黄海沉积物多细胞趋磁原核生物的特性研究

多细胞趋磁原核生物（Multicellular magnetotactic prokaryotes，MMPs） 是一类由7～45 个含有磁小体的革兰氏阴性细胞聚集而成的球形或者椭圆形 的细胞聚集体，是研究生命起源与进化、细胞分化和生物矿化的模式生物， 目前仅在大西洋沿岸具有一定盐度的层化水体或沉积物中发现。 本文通过光学显微镜和电子显微镜研究了黄海沉积物MMPs 的超微结 构、运动特点和分裂方式等生物学特征，调查了MMPs 的生态分布特征，并 对其尝试培养。 根据形态差别，黄海沉积物的MMPs 可分为花瓣型MMPs（rosette-like MMPs）、菠萝型MMPs（pineapple-like MMPs）和松球型MMPs（pinecone-like MMPs）。花瓣型MMPs 是由23±4 个卵圆形的细胞螺旋形排列而成的球形聚 集体，直径为5.4±0.8 μm，鞭毛周生。细胞内外膜附近有子弹头形/和方形的 铁氧化物型磁小体。菠萝型MMPs 是由39±9 个方形细胞组成的大小为9.6±1.2 μm ×7.8±0.9 μm 的椭圆形聚集体，鞭毛周生。这类MMPs 由多环细胞组成的， 从椭圆体的赤道面向两极，细胞环的直径变小；在每一环内，细胞像书本似 并列相连；相邻两环的细胞为交错式相连。这种结构比花瓣型MMPs 的更为 紧密。菠萝型MMPs 的磁小体均为子弹头形铁氧化物，磁小体的排列与MMPs 的长轴近似平行。松球型MMPs 是由多个长条形的细胞围绕中心的一个凹陷 辐射排列而成的球形聚集体，直径在9.0～14.2 μm 之间。尼罗红和DAPI 染 色发现三种MMPs 均具有脂类颗粒，花瓣型MMPs 和菠萝型MMPs 在聚集体 的表面具有一层外膜，这说明MMPs 的细胞排列具有高度组织性，在一定程 度证明它属于多细胞生物。 花瓣型MMPs 和菠萝型MMPs 分裂时均保持多细胞形式，但花瓣型 MMPs 沿着聚集体的短轴分开，而菠萝型MMPs 沿着长轴分开。两种MMPs 具有MMPs 典型的逃逸运动，花瓣型MMPs 和菠萝型MMPs 的运动速度分别 为55±26 μm/s 和99±50 μm/s。 黄海花瓣型MMPs 的超微结构、运动方式和分裂特点与大西洋沿岸多个 地区发现的MMPs 相似，花瓣型MMPs 可能是MMPs 的优势类群。菠萝型 MMPs 从整体形态、细胞排列和分裂方式上与花瓣型MMPs 显著不同，是一 类新的MMPs。松球型MMPs 是一类尚未报道的MMPs。 对MMPs 的生态分布调查发现，花瓣型MMPs 广泛分布于砂质沉积物中， 最大丰度出现在氧化还原跃层（redoxcline）。菠萝型MMPs 多分布在砾石沉 积物的表层。两种MMPs 占据不同的生态位，暗示着两者可能具有不同的生 理代谢途径。 对MMPs 的培养发现，在实验室内MMPs 可存活8 个月，MMPs 丰度随 着时间变化出现周期性的变化，推测其繁殖周期可能是10～15 天。 本文为太平洋沿岸MMPs 的首次研究，支持MMPs 在全球广泛分布的观 点，并展示了MMPs 的形态多样性。