鄱阳湖微囊藻毒素的产生与细菌群落的关系研究

发布时间：2020-07-29 17:28

【摘要】：近年来,由于人类活动的影响,淡水湖泊微囊藻毒素污染问题越来越严重。作为淡水湖泊中重要的组成成分,细菌群落能降解水体中的微囊藻毒素,对维持淡水湖泊生态系统的稳定性有着不可替代的作用。因此,研究细菌群落与微囊藻毒素产生之间的关系对于预测及治理淡水湖泊生态系统未来环境变化具有重要的意义。鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,其水质状况在一定程度上影响整个流域的生态安全。本研究以鄱阳湖为研究对象,在总结以往相关研究报道的基础上,选择了4个调查样地,包括了主湖区的星子、都昌和康山水域,以及典型的子湖区-战备湖。本研究选择水温较高、适于蓝藻生长的月份开展实验,分别在2016年和2017年的7、9、10和11月份对选择样地的表层水样进行分析。首先对微囊藻毒素,蓝藻群落以及产微囊藻毒素基因(mcyA基因)的分布特征及相互关系进行分析,然后通过16S rRNA基因高通量测序和荧光定量等分子生物学技术,对水体细菌群落组成和丰度进行了探究,并结合代谢功能预测进一步探讨微囊藻毒素产生对湖泊水体细菌群落结构和功能的影响,最终得出以下主要结论:1.水体微囊藻毒素空间上无显著的差异,而在时间上差异显著,表现在11月份显著高于其他几个月份,其主要受到pH值、水温、水深、氨氮、总氮,正磷酸盐、溶解性有机碳和叶绿素α的影响。2.显微观察结果表明,蓝藻群落中,微囊藻属和鱼腥藻属等是优势蓝藻属。空间上,战备湖样地的蓝藻丰度显著高于其他样地,而在时间上表现在9月份蓝藻丰度显著最高,而在11月份显著最低。微囊藻属(Microcystis sp.)和微囊藻毒素呈显著的负相关。因此,微囊藻属对微囊藻毒素的产生贡献最大,11月份微囊藻毒素浓度较高可能与温度太低,使得蓝藻细胞大量裂解死亡,释放微囊藻毒素相关。3.mcyA基因在时间上差异显著,其拷贝数在10月份显著最高。mcyA基因和微囊藻属(Microcystis sp.)呈显著的正相关,与微囊藻毒素没有显著的相关性。可能原因是含mcyA基因的有毒微囊藻属占有绝大部分,但是微囊藻毒素的产生过程非常复杂,涉及多种mcy基因参与调控。4.细菌群落多样性在2017年11月份显著最低,但16S rRNA基因拷贝数显著最高。细菌群落组成中,放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和蓝细菌门(Cyanobacteria)最为优势;细菌群落在时间差异不显著,仅表现出时间差异,时间上11月份,变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度显著最高。细菌代谢功能中,主要是化能异养代谢功能和光合自养代谢功能最优势,11月份的化能异养功能丰度显著最高,而光合自养功能丰度显著最低。5.伴随着微囊藻毒素的浓度升高,细菌群落丰度增加,化能异养功能显著增强。微囊藻毒素与伯克氏菌科(Burkholderiaceae)和OPB56呈显著的正相关,而和酸微菌科(Acidimicrobiaceae)、奈瑟氏菌(Neisseriaceae)、微杆菌科(Microbacteriaceae)和噬几丁质菌科(Chitinophagaceae)呈显著的负相关,表明微囊藻毒素可能为这些细菌提供重要的碳源或者能源综上结果显示,微囊藻属(Microcystis sp.)作为主要的产微囊藻毒素的有毒蓝藻,在蓝藻群落中占优势地位。而细菌中的酸微菌科(Acidimicrobiaceae)、奈瑟氏菌(Neisseriaceae)、微杆菌科(Microbacteriaceae)和噬几丁质菌科(Chitinophagaceae)可能参与微囊藻毒素的降解过程。该研究成果为预测淡水湖泊生态系统微囊藻毒素的产生及其引起的生态效应,以及从微生物角度治理微囊藻毒素污染提供科学依据。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q938.8;X524
【图文】：

路线图,研究技术,路线图,生态系统稳定性

第 1 章绪论此为切入点进一步深入探讨微囊藻毒素污染对鄱阳湖生态系统稳定性的影响，以及细菌群落对预测和治理环境污染以及维持生态系统稳定性的贡献。1.7.2 技术路线

示意图,鄱阳湖,样地,支流

.1 样地概况本研究样地分布于鄱阳湖（28°4′ 29°46′ N，115°49′ 116°46′ E）的 4 个区域别命名为星子（XZ），都昌（DC），战备（ZB）和康山（KS）（图 2.1）择这四个样地主要有以下几个原因：（1）这四个样地从北至南，分布在不区域[100-101]：星子样地位于鄱阳湖的最北部，都昌样地位于鄱阳湖的中部，样地和康山样地位于鄱阳湖的最南部；（2）这四个样地能够代表不同的湖型：星子，都昌和康山样地位于鄱阳湖的主湖区，而战备湖是一个子湖；（3四个研究样地曾发生过短暂的蓝藻水华或表面漂浮有大量蓝藻：在 2009 年湖泊蓝藻密度急剧上升，高达 1.1×106cells/L（Jiangxi.jxnews.com.cn, 2009） 2010 至 2014 年，都昌湖发现有大量蓝藻漂浮在水面上[87, 102]，同时 2012 年备湖和康山湖中发现水面上有大量肉眼可见的蓝藻[100]。我们在夏秋季对水品进行了采集，因为在此期间温度较高，比较适合蓝藻的生长，同时鄱阳湖位维持在高水平，因此，我们可以更好的了解湖泊水质基本情况以及蓝藻生况。

分析图,样地,理化参数,月份

19 3.1 2016 年和 2017 年四个样地（XZ，DC，KS 和 ZB）四个月份（Jul.，Sep.，OctNov.）所有理化参数的 PCA 分析图.3.1 PCA plot of physicochemical variables obtained from the four sampling sites (XZ, DCand ZB) in Poyang Lake from Jul 2016 to Nov 2016(a) and from Jul.2017 to Nov.2017：XZ：星子样地；DC：都昌样地；KS：康山样地；ZB：战备样地；Jul：7 月；Se月；Oct：10 月；Nov：11 月

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