巢湖水体浮游细菌群落结构时空差异的分子生态学研究

论文摘要

巢湖,我国五大淡水湖之一,是典型的浅水湖泊,近几年已成为我国污染和富营养化最严重的三个淡水湖泊之一。在湖泊生态系统中,水体营养物质的数量或种类的改变,皆能导致浮游细菌多样性的改变。微生物多样性常被用作监测和预测一个水生生态系统健康与否的标准。本文就是从分子生物学水平上分析巢湖水体浮游细菌时空差异与其相应环境因子的关系,从而为巢湖富营养化的生态修复提供理论依据。本研究在巢湖设置五个取样点,取样点分布于湖区的不同水质环境。采样从2006年秋季到2007年夏季持续一年,每个季度取样一次,总共采集20个样品。通过DAPI荧光染色法和PCR-DGGE分子方法分别对这20个水样进行细菌计数和细菌多样性的时空差异研究,并结合典型对应分析（CCA）法,探讨了浮游细菌群落组成与相关环境因子的对应关系。主要结果表明:（1）巢湖水体温度的水平变化不明显,而季节间变化剧烈,夏季温度最高,冬季温度最低,水体的总体pH值在6.91-8.84之间,呈弱碱性;水环境理化参数随着不同采样点与季节的变化而不同,总体上巢湖西区水质较差。（2）不同采样点四个季节的浮游细菌总数在7.5×104-6.75×106 cells mL-1之间,且有明显的时空差异。每个采样点的最低值皆出现在冬季,除了采样点忠庙,其它四个采样点的最高值均出现在夏季。而就四个季节的平均值来说,采样点马尾河的浮游细菌数量最高,忠庙与东湖心次之,最低出现在中垾。（3）不同采样点的浮游细菌种群丰度与多样性的季节间变化趋势基本相同。通过多样性分析表明,巢湖水体浮游细菌群落多样性随采样点与季节的变化而异,具体表现为绝大多数采样点的多样性在秋季最低,春季最高,而同一季节的不同采样点的多样性高低相比较,没有明显的规律性。聚类分析结果表明,巢湖水体环境的季节间差异对其浮游细菌群落组成的影响要大于不同采样点间的差异。（4）CCA分析的结果表明,BOD5、NH3-N、CODMn、TP、TN和DO浓度以及水温的共同作用,对巢湖水体浮游细菌的群落组成有明显的影响。（5）系统进化的初步分析得出,巢湖浮游细菌群落中,蓝细菌与放线菌中的一部分菌群的出现与否没有时空差异,另一部分具有时空差异,而拟杆菌和绿弯菌的出现与否均表现出时空差异。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 微生物分子生态学涉及的主要研究方法
• 1.1.1 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
• 1.1.2 16S rDNA文库的构建
• 1.1.3 限制性片段长度多态性（RFLP）
• 1.1.4 荧光原位杂交（FISH）
• 1.2 微生物分子生态学的主要研究领域及其进展
• 1.2.1 海洋微生物多样性研究
• 1.2.2 淡水微生物多样性研究
• 1.2.3 土壤微生物多样性研究
• 1.3 微生物分子生态学研究展望
• 2 引言
• 3 材料与方法
• 3.1 采样时间和地点
• 3.2 现场水样的采集和处理
• 3.2.1 采样前准备
• 3.2.2 水样采集和保存
• 3.3 环境参数的测定
• 3.4 水体浮游细菌的计数
• 3.4.1 主要器材和试剂
• 3.4.2 DAPI染色液制备
• 3.4.3 细菌染色
• 3.4.4 细菌荧光计数
• 3.4.5 浮游细菌数量计算公式
• 3.5 PCR-DGGE
• 3.5.1 器材与试剂
• 3.5.2 浮游细菌DNA的提取
• 3.5.3 琼脂糖凝胶电泳检测
• 3.5.4 PCR扩增
• 3.5.5 PCR扩增产物纯化
• 3.5.6 PCR扩增产物测序验证
• 3.5.7 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
• 3.5.8 DGGE特异条带的测序
• 3.6 DGGE图谱分析
• 3.6.1 聚类分析
• 3.6.2 细菌种群丰度和群落多样性分析
• 3.6.3 系统进化树的构建
• 3.7 细菌结构与环境因子的典型对应分析（CCA）
• 3.8 16S rDNA文库的构建
• 4 结果与分析
• 4.1 理化环境参数比较
• 4.2 浮游细菌数量
• 4.2.1 浮游细菌DAPI荧光染色效果分析
• 4.2.2 浮游细菌数量比较
• 4.3 浮游细菌DNA提取结果
• 4.4 PCR扩增结果
• 4.5 浮游细菌种群丰度变化
• 4.5.1 DGGE结果分析
• 4.5.2 浮游细菌种群丰度的时空差异
• 4.6 浮游细菌群落多样性的时空差异
• 4.7 浮游细菌群落组成的聚类分析
• 4.8 浮游细菌群落结构与环境因子的关系
• 4.9 浮游细菌的遗传多样性分析
• 5 讨论
• 5.1 巢湖水体营养状况与细菌数量的关系分析及讨论
• 5.2 巢湖水体浮游细菌的种群丰度
• 5.3 巢湖水体浮游细菌的遗传多样性
• 5.4 巢湖水体浮游细菌群落结构与环境因素的关系
• 5.5 实验中存在的不足及建议
• 5.5.1 DGGE技术自身存在的缺限
• 5.5.2 遗传多样性分析及16S rDNA文库的构建
• 5.5.3 对今后开展类似研究的建议
• 6 结论
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 致谢
• 作者简介
• 在读期间发表的学术论文