湿地是地球上能量流动和物质循环最活跃的场所,也是陆地有机碳的最大储库,其碳储量为陆地土壤碳量的18～30%,在所有湿地生态类型中,高原湿地由于生产力高且分解率低,成为有机碳储备最丰富的碳库,是调节全球碳循环平衡的重要因素。位于我国滇西北的纳帕海湿地属于第四季水蚀、冰渍湖,是我国独有的低纬度、低温和高海拔季节性高原沼泽湿地,深处三江并流保护区腹地,同时又是我国长江上游地区的重要水源地,其地质和生物资源都十分丰富,是开展地质学和生物学研究的重要基地。国内学者在纳帕海湿地主要开展了植物群落景观多样性研究,湿地退化规律与机理研究,湖滨带演变规律及驱动机制研究以及越冬黑鹳生境选择等研究。针对纳帕海湿地的碳循环问提,目前的研究主要从理化因子出发,多集中在土壤碳素背景值的揭示、空间分布规律以及有机质对水分梯度变化的响应、水文周期对湿地土壤碳素变化影响等研究上,但是对影响碳循环尤其是可溶性有机碳(DOC)的重要生物因素的研究几乎无人涉及。噬菌体作为结构最简单的生命体,在各种水环境中,以原核微生物为宿主的噬菌体占了浮游病毒中的绝大多数,它们不仅在调节细菌的群落结构、遗传物质的水平转移方面作用巨大,同时也被证明在生物地球化学循环尤其是碳循环方面具有异常重要的作用,但遗憾的是截至目前关于纳帕海湿地噬菌体、细菌及它们与有机碳的研究尚未见报道。因此,针对纳帕海湿地开展噬菌体的丰度、生态状况和多样性研究,并探讨它们在该区域碳循环中的作用和功能无疑具有重要的科学意义。本论文系统地对纳帕海湿地流域噬菌体的丰度、多样性以及生态状况进行了调查,并对它们在可溶性有机碳循环中的作用和功能进行了初步的分析和探讨,还从湿地中分离纯化了一批可培养的低温噬菌体,对其中的3株进行了系统的生物学研究。主要研究结果如下：论文首先就噬菌体在该区域的生态状况进行了调查,主要在不同地区及季节对浮游细菌和病毒总的分布和丰度情况进行了调查。利用表面荧光显微镜(EFM)技术检测了纳帕海湿地不同季节、不同湿地类型水样中浮游细菌和病毒的丰度,从分布上来看旱季和雨季浮游细菌丰度的平均值分别为3.52×105/mL和2.02×106/mL,浮游病毒丰度的平均值分别为3.63×106/mL和3.71×107/mL,而且雨季浮游病毒和细菌的丰度都显著高于旱季。从对影响浮游病毒丰度的环境因子相关性分析来看,旱季浮游病毒与细菌的丰度具有显著正相关关系(P<0.01),而与叶绿素只有弱负相关性(P<0.05),说明在旱季噬菌体而非噬藻体或浮游植物病毒是纳帕海湿地中浮游病毒的优势种群；而雨季浮游病毒丰度与浮游细菌丰度(P<0.01)和叶绿素a(Chl-a)(P<0.05)都具有显著正相关性,表明雨季纳帕海湿地浮游病毒丰度受Chl-a含量的影响很大,浮游病毒的主要宿主发生了变化,推测浮游植物病毒和噬藻体成为纳帕海湿地中浮游病毒的优势种群。在旱季,浮游病毒的丰度与温度显著负相关,虽然在雨季浮游病毒丰度与温度也呈负相关,但并不显著；在雨季,水体pH变化较明显,而浮游病毒丰度与水体pH呈显著负相关,表明湿地的来水主要在雨季,而离子组成变化大,原因是该湿地无直接的径流相连,其主要来水源于周边群山的融水和降雨形成的径流。虽然在雨季和旱季,从多点采样的平均值来看浮游病毒丰度并无明显差异,但从一些局部的采样点来看,雨季的浮游病毒丰度显著高于旱季,说明在纳帕海区域浮游病毒的分布并不平均,因采样点环境的不同会产生明显的区别。从病毒与细菌丰度比值(VBR)值来看,纳帕海湿地VBR落在了4.41-40.11区间,平均值为14.88；浮游病毒丰度与浮游细菌丰度、VBR均呈现出显著的正相关性,而旱季和雨季的VBR之间无显著差异,已趋于一个稳定值,表明该地区在长期的进化过程中病毒与细菌的分布比例已趋于平衡,各生物群落的组成逐步稳定,该区域已形成一个成熟度很高的生态系统。论文还对病毒(主要是噬菌体)裂解导致的细菌死亡率、有机碳释放量和纳帕海湿地中可溶性有机碳的分布和数量进行了测定,并通过经典的数学模型对二者的关系进行了研究。研究结果表明在雨季细菌的有机碳产出量为8.01 μg C/L-h,旱季为10.3μg C/L·h,在雨季和旱季经由病毒裂解而引起的细菌死亡率(FMVL)分别为54.9%和27%。最后相关数据通过Binder数学模型建模分析后表明在纳帕海地区经由病毒裂解细菌所贡献的可溶性有机碳在总有机碳中占主导地位,其贡献率无论在旱季和雨季均超过了50%,并且在雨季和旱季其贡献率有显著差异,分别为84.37%和72.9%。本研究首次证明了在高原湿地纳帕海,浮游细菌和病毒的存在非常广泛,它们在不同季节有不同的组成和分布并且有鲜明的地域特征,浮游病毒的丰度约为浮游细菌的10倍,并在不同的季节保持恒定。本研究也是首次关于该地区可溶性有机碳循环与噬菌体裂解关系的报道,研究结果将为进一步阐明噬菌体在维持该地区生态平衡中的作用提供重要的理论支撑。为进一步探讨不同噬菌体类群在纳帕海的分布情况,研究采用能较好表征环境特性的T4类噬菌体为研究对象对其分布情况进行了调查。利用较保守的T4类噬菌体g23基因为指针,对该地区T4类噬菌体的分布情况进行了调查。研究采用MZIA1和MZIA6引物对编码T4类噬菌体衣壳蛋白的g23基因进行了扩增,从水样(YW)和泥样(YN)中分别分离得到36和18个不同的克隆。根据UniFrac软件进行分析后表明YW和YN样品间物种的丰富程度明显不同,遗传多样性丰富。系统发育分析表明纳帕海高原湿地不仅存在其他生境中已分离到的T4噬菌体类群,还存在纳帕海高原湿地独有的NPH I和Ⅱ两个新类群。从T4类噬菌体g23基因序列所体现出的多样性已经表明该地区噬菌体资源非常丰富,分布十分广泛。通过构建纳帕海湿地g23基因序列与其他生境的独立环形系统发育分析也证明了纳帕海高原湿地g23基因序列具有其独特性,分析结果表明纳帕海湿地各样点的g23基因与海洋基因序列相距甚远,分别落在不同聚类簇中而且水样与泥样可独立成簇；而与淡水湖泊相比,只有少部分序列能与俄罗斯贝加尔湖和中国东湖的序列聚簇,其余序列均可单独聚为一簇；与稻田、东北土壤及三江平原相比,除泥样中的1个序列与日本稻田聚簇外,其余均单独聚簇。本研究首次采用g23基因对纳帕海湿地T4类噬菌体的分布情况进行了系统调查,研究表明g23基因不仅能很好地表征T4类噬菌体在纳帕海湿地的分布,而且能很好地发现新的类群,就g23基因的遗传多样性分析就表明该区域不仅具有丰富的多样性同时具体显著的独特性,研究的结果为进一步明确不同噬菌体类群在纳帕海的分布提供了有效的方法和技术,也为详细了解不同类群噬菌体的裂解对该地可溶性有机碳的贡献率提供了可能。在论文的最后,我们利用经典和现代的分离培养技术,从纳帕海湿地中共分离得到与低温环境相适应的380多株低温细菌,它们主要包括了假单胞菌、不动杆菌、芽孢杆菌、黄杆菌和节杆菌等属的细菌,其中以假单胞菌居多。以它们为宿主菌共分离筛选得到19株可培养的低温噬菌体,从电镜形态上看它们全部属于有尾噬菌体,分别属于长尾、短尾和肌尾噬菌体科,其中感染胶团杆菌的噬菌体国内外尚无报道。最后对以假单胞、黄杆菌和温和气单胞菌为宿主的3株肌尾科的低温噬菌体进行了系统的生物学特性研究。从噬菌体宿主菌的多样性、噬菌体电镜形态以及噬菌体生物学特性等方面的研究均表明纳帕海湿地低温微生物资源十分丰富,多样性表现非常突出。虽然通过g23基因为指针的研究表明在纳帕海湿地T4类噬菌体分布十分广泛,但由于受研究所采用的分离和培养的手段和方法的限制,在所分离到的可培养低温噬菌体中并没有发现T4类噬菌体。可培养低温噬菌体的成功分离为进一步从微观了解噬菌体在纳帕海湿地的分布及其与宿主的相互作用提供了可能,同时也为进一步开展噬菌体与有机碳循环的研究提供了理想和重要的实验材料,已分离到的噬菌体更是开展生物资源开发的重要宝库。本论文首次从不同角度和尺度,对低纬度、高原低温湿地纳帕海浮游病毒的丰度、生态状况、噬菌体的分离进行了系统研究。从浮游病毒的丰度研究开始,探索了噬菌体的分布及其与DOC的关系,一直到可培养低温噬菌体分离及生物学特性的研究,使得这一独特地理环境的微生物生态研究更加系统,是目前国内外关于低纬度高原低温湿地生态系统中噬菌体从宏观到微观尺度的唯一报道。论文首次发现了T4类噬菌体的新类群,为进一步明确不同噬菌体类群在纳帕海的分布提供了有效的方法和技术。首次开展了该地域噬菌体与DOC关系研究,结果表明经由噬菌体裂解细菌所释放的DOC在总DOC中占主导地位,并且不同季节其贡献率有显著差异。研究中还分离得到了一批可培养的低温噬菌体及其宿主菌,积累了大量的微生物资源,为今后在实验室中进一步开展噬菌体的低温适应性机制、噬菌体与宿主的相互作用及噬菌体与宿主的协同进化机制等研究提供了宝贵的实验材料,也为进一步开展特定噬菌体在碳循环中作用的定性、定量分析提供了可能。研究的结果不仅使得这一独特地理环境的微生物生态研究更加系统化,也为进一步在该地区开展微生物生态学、生物地球化学及挖掘微生物资源奠定了基础。