【作者】 刘芳鹏
【关键词】 古菌 克隆文库 氨氧化细菌 表层沉积物 鄱阳湖 qPCR 反硝化细菌
【导师姓名】吴兰
【学位名称】硕士
【学位年度】2015
【授予单位】南昌大学
【分类号】 Q938
【录入时间】2017-05-14
【全文传递】获取全文
【摘要】古菌广泛分布于自然环境中,甚至作为优势菌群存在,在全球的生物地球化学过程中的作用不可忽视;而氨氧化细菌和反硝化细菌是自然界氮循环中硝化作用和反硝化作用的重要参与者和推动者。本研究于2011年5月对鄱阳湖7个主要入湖口及湖区采集表层沉积物样品,利用古菌16S rDNA片段、氨氧化细菌amoA基因和细菌反硝化nosZ基因这3种分子标记,采用荧光定量PCR、克隆文库构建、系统发育分析和生物统计学等方法,研究鄱阳湖表层沉积物古菌群落和氮循环功能变化,得到以下结果:(1)鄱阳湖表层沉积物古菌群落共划分出3个门,4个纲,6个目,8个科和9个属。3个门分别为Euryarchaeota(广古菌门,48.54%)、Crenarchaeota(泉古菌门,39.79%)和Thaumarchaeota(奇古菌门)。优势菌属主要有Methanoregula(17.51%)、Methanosaeta(甲烷鬃菌属,14.59%)、Methanosarcina(甲烷八叠球菌属,1.86%)和Methanocella(1.08%)。在7个样地中,修河入湖口和抚河入湖口表层沉积物古菌群落与其他5个样地存在明显差异。在门水平上,修河入湖口和抚河入湖口表层沉积物优势菌门是Crenarchaeota(68.52%和76.54%);南主湖区、饶河入湖口、南矶山碟形湖、信江入湖口和三江口表层沉积物优势菌门是Euryarchaeota(52.73%~95.00%)。在属水平上,修河入湖口和抚河入湖口并无显著优势属,而其他5个样地的优势属是Methanoregula(9.61%~47.27%)和Methanosaeta(13.33%~21.15%)以及Methanosarcina(南主湖区,30.0%)。鄱阳湖表层沉积物中影响古菌群落组成空间分布的主要地化因子是TOC、TN、TP、Pb和Cu。系统发育树表明,鄱阳湖表层沉积物古菌群落主要涉及的生物地化功能有甲烷的代谢、氨氧化等。(2)鄱阳湖表层沉积物中氨氧化细菌全部归属于变形菌门(Proteobacteria)β-变形菌纲(Betaproteobacteria)亚硝化单胞菌目(Nitrosomonadales)亚硝化单胞菌科(Nitrosomonadaceae),其中优势菌属为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas,43.33%)和亚硝化螺菌属(Nitrosospira,18.10%)。鄱阳湖表层沉积物氨氧化细菌群落结构在7个样地间呈现出南主湖区与饶河入湖口较为相似和南矶山碟形湖与三江口较为相似,其他样地结构显著不同。鄱阳湖表层沉积物氨氧化细菌群落物种丰富度及多样性在样地间差异较大,在饶河入湖口和信江入湖口物种丰富度及多样性均较高,在修河入湖口较低。氨氧化细菌在各样地间的丰度大小差异显著,其中饶河入湖口和三江口的氨氧化细菌丰度较高,修河入湖口和抚河入河口较低。影响鄱阳湖表层沉积物氨氧化细菌群落组成空间分布的主要影响因子是TOC、NH4+、pH、Pb及Cd,而与氨氧化细菌丰度显著相关的环境因子主要是SM、TP、Cu、Zn、Cd。(3)鄱阳湖表层沉积物反硝化细菌全部归属于变形菌门(proteobacteria)的α、β和γ变形菌纲,其中优势菌纲为α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)和β-变形菌纲(Betaproteobacteria),且主要分布在Thiobacillus(硫杆菌属)、Methylotenera、Janthinobacterium(紫色杆菌属)、Pseudogulbenkiania、Acidovorax(嗜酸菌属)、Rhodobacter(红杆菌属)和Methylobacterium(甲基杆菌属)等7个属。鄱阳湖表层沉积物反硝化细菌群落结构在各样地间差异显著,南主湖区与饶河入湖口较为相似、修河入湖口与南矶山碟形湖较为相似,信江入湖口与三江口较为相似。鄱阳湖表层沉积物反硝化细菌群落物种丰富度及多样性在样地间差异较大,在南主湖区和三江口的物种丰富度及多样性均较高,在修河入湖口、饶河入湖口、南矶山碟形湖和信江入湖口较低。反硝化细菌在各样地间的丰度大小差异显著,其中南主湖区、饶河入湖口、南矶山碟形湖、信江入湖口和三江口的反硝化细菌丰度较高,饶河入湖口和抚河入湖口较低。影响鄱阳湖表层沉积物反硝化细菌群落组成空间分布的主要影响因子是TOC、TP、Cu和Zn,而与反硝化细菌丰度显著相关的环境因子是TOC。综上,营养元素和重金属元素是影响鄱阳湖沉积物微生物群落结构、组成、多样性和丰度的重要因素。此外,鄱阳湖沉积物氨氧化细菌丰度比反硝化细菌细菌丰度要高到1-2个数量级,推测氨氧化细菌群落比反硝化细菌群落活性高。...
【全文】古菌广泛分布于自然环境中,甚至作为优势菌群存在,在全球的生物地球化学过程中的作用不可忽视;而氨氧化细菌和反硝化细菌是自然界氮循环中硝化作用和反硝化作用的重要参与者和推动者。本研究于2011年5月对鄱阳湖7个主要入湖口及湖区采集表层沉积物样品,利用古菌16S rDNA片段、氨氧化细菌amoA基因和细菌反硝化nosZ基因这3种分子标记,采用荧光定量PCR、克隆文库构建、系统发育分析和生物统计学等方法,研究鄱阳湖表层沉积物古菌群落和氮循环功能变化,得到以下结果:(1)鄱阳湖表层沉积物古菌群落共划分出3个门,4个纲,6个目,8个科和9个属。3个门分别为Euryarchaeota(广古菌门,48.54%)、Crenarchaeota(泉古菌门,39.79%)和Thaumarchaeota(奇古菌门)。优势菌属主要有Methanoregula(17.51%)、Methanosaeta(甲烷鬃菌属,14.59%)、Methanosarcina(甲烷八叠球菌属,1.86%)和Methanocella(1.08%)。在7个样地中,修河入湖口和抚河入湖口表层沉积物古菌群落与其他5个样地存在明显差异。在门水平上,修河入湖口和抚河入湖口表层沉积物优势菌门是Crenarchaeota(68.52%和76.54%);南主湖区、饶河入湖口、南矶山碟形湖、信江入湖口和三江口表层沉积物优势菌门是Euryarchaeota(52.73%~95.00%)。在属水平上,修河入湖口和抚河入湖口并无显著优势属,而其他5个样地的优势属是Methanoregula(9.61%~47.27%)和Methanosaeta(13.33%~21.15%)以及Methanosarcina(南主湖区,30.0%)。鄱阳湖表层沉积物中影响古菌群落组成空间分布的主要地化因子是TOC、TN、TP、Pb和Cu。系统发育树表明,鄱阳湖表层沉积物古菌群落主要涉及的生物地化功能有甲烷的代谢、氨氧化等。(2)鄱阳湖表层沉积物中氨氧化细菌全部归属于变形菌门(Proteobacteria)β-变形菌纲(Betaproteobacteria)亚硝化单胞菌目(Nitrosomonadales)亚硝化单胞菌科(Nitrosomonadaceae),其中优势菌属为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas,43.33%)和亚硝化螺菌属(Nitrosospira,18.10%)。鄱阳湖表层沉积物氨氧化细菌群落结构在7个样地间呈现出南主湖区与饶河入湖口较为相似和南矶山碟形湖与三江口较为相似,其他样地结构显著不同。鄱阳湖表层沉积物氨氧化细菌群落物种丰富度及多样性在样地间差异较大,在饶河入湖口和信江入湖口物种丰富度及多样性均较高,在修河入湖口较低。氨氧化细菌在各样地间的丰度大小差异显著,其中饶河入湖口和三江口的氨氧化细菌丰度较高,修河入湖口和抚河入河口较低。影响鄱阳湖表层沉积物氨氧化细菌群落组成空间分布的主要影响因子是TOC、NH4+、pH、Pb及Cd,而与氨氧化细菌丰度显著相关的环境因子主要是SM、TP、Cu、Zn、Cd。(3)鄱阳湖表层沉积物反硝化细菌全部归属于变形菌门(proteobacteria)的α、β和γ变形菌纲,其中优势菌纲为α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)和β-变形菌纲(Betaproteobacteria),且主要分布在Thiobacillus(硫杆菌属)、Methylotenera、Janthinobacterium(紫色杆菌属)、Pseudogulbenkiania、Acidovorax(嗜酸菌属)、Rhodobacter(红杆菌属)和Methylobacterium(甲基杆菌属)等7个属。鄱阳湖表层沉积物反硝化细菌群落结构在各样地间差异显著,南主湖区与饶河入湖口较为相似、修河入湖口与南矶山碟形湖较为相似,信江入湖口与三江口较为相似。鄱阳湖表层沉积物反硝化细菌群落物种丰富度及多样性在样地间差异较大,在南主湖区和三江口的物种丰富度及多样性均较高,在修河入湖口、饶河入湖口、南矶山碟形湖和信江入湖口较低。反硝化细菌在各样地间的丰度大小差异显著,其中南主湖区、饶河入湖口、南矶山碟形湖、信江入湖口和三江口的反硝化细菌丰度较高,饶河入湖口和抚河入湖口较低。影响鄱阳湖表层沉积物反硝化细菌群落组成空间分布的主要影响因子是TOC、TP、Cu和Zn,而与反硝化细菌丰度显著相关的环境因子是TOC。综上,营养元素和重金属元素是影响鄱阳湖沉积物微生物群落结构、组成、多样性和丰度的重要因素。此外,鄱阳湖沉积物氨氧化细菌丰度比反硝化细菌细菌丰度要高到1-2个数量级,推测氨氧化细菌群落比反硝化细菌群落活性高。