻贝为应对环境所形成的适应机制。基于拉曼光谱数据对比分析得到如下结论:(1)去共生前后的深海偏顶蛤的鳃丝在形态和组分上发生明显变化。形态上带菌鳃丝相对较肥大饱满,中心腔相对集中,去共生不带菌鳃丝较瘦小,中心腔相对分散;组分上去共生前后拉曼信鳃丝的拉曼信号发生明显变化,甲烷氧化菌的拉曼光谱位于749 cm~(-1)具有高强度遗传信息信号,可能作为筛选甲烷氧化菌的标记图谱。(2)去共生的深海偏顶蛤鳃细胞与常见的生物细胞组分以及形态结构基本相似。拉曼谱图表明鳃细胞组分主要由脂质、蛋白质、核酸等组成,分别以位于789 cm~(-1)的DNA特征峰、1006 cm~(-1)苯丙氨酸特征峰、1747 cm~(-1)脂质的特征峰表示细胞核、细胞质、细胞膜,得到鳃细胞的2D拉曼彩色编码图。图像直观地展示了细胞形态结构以及组分分布情况。(3)深海偏顶蛤(Bathymodiolus platifrons)和大连小平岛贻贝(Mytilus edulis)的足丝表观差异是由贻贝足腺体分布特征决定的,是贻贝对环境的适应性表现。表观上深海贝足丝的粗度约为浅海贝的5.7倍,其外皮表面相对粗糙杂乱且粘附盘较大;足腺体分布特征上深海贝足腺体分布相对分散,浅海贝足腺体分布相对集中。足丝是贻贝足内部腺体的外在表现形式,不同海域贻贝足丝的表观差异的内在原因是其足腺体分布特征的差异,是贻贝为应对不同海域环境的适应机制。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q958.8
【部分图文】：

第 1 章 绪论化碳作为碳源，并氧化硫化物进行二氧化碳固定，反应释放的能量为宿主提供能量和营养物质（Duperron et al., 2009）。氢酶基因片段氢氧化作为替代能源的潜力（Petersen et al., 2011）。宿主贻贝为体一个可以进行化学能转化的稳定物理化学环境。反过来，共生菌为养物质以供其生存。此外，共生菌还可能通过分泌抗生素、蛋白酶助宿主适应不同的生物和非生物环境压力（Pimenov et al., 2000）。化菌的贻贝而言，其可以利用环境中的硫化氢使得宿主可以避免硫此深海偏顶蛤对于深海化能合成生态系统的研究具有重要意义。

共聚焦显微拉曼光谱技术在深海偏顶蛤环境适应性机制中的应用级的基态振动能级跃迁到受激虚态再返回到电子基态的第一振动能级，此时散射光子能量为 h(ν0-Δν)，产生的拉曼线称为 Stokes 线，其频率低于入射光频率，如处于基态电子能级第一振动激发态的分子跃迁到受激虚态再返回到基态振动能级，此时能量为 h(ν0+Δν)，所产生的拉曼线称为 anti-Stokes 线，其频率高于入射光频率。结合玻尔兹曼分布，在常温下处于基态的分子占绝大百分比，所以 Stokes线强度要高于 anti-Stokes 线，且随温度升高，Stokes 线强度降低，anti-Stokes 线强度升高。Stokes 线或 anti-Stokes 线与入射光的频率差称为拉曼位移（Δν=ν0-νR），对于同一种物质分子，当入射光频率改变时，拉曼线频率也随之改变，但拉曼位移不变，因此拉曼位移只与分子振动能级跃迁有关，与入射光频率无关。

显微拉曼光谱仪的布局模式图：1.拉曼光谱仪，2.光子晶体装置，5.激光光源，6.光纤，7.柯勒白光照明，8.物镜，9.聚焦10.压电扫描台与机械平台ayout pattern of confocal Raman micro-spectroscopy: 1. Ramastal filter, 3. CCD detector, 4. Filer, 5. Laser light source, 6.opt for kohler illumination source, 8. Objective, 9.z axis electric m10.piezoelectric scanning station and mechanical platform与激发功率成正比，激光功率的选择取决于激光波长和其他成像条件（激光聚焦直径等），所以激发激光到足够多的信号又要保证在样品热分解点以下。术技术主要是在光路中引入针孔，焦平面的焦点位置度聚集通过针孔后被探测器接收，而位于焦平面上下
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 蔡德陵;A.Margosian;F.C.Tan;K.H.Mann;;由偏顶蛤贝壳中稳定同位素剖面追溯海水温度记录[J];黄渤海海洋;1988年03期

2 郭欣雨;李超伦;;南海北部冷泉平端深海偏顶蛤的主要生化成分及其与热液和近岸种的对比研究[J];海洋科学;2017年06期

3 王松志;;国外贻贝加工简况[J];国外水产;1983年04期

4 林杉杉;鲍相渤;刘忠颖;王超;杨慧花;;远东偏顶蛤核糖体DNA第二转录间隔区(ITS2)测序及分析[J];河北渔业;2016年06期

5 宁军号;张向向;常亚青;宋坚;经晨晨;张伟杰;杨立猛;;几种生态因子对成体偏顶蛤存活的影响[J];大连海洋大学学报;2015年03期

6 王超;李石磊;刘忠颖;杨慧花;林杉杉;刘卫东;李大成;;偏顶蛤稚贝期不同培育密度对生长与成活率的影响[J];河北渔业;2016年05期

7 宁军号;胡盼;宋坚;常亚青;张伟杰;庞云龙;杨力猛;;几种生态因子对偏顶蛤浮游幼虫生长和发育的影响[J];大连海洋大学学报;2014年06期

8 王建佳;林荣澄;黄丁勇;刘昕明;牛文涛;;东太平洋海隆热液区嗜热深海偏顶蛤(Bathymodiolus thermophilus)的形态和分布特征[J];海洋通报;2013年03期

9 杨慧花;李石磊;刘忠颖;刘卫东;王超;林杉杉;李大成;刘思昱;王庆志;;培育密度对偏顶蛤浮游幼虫生长与成活率的影响[J];河北渔业;2016年04期

10 宁军号;庞云龙;宋坚;常亚青;张伟杰;何舟;程龙;;偏顶蛤胚胎和幼虫发育及温度对其浮游幼虫生长和发育的影响[J];中国水产科学;2015年02期

相关硕士学位论文 前2条

1 梁政委;共聚焦显微拉曼光谱技术在深海偏顶蛤环境适应性机制中的应用[D];中国科学院大学(中国科学院海洋研究所);2019年

2 郭欣雨;南海冷泉平端深海偏顶蛤（Bathymodiolus platifrons）主要生化成分与能量代谢的研究[D];中国科学院大学(中国科学院海洋研究所);2017年

本文编号：2885991