Luận án tiến sĩ: Cấu trúc và chức năng của cộng đồng vi sinh vật trong xử lý chất hữu cơ hòa tan ở môi trường biển

• Tác giả: Hila Elifantz
• Người hướng dẫn: David Kirchman, PTS.
• Trường học: University of Delaware
• Chuyên ngành: Marine Studies
• Đề tài: Nghiên Cứu Cấu Trúc Và Chức Năng Của Cộng Đồng Vi Sinh Vật Trong Xử Lý Chất Hữu Cơ Hòa Tan Ở Môi Trường Biển
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Ann Arbor

• ACKNOWLEDGMENTS
• TABLE OF CONTENTS
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES
• 1. Chapter 1: INTRODUCTION
• 2. ASSIMILATION OF POLYSACCHARIDES AND GLUCOSE BY MAJOR BACTERIAL GROUPS IN THE DELWARE ESTUARY
• 2.1. Abstract
• 2.2. Materials and Methods
• 2.2.1. Preparation of 3H-EPS
• 2.2.2. Sample collection and preparation
• 2.2.3. FISH and microautoradiography analysis
• 2.3. Results
• 2.4. Dominant bacterioplankton groups assimilating glucose and EPS
• 2.5. Relationships between abundance and DOM assimilation
• 2.6. The importance of EPS and glucose assimilation to a phylogenetic group
• 2.7. Cell volumes of active and inactive bacteria
• 3. DISSOLVED ORGANIC MATTER ASSIMILATION BY HETEROTROPHIC BACTERIAL GROUPS IN THE WESTERN ARCTIC OCEAN
• 3.1. Abstract
• 3.2. Introduction
• 3.3. Materials and Methods
• 3.3.1. Sample collection and uptake of 3H-DOM
• 3.3.2. FISH and microautoradiography analysis
• 3.4. Results
• 3.5. Abundance of bacterial groups
• 3.6. Fraction of cells assimilating DOM components
• 3.7. Fraction of phylogenetic groups assimilating DOM components
• 3.8. Contribution of phylogenetic groups to DOM uptake
• 3.9. Relationships between abundance and DOM assimilation
• 3.10. Discussion
• 4. DIVERSITY AND ABUNDANCE OF GLYCOSYL HYDROLASES FAMILY 5 IN THE NORTH ATLANTIC OCEAN
• 4.1. Introduction
• 4.2. Materials and Methods
• 4.2.1. PCR primers design
• 4.2.2. GH5 libraries construction
• 4.2.3. GH5 libraries sequencing
• 4.3. Results
• 4.4. Degenerate GH5 primer design
• 4.5. Diversity analysis of GH5 clone libraries
• 4.6. Abundance of GH5 in the North Atlantic Ocean
• ABSTRACT

I. Cấu trúc vi sinh vật trong môi trường biển

Cấu trúc của cộng đồng vi sinh vật trong môi trường biển đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý chất hữu cơ hòa tan (DOM). Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vi sinh vật biển không chỉ đa dạng về loài mà còn phong phú về chức năng. Trong hệ sinh thái biển, sự tương tác giữa các nhóm vi sinh vật như Alphaproteobacteria, Cytophaga-like bacteria và Actinobacteria góp phần vào việc tiêu thụ và chuyển hóa các hợp chất hữu cơ. Các nghiên cứu cho thấy rằng, trong môi trường như Delaware Estuary, sự tiêu thụ glucose và EPS chủ yếu diễn ra ở các nhóm vi sinh vật phong phú nhất. Điều này cho thấy rằng cấu trúc vi sinh vật không chỉ quyết định khả năng tiêu thụ mà còn ảnh hưởng đến sự phân bố và chức năng của chúng trong việc xử lý chất hữu cơ hòa tan.

1.1. Sự đa dạng của vi sinh vật

Sự đa dạng trong cộng đồng vi sinh vật biển là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng xử lý chất hữu cơ hòa tan. Các nghiên cứu cho thấy rằng, sự hiện diện của các nhóm vi sinh vật khác nhau như Cytophaga-like bacteria và Alphaproteobacteria có thể ảnh hưởng đến khả năng tiêu thụ các hợp chất khác nhau trong DOM. Đặc biệt, trong môi trường oligotrophic như Bắc Băng Dương, hầu hết sự tiêu thụ có thể được giải thích bởi sự phong phú của các nhóm vi sinh vật. Điều này cho thấy rằng, cấu trúc của cộng đồng vi sinh vật không chỉ phản ánh sự phong phú mà còn ảnh hưởng đến chức năng sinh thái của chúng.

II. Chức năng của vi sinh vật trong xử lý chất hữu cơ hòa tan

Chức năng của vi sinh vật biển trong việc xử lý chất hữu cơ hòa tan rất đa dạng và phức tạp. Các nhóm vi sinh vật khác nhau có khả năng tiêu thụ các hợp chất hữu cơ khác nhau, từ polysaccharides đến amino acids. Nghiên cứu cho thấy rằng, trong các môi trường khác nhau, như Delaware Estuary và Bắc Băng Dương, mức độ tiêu thụ của các hợp chất này có sự khác biệt rõ rệt. Ví dụ, trong môi trường Bắc Băng Dương, tới 50% prokaryotes có khả năng tiêu thụ amino acids, trong khi glucose lại là hợp chất ít được tiêu thụ nhất. Điều này chỉ ra rằng, các yếu tố môi trường như độ mặn và sự sẵn có của chất dinh dưỡng có thể ảnh hưởng đến chức năng của cộng đồng vi sinh vật.

2.1. Tác động của vi sinh vật đến chu trình carbon

Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong chu trình carbon toàn cầu, đặc biệt trong việc xử lý chất hữu cơ hòa tan trong đại dương. Chúng không chỉ giúp phân hủy các chất hữu cơ mà còn tham gia vào việc chuyển hóa carbon từ dạng hòa tan sang dạng không hòa tan, góp phần vào quá trình lắng đọng carbon xuống đáy đại dương. Những phát hiện từ nghiên cứu cho thấy rằng, sự tương tác giữa vi sinh vật và các yếu tố môi trường có thể quyết định khả năng xử lý carbon trong các hệ sinh thái biển. Việc hiểu rõ chức năng của cộng đồng vi sinh vật trong chu trình này là cần thiết để dự đoán tác động của biến đổi khí hậu đến các hệ sinh thái biển.

III. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu về cấu trúc và chức năng của cộng đồng vi sinh vật trong xử lý chất hữu cơ hòa tan không chỉ có giá trị học thuật mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Kết quả nghiên cứu có thể giúp cải thiện các mô hình dự đoán về chu trình carbon trong đại dương, từ đó hỗ trợ việc quản lý tài nguyên biển và bảo vệ môi trường. Bên cạnh đó, việc hiểu rõ hơn về vai trò của các nhóm vi sinh vật khác nhau trong việc xử lý chất hữu cơ có thể cung cấp thông tin quý giá cho các ngành công nghiệp như nuôi trồng thủy sản và xử lý nước thải. Việc ứng dụng các công nghệ sinh học dựa trên vi sinh vật cũng có thể giúp phát triển các phương pháp bền vững trong quản lý chất thải và bảo vệ hệ sinh thái biển.

3.1. Tác động đến chính sách môi trường

Nghiên cứu về cộng đồng vi sinh vật trong môi trường biển có thể ảnh hưởng đến các chính sách môi trường và bảo tồn. Hiểu rõ hơn về vai trò của vi sinh vật trong chu trình carbon có thể dẫn đến việc xây dựng các chính sách bảo vệ và phục hồi các hệ sinh thái biển. Các nhà quản lý có thể sử dụng thông tin từ nghiên cứu để phát triển các biện pháp quản lý bền vững nhằm bảo vệ nguồn tài nguyên biển và ứng phó với biến đổi khí hậu. Điều này không chỉ giúp bảo tồn đa dạng sinh học mà còn đảm bảo sự phát triển bền vững cho các cộng đồng ven biển.