海山(Seamount),又名海底山,是指高度突出于海底1000 m以上,但仍位于海平面以下的海底隆起,是海底普遍存在的地貌之一,在全球不同深度的海底均有分布。海山生态系统具有较高的生物多样性和特异性,海山沉积物和附近水体也可能孕育着丰富的微生物资源。但相对于海山大型生物种群的研究,海山微生物研究还处于较初级的阶段。目前为止,仅有少数文献报道了海山区域的微生物多样性,涉及海山仅有几十座,且多数集中在海山的热液系统。与其他海洋生态系统相比,关于海山微生物的多样性和群落结构的信息极为有限。本论文对位于西太平洋马里亚纳岛弧的M2海山,采用ROV进行沉积物采集,提取DNA后,分别利用细菌和古菌的通用引物,进行16S rRNA基因的扩增和高通量测序。结果发现,在M2海山,细菌在海山山顶及附近多样性较高,而在东南陡坡处和水深较深的站位多样性较低;海山细菌群落多以变形菌门为主,东南陡坡处厚壁菌门占优势,东南陡坡处的站位具有独特的细菌群落结构;海山沉积物细菌群落结构分为3个主要的聚类,细菌群落结构的差异可能是地理位置和环境因素共同导致的,与水深基本无关。M2海山古菌的多样性分布与细菌基本一致,在海山山顶及附近多样性较高,而在东南陡坡处和水深较深的站位多样性最低;古菌群落以奇古菌门的亚硝化侏儒菌目为绝对优势,尤其在东南陡坡处亚硝化侏儒菌属优势度较高,同时存在新的Marine Group I古菌类群;海山各站位古菌群落结构的差异与水深显著相关,按照水深基本分为3个聚类。与细菌类似,位于东南陡坡处的站位古菌群落结构与其他站位明显不同,东南陡坡面向马里亚纳海沟,独特的地理位置可能造成这种特异的微生物群落结构。同时该站位具有特殊的元素分布,极有可能也是海山特殊地形和地理位置决定的。综上,本研究首次系统分析了海山特殊生态系统中细菌和古菌的群落结构和多样性,海山特殊地形、地理位置和水深是海山微生物群落的主要影响因素,并确定海山的地理特征对塑造独特的细菌和古菌群落组成至关重要,对海山微生物的研究为揭示其功能和生态作用奠定了基础。趋磁细菌(Magnetotactic bacteria,MTB)是一类能够沿着地球磁力线做定向运动的特殊微生物。趋磁-趋氧运动(Magneto-aerotaxis)和磁小体(Magnetosome)合成是趋磁细菌两个最重要的特征。磁小体是趋磁细菌体内生物控制成矿合成的由生物膜包裹的单磁畴晶体,主要成分是四氧化三铁或四硫化三铁,趋磁细菌通过链状有序排列磁小体的导向作用,感受外界磁场,借助鞭毛进行趋磁-趋氧运动,使其更有效地找到最适生存环境,即有氧-无氧过渡区。趋磁细菌广泛分布于淡水湖泊、海洋潮间带、潟湖、盐湖等环境,参与铁、氮、硫、碳等元素的生物地球化学循环,在自然环境中可能扮演着重要的生态角色。趋磁细菌在形态、生理代谢以及系统发育等方面具有多样性。常见形态有球形、杆状、弧形、螺旋形及多细胞聚集体(即多细胞趋磁原核生物)等;生理代谢类型包括化能自养、化能异养等营养型及专性微好氧、专性或者兼性厌氧等;系统发育分析发现,已知的趋磁细菌多数隶属于α-变形菌纲、δ-变形菌纲、γ-变形菌纲、硝化螺菌门和暂定分类单元Omnitrophica。本研究通过比较分析,发现高通量测序方法在趋磁细菌多样性和系统进化分析方面,明显优于传统方法。本研究将该方法应用于不同海洋生境趋磁细菌生物地理分布研究中。在近海陆架区、两极地区、冲绳海槽、东太平洋等海域,以及热液和海山等特殊的海洋生境中,均发现了趋磁细菌存在,最高相对丰度可达3.5%。在这些不同的海洋生境中,不仅发现了常见的海洋趋磁螺菌属、趋磁球菌属和趋磁弧菌属,还发现了大量仅在淡水环境中存在的硝化螺菌门趋磁细菌,同时在大洋和热液环境中发现了仅在潮间带、潟湖等近岸环境中存在的多细胞趋磁原核生物。对特殊的硝化螺菌门趋磁细菌进行系统发育分析,海洋硝化螺菌门趋磁细菌与多数淡水湖泊环境的分支明显,说明海洋与淡水两种生境间的硝化螺菌门趋磁细菌可能具有不同的来源。热液环境中的多细胞趋磁原核生物与近海的多细胞趋磁原核生物具有不同的起源,其分支位于进化树的根部,可能是不同于近海(潮间带或潟湖环境中)已知多细胞趋磁原核生物的古老的种类。通过生物信息学(16S rRNA基因扩增子的高通量测序)的研究分析,在多个海洋环境中发现了趋磁细菌,获得海洋趋磁细菌生物地理分布特征,为海洋趋磁细菌应用和资源开发打下理论基础。首次在热液沉积物环境中发现了硝化螺菌门趋磁细菌和多细胞趋磁原核生物,为充分认识这两类特殊趋磁细菌的特征及进化起源提供了新的依据。