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地球表面的70%被海洋沉积物所覆盖,形成全球最大的有机碳库。沉积物中蕴藏着丰富的微生物资源,据统计,地球上总的微生物中,位于深海沉积物中的超过50%。深海(除热液口外)和极地是一个高盐、低温的极端环境,微生物在这种极端环境条件下生存,必须进化出独特的适应机制,因而这些微生物在物种、基因组成和生态功能上具有多样性,很可能具有一些不同的代谢途径和遗传背景,这对于基础研究和生物技术应用都有很大的价值,并且将是新型医药品或者其他生物活性化合物的一个潜在的微生物来源。对微生物进行研究,首要的任务就是确定微生物的分离地位。目前,细菌菌种鉴定经常用到的多相分类方法包括表型、遗传型和系统发育等多方面。在本论文中,我们首先对来源于不同位点的四株海洋沉积物细菌进行多相分类学分析,分析结果证明这四株细菌均为细菌新种。然后我们对来源于中国南海沉积物的菌株Rheinheimera nanhaiensis E407-8进行了全基因组测序,并对其全基因组序列进行了初步分析。一、中国南海深海沉积物来源菌株CF12-14的多相分类学研究菌株CF12-14分离自中国南海1153m的深海沉积物。CF12-14为革兰氏阴性细菌；菌体呈棒状或稍有弯曲的棒状,长约0.8-2.41μm,宽约0.3-0.6μm；可产生芽和菌柄,具有单根极生鞭毛；菌落呈圆形,中间微微凸起,白色或浅黄色。菌株CF12-14的氧化酶和触酶实验都为阳性。其生长的温度范围是4-42℃,可在25-40℃之间良好生长,最适生长温度是30-35℃；生长的NaCl范围是0.1-15%(w/v),生长的最适NaCl范围是2-3%(w/v),生长需要NaCl,在不含NaCl的培养基中不能生长,在18%(w/v)NaCl条件下也不能生长；生长的pH范围是6.0-11.5,生长的最适pH范围是8.0-9.5。菌株CF12-14主要的细胞脂肪酸为iso-C15:0(27.4%)、iso-C17:0(16.0%)和iso-C17:1ω9c(15.8%);主要极性脂为磷脂酰乙醇胺(PE)、双磷脂酰甘油(DPG)和磷脂酰甘油(PG)；主要的呼吸醌是Q-8。菌株CF12-14的基因组DNA的G+C含量为50.4mol%。16S rRNA基因序列比对分析表明,菌株CF12-14与Idiomarina属内菌株的16S rRNA基因序列相似性最高,相似性最高的两株菌分别为I. salinarum DSM21900T (94.7%)和I.seosinensis DSM21922T (94.6%),和属内其它正式发表的种的模式菌株的16SrRNA基因序列相似性范围为91.9-94.6%。基于以上多相分类学分析,菌株CF12-14代表Idiomarina属内的一个新种,命名为Idiomarina maris sp. nov.。菌株CF12-14为该种的模式菌株,即ldiomarina4T (=CCTCC AB208166T=KACC13974T)二、南冲绳海槽深海沉积物来源菌株D25的多相分类学研究菌株D25分离自南冲绳海槽深海沉积物样品,D25为革兰氏阴性好氧细菌；其细胞呈纺锤型,宽约0.7-0.9μm,长约1.6-2.4μm；无鞭毛,无运动性。菌落形态呈圆形,中间凸起,表面光滑,浅黄色,色素为nonflexirubin型,可扩散至培养基中。菌株D25的氧化酶和触酶实验都为阳性；生长的温度范围是8-42℃,生长的最适温度是30-35℃；生长的NaCl范围是0-8%(w/v),生长的最适NaCl浓度是1%(w/v)；生长的pH范围是5.0-9.0,生长的最适pH范围是6.0-7.0。能够水解酪素、DNA和明胶,不水解淀粉和羧甲基纤维素。还原硝酸盐,不还原亚硝酸盐。Voges Proskauer实验阳性。不利用柠檬酸盐。不产生吲哚和硫化氢。菌株D25主要脂肪酸是：iso-C15:0(42.8%), iso-C17:1ω9c(20.1%) iso-C17:03-OH (10.5%)和Summed Feature3(comprising C16:1ω7c and/or iso-C15:02-OH)(6.7%);主要呼吸醌为MK-6。菌株D25的基因组DNA的G+C含量为33.0mol%。16S rRNA基因序列的系统发育分析表明D25隶属于Myroides属,和该属内已描述的三个菌种的模式菌株的16S rRNA基因序列相似性分别为99.2%、96.0%和93.4%。但是,菌株D25和亲缘性最高的菌株M. odoratimimus JCM7460T的DNA-DNA杂交率为49.9%(<70%)。基于以上多相分类学分析,菌株D25为Myroides属内的一个新种,命名为Myroides profundi sp. nov.,菌株D25为该种的模式菌株,即Myroides profundi D25T (=CCTCCM208030T=DSM19823T)。三、北极海洋沉积物来源菌株BSs20135的多相分类学研究菌株BSs20135分离自北极海洋沉积物样品,BSs20135为革兰氏阴性,菌体呈棒状或稍有弯曲的棒状,细胞宽约0.4-0.8μm,长约1.3-4.8gm,具有单根极生鞭毛,可产生芽或者菌柄。菌落为圆形,中间凸起,光滑,边缘整齐,呈浅黄色；在液体培养基中培养时,细胞聚集物呈棕黄色。菌株BSs20135的氧化酶和触酶实验都为阳性；生长的温度范围是4-28℃,生长的最适温度是25℃；生长需要NaCl,生长的NaCl范围是1-5%(w/v),生长的最适NaCl浓度是2%(w/v)。水解七叶苷、DNA,不水解酪素、Tween80和淀粉。不还原硝酸盐成亚硝酸盐。不产生吲哚、3-羟基丁酮和硫化氢。菌株BSs20135主要的细胞脂肪酸为Summed Feature3(comprising C16.1ω7c and/or iso-C15:02-OH)、C16:0、C17:1ω8c和C18：1ω7c。菌株BSs20135的基因组DNA的G+C含量为40.3mol%。16S rRNA基因序列比对分析表明,该菌株与Glaciecola属菌株16S rRNA基因序列相似性最高,序列相似性最高的三株菌分别为G. psychrophila170T (97.7%)、G. mesophila KMM241T (97.4%)和G. polaris LMG21857T (97.1%),和属内其它已描述种模式菌株的16S rRNA基因序列相似性范围为93.6-96.5%。与其他属的菌株16SrRNA基因序列相似性均低于93.6%。16S rRNA基因序列分析和表型及生理生化特征等数据的分析表明,菌株BSs20135代表Glaciecola属内的一个新种,命名为Glaciecola arctica sp. nov.。菌株BSs20135为该种的模式菌株,即Glaciecola arctica BSs20135T(=CCTCC AB209161T=KACC14537T)四、南极海洋沉积物来源菌株S3-22的多相分类学研究菌株S3-22分离自南极海洋沉积物样品。菌株S3-22为革兰氏阴性；菌体呈棒状,细胞宽约0.6-1.0μm,长约1.6-1.8μm；具有一根极生鞭毛。菌落呈白色圆形,中间凸起,比较小,直径约为0.5-1.2mm。菌株S3-22为兼性厌氧菌,氧化酶和触酶实验都为阳性；生长的温度范围是4-25℃,生长的最适温度是15℃；生长的NaCl范围是0.5-5%(w/v),生长的最适NaCl范围是2-3%(w/v),在不含NaCl的培养基中不能生长,生长的pH范围是6.0-8.0,生长的最适pH范围是6.5-7.0。水解酪素、七叶苷和淀粉；还原硝酸盐成亚硝酸盐。不产生吲哚、3-羟基丁酮和硫化氢。菌株S3-22主要的呼吸醌是Q-8。细胞脂肪酸包括Summed Feature3(comprising C16:1ω7c and/or iso-C15:02-OH)、C16:0(17.3%)和C18：1ω7c(5.5%)菌株S3-22的基因组DNA的G+C含量为45.6mol%。16S rRNA基因序列的系统发育分析表明菌株S3-22隶属于Neptunomonas属(Gammaproteobacteria),与N. japonica JAMM0745T处于同一分支。菌株S3-22与Neptunomonas属属内已描述的两个种的模式菌株的16S rRNA基因序列相似性分别97.1%(N. japonica JAMM0745T)和94.8%(N. naphthovorans NAG-2N-126T)。菌株S3-22与N.japonica JAMM0745T的DNA-DNA杂交率为20.4%。以上多相分类学数据分析表明,菌株S3-22为Neptunomonas属内的一个新种,命名为Neptunomonas antarctica sp. nov.。菌株S3-22为该种的模式菌株,即Neptunomonas antarctica S3-22T (=CCTCC AB209086T=KACC14056T)五、中国南海深海细菌E407-8的多相分类学研究及基因组学分析菌株E407-8分离自中国南海E407站点(18°29.810’N,112°0.017’E,1800m)的深海沉积物。多相分类学分析表明其代表Rheinheimera属的一株新菌种,命名为Rheinheimera nanhaiensis sp. nov.，菌株E407-8为该种的模式菌株,即Rheinheimera nanhaiensis E407-8T (=CCTCC AB209089T=KACC14030T)。菌株Rheinheimera nanhaiensis sp. nov. E407-8T的描述如下：革兰氏阴性,兼性厌氧。细胞呈棒状或略微弯曲的棒状,细胞长约1.0-2.0μm,宽约0.3-0.5μm。具有一条极生鞭毛。可产生菌柄(prosthecae)。菌落呈浅黄色,圆形,中间凸起,表面光滑。生长的温度范围是10-48℃,生长的最适温度为37℃,在50℃不能生长。生长的NaCl的范围是0-8%(w/v),生长的最适NaCl范围是0.5-2.5%(w/v)；生长的pH范围是5.5-10.0,生长的最适pH范围是7.5-8.5。具有以下酶活性：氧化酶、过氧化氢酶、明胶酶、DNA酶、α-胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、酯酶(C4)、酯酶/脂肪酶(C8)、N-乙酰-β-葡萄糖胺酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、亮氨酸芳氨酶、缬氨酸芳氨酶和萘酚-AS-BI-磷酸水解酶。水解淀粉、酪素和七叶苷。还原硝酸盐为亚硝酸盐；利用D-葡萄糖、N-乙酰葡糖胺、蔗糖、海藻糖、纤维二糖和麦芽糖作为唯一碳源和能源。不产生吲哚和硫化氢；不利用柠檬酸；VP实验阴性。对菌株Rheinheimera nanhaiensis E407-8进行了全基因组测序。E407-8基因组大小为4.0Mb, G+C含量为51.3mo1%。菌株E407-8基因组编码糖酵解、三羧酸循环、戊糖磷酸途径、氧化磷酸化所需的各种蛋白和酶类。这反映了E407-8代谢途径的多样性。本实验室以前的研究表明,菌株E407-8可以降解酪蛋白、明胶(胶原蛋白)和弹性蛋白。弹性蛋白和胶原蛋白在海洋动物中广泛存在而且含量丰富,它们都是高分子蛋白质聚合物,很难被降解,是深海颗粒状有机氮(PON)和高分子量溶解有机氮(HMW DON)的重要组成部分。通过基因组测序分析,菌株E407-8基因组编码数量非常多的胞外肽酶(82个),分属于半胱氨酸肽酶(C,2个)、金属肽酶(M,25个)、丝氨酸肽酶(S,51个)和苏氨酸肽酶(T,4个)四大类。并且菌株E407-8所分泌的51个胞外丝氨酸肽酶分别属于13个不同的丝氨酸肽酶家族,分泌的25个胞外金属肽酶分别属于12个不同的金属肽酶家族,这么广泛的肽酶家族分布表明菌株E407-8可能对胞外多种蛋白质都具有水解能力,这些肽酶的协同作用将会使菌株能高效降解沉积物中的有机氮,在深海高分子量有机氮降解中具有重要作用。菌株E407-8的生理生化特征表明其具有胞外酯酶(C4)、酯酶/脂肪酶(C8)以及淀粉酶活性。与此相对应,其基因组编码8个带信号肽的酯酶/脂肪酶基因和6个淀粉酶基因。最近研究发现,病毒能杀死海底约80%的单细胞生物,析出大量的有机碳,因此,细菌的细胞壁多糖(肽聚糖)和微生物细胞膜成份(脂类)也可能是深海沉积物中有机碳的重要组成部分。由此可见,菌株E407-8可以降解细菌细胞壁多糖(肽聚糖)、植物多糖(淀粉)和微生物细胞膜成份(脂类),可能在深海有机碳降解中发挥重要作用。