长江口九段沙湿地盐沼植物根围细菌群落结构和多样性的研究

论文摘要

土壤微生物群落的结构常常反映其所处生态系统的特点，如植被类型，所以植被类型的变化可能引起微生物群落结构和多样性的变化。为研究湿地生态系统植物快速演替过程中微生物群落的变化以及评价植物入侵对土著微生物群落的影响，本论文利用变性梯度电泳（denaturing gradient gel electrophoresis，DGGE）和克隆测序等分子手段分析了长江口九段沙湿地中芦苇、海三棱藨草和互花米草的根围细菌群落结构特征及动态变化，主要研究结果如下：1．芦苇、海三棱藨草和互花米草根围细菌16S rDNA扩增片断[引物为8f（GC-clamp）和534r]的DGGE电泳结果表明，尽管Enterobacter、Serratia、Rhodobacter等属的一些细菌在植物不同生长时期的根围均存在，但有些细菌类群则会随植物生长时期的不同而出现或消失。三种植物不同生长时期根围细菌群落的变化呈现出明显的差异，这可能意味着不同植物在不同生长时期为根围细菌提供的生境条件是不同的，从而造成了细菌群落会随着植物生长时期的不同而发生变化。2．通过建立了三种植物根围细菌群落16S rDNA的克隆文库，并对所获得序列的系统发育进行了分析，结果表明主要的细菌类群包括以下几个大的类群：Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Deltaproteobacteria、Epsilonproteobacteria、Acidobacteria、Bacteroidetes、Chloroflexi、Nitrospira、Planctomycetes、Spirochaetes、Verrucomicrobia和Gram positives（包括Actinobateria、Firmicutes）以及一些未分类的序列（unclassified sequence）；从三种植物根围中所获得的序列大部分属于Proteobacteria。虽然三种植物根围细菌群落所包含的许多大的细菌类群相同，但通过对所得序列的系统发育分析表明这些大类群的组成并不完全一致，即芦苇、海三棱藨草和互花米草的根围细菌群落结构都比较复杂，且不完全相同，这说明不同植物根围的物理和化学环境可能不同，致使不同的细菌选择在不同植物的根围定殖。3．在大于97％的序列相似度水平上将克隆序列归为不同的OTUs，计算三种植物根围细菌群落16S rDNA克隆文库的OTUs丰度和均匀度，并以此估计Chao1无参数多样性，结果表明，芦苇根围细菌群落的OTUs丰度为200；海三棱藨草根围细菌群落的OTUs丰度最高（668 OTUs）；互花米草根围细菌群落的OTUs丰度为382。芦苇和互花米草根围细菌群落存在着明显的优势种，而海三棱藨草根围细菌群落中物种的多度分布相对比较均匀。这些差异在某种程度上可能反映了处在不同高程的宿主植物和不同土壤环境的选择压力共同作用于根围细菌群落的结果。4．利用类群特异性引物的PCR扩增结合DGGE电泳分析了三种植物根围的硫酸盐还原菌群落和亚硝化细菌群落，研究发现三种植物根围亚硝化菌群落结构都比较简单，本论文已有数据显示亚硝化菌群落并不随三种植物不同的生长时期而呈现明显的变化。一些可以归为Desulfovibrio和Desulfuromonas的序列在三种植物根围不同的生长时期都可以检测到；另外一些可以归为Desulfobulbus、Desulfosarcina、Desulfocapsa的序列随不同植物及植物不同的生长时期而出现或消失。硫酸盐还原菌群落所表现的空间和时间变化也同样表明植物对根围细菌的影响；另外，这种变化有可能与硫酸盐还原速率相关联。综上所述，植物可以影响根围细菌群落的结构和多样性；湿地生态系统中细菌群落的组成非常复杂，而且细菌的多样性随植物群落的演替而发生变化。该研究同时也表明，互花米草的入侵所带来的植物群落分布格局的变化已影响到土著微生物群落的结构和多样性。本研究结果为研究湿地生态系统中微生物的重要性以及评价互花米草入侵造成的生态后果提供了理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 前言
• 1 根围生态系统中的微生物与植物
• 1.1 植物对根围微生物的影响
• 1.2 根围微生物对植物的影响
• 1.3 根围微生物群落与植物的关系
• 2 湿地生态系统中微生物群落多样性的研究概况
• 3 微生物生态学研究中主要的分子方法
• 3.1 DNA解链及复性分析
• 3.2 标记核酸探针杂交
• 3.3 基于PCR技术的研究方法
• 4 本研究的目的、意义及研究方法概述
• 第二章 九段沙三种优势植物根围细菌群落的季节变化
• 1 九段沙湿地植物群落的基本特征
• 2 材料方法
• 2.1 样品的采集
• 2.2 实验仪器和设备
• 2.3 总DNA的抽提
• 2.4 PCR扩增
• 2.5 DGGE电泳分析
• 2.6 回收DNA的扩增、纯化和克隆
• 2.7 阳性克隆的检验
• 2.8 测序和数据分析
• 3 实验结果
• 3.1 三种植物根围土样总DNA
• 3.2 根围细菌DNA的PCR扩增8f（GC-clamp）和534r
• 3.3 三种植物根围土壤样品PCR扩增产物的DGGE电泳分析
• 3.4 阳性克隆的检验
• 3.5 三种植物根围细菌群落的系统发育分析
• 4 讨论
• 4.1 植物根围细菌群落的差异
• 4.2 利用分子手段研究微生物群落的一些局限
• 第三章 九段沙植被演替与根围细菌群落多样性的关系
• 1 材料方法
• 1.1 样品的采集
• 1.2 总DNA的提取
• 1.3 样品16S rDNA的PCR扩增以及纯化
• 1.4 PCR扩增产物的克隆、测序
• 1.5 数据分析
• 1.6 核酸序列在GenBank数据库的登录号
• 2 实验结果
• 2.1 三种植物根围不同类群细菌的相对多度
• 2.2 三种植物根围细菌的系统发育分析
• 2.3 均匀度
• 2.4 Chao 1分析
• 3 讨论
• 3.1 不同植物根围细菌群落OTUs丰度及分布
• 3.2 根围细菌群落的系统发育多样性
• 第四章 三种植物根围硫酸盐还原菌以及亚硝化细菌组成及变化
• 1 材料方法
• 1.1 样品的采集
• 1.2 总DNA的提取
• 1.3 PCR扩增
• 1.4 DGGE电泳分析
• 1.5 回收DNA的扩增和克隆测序
• 2 实验结果
• 2.1 三种植物根围土壤样品的DGGE电泳分析
• 2.2 三种植物根围细菌的系统发育分析
• 3 讨论
• 第五章 小结与展望
• 1 小结
• 2 展望
• 参考文献
• 在读期间完成的论文
• 致谢