水生植物根际的固土能力及十溴联苯醚降解菌的高通量分析

发布时间：2020-11-05 04:46

　　 湿地生态系统是全球三大生态系统之一,在生物多样性保护和污染净化等方面发挥重要功能。大量研究表明湿地水生植物对于湿地生态功能的维持起到关键作用,但在河口、河滩、消落带等水文条件剧烈波动的湿地中,湿地植物的固工作用功能尚未有研究报道,湿地植物根际微生物在污染物降解中作用机制也较少。本文选择了几种常见的湿地水生植物,研究比较了其固土能力以及与根系特征的关系,目的是为水文条件剧烈的湿地的修复、管理、维护提供参考依据。另外,在前期研究的基础上,采用高通量测序方法对水葱根际的十溴联苯醚降解菌进行了分析,目的是初步探寻十溴联苯醚降解菌,为进一步开展实验验证提供基础。本实验以常见的水生植物芦苇、芦竹和旱伞草作为研究对象,应用锚杆拉力计和自制剪切箱对其进行原位剪切试验,评价不同植物的抗剪切能力;同时对三种水生植物进行抗冲实验,计算植物根际土壤的抗冲刷系数,研究其抗冲刷能力。通过不同植物的单位枝数的抗剪切强度和土壤的抗冲刷系数对其固土能力进行综合比较,评价不同湿地植物的固土能力差别及其关键制约因子。主要研究结果:(1)通过原位剪切试验,发现不同植物的单位枝数的抗剪切强度表现为芦竹芦苇=旱伞草。原因可能是单位枝数的芦竹的根系干重最大,单位枝数的总根数最多,因此和土壤接触总面积更大,表现出更强的固土能力。(2)通过抗冲试验,发现不同植物的单位枝数的抗冲系数表现为芦竹芦苇=旱伞草。原因除了芦竹根系干重最大和单位枝数的总根数最多外,芦竹具有最大的的茎平均直径,因此在单位面积上芦竹有最大的覆盖度,削弱了地表径流的冲击,减少了因地表径流造成的水土流失。从本研究结果可以推测,湿地植物的单位枝数的总根数、根系干重和茎平均直径是植物固土能力的关键决定因素,这些参数可以作为湿地植物固土能力筛选的依据。本实验室前期研究中证明水生植物水葱对持久性有机污染物十溴联苯醚(BDE-209)有显著的降解能力,其中根际菌起主要的降解作用。因此,本研究采用高通量测序分析方法分析不同处理下的微生物群落变化,推测可能的降解菌属。共设置以下四个处理组:(1)SVL组:水葱+沉积物+BDE-209(2mg/kg);(2)SVH组:水葱+沉积物+BDE-209(30mg/kg);(3)SVN组:水葱+沉积物(不添加BDE-209);(4)NL 组:沉积物+BDE-209(2mg/kg)。主要研究结果:(1)通过高通量测序分析,发现在细菌的群落组成上,SVN组与SVL组的细菌群落相似度较高,而SVH组与NL,SVL和SVN组细菌群落组成的差异较大。(2)变形菌门(Proteobacteria)是在3种不同污染物浓度处理下的植物根际土细菌以及不种植物添加2mg/kg污染物对照组中都是处于绝对优势地位的细菌门类,δ变形菌纲(Deltaproteobacteria)在各组中也处于绝对优势地位。(3)通过LEfSe(LDA Effect Size)分析,发现SVH组的差异物种Biomarker是 Desulfobulbaceae 和 Desulfobacterales。(4)根据筛选比对后发现,经BDE-209处理后相对丰度显著增加的菌属,如Desulfobulbus、Ideonella、unidentified_Nitrosomonadaceae、Byssovorax、Novosphingobium、Sulfuritalea、Woodsholea、Desulfatirhabdium、Sterolibacterium、Roseomonas、unidentified_Rhodospirillaceae、Aeromonas、Polymorphobacter、Desulfomonile和Vogesella是水葱降解BDE-209的可能降解菌,但水葱根际具体的BDE-209关键降解菌仍需要开展降解实验进行验证。
【学位单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：Q948;X172;X703
【部分图文】：

辅助设置的固定作用下，使用锚杆拉力计对实验样方原地进行剪切试验。相较于大??型直剪仪等剪切设备，原位剪切试验更能体现植物根系抗剪切的真实情况。试验装??置如图２．１所示［８７］，包括５部分：１为剪切箱，可以套在样方上，起到保护样方完??整性并为剪切力提供直接作用的位点，剪切箱是用厚为ｌ〇ｍｍ的钢板焊接而成，高??为１０?ｃｍ，内框的长和宽都是２０?ｃｍ，使得最终的剪切面积为４０?０００ｍｍ２；?２是锚杆??拉力计，它可以直接推动剪切箱并剪切箱的底面产生剪切力，绍兴市亿纳仪器制造??有限公司，额定推力为２０Ｔ；?３是压力表，与锚杆拉力计直接相连，可以直接在表??头上显示锚杆拉力计的作用力的大小；４是千分表，精度为０．０１ｍｍ，可以用来测定??的剪切位移；５是起固定作用的辅助设备。??＾／／ｊｔ?，?丫７丫??／Ｓ—Ｉ?２?Ｉ?Ｓ、???｜?｜???／?ｒ??／Ｕ??ｙ?ｌ、??图２．１原位剪切试验装置示意图［８７］??Ｆｉｇ．?２．１?Ｄｅｖｉｃｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｉｎ?ｓｉｔｕ?ｓｈｅａｒ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ??２０１７年９月２４－２５日，在生态园试验样地中，选取健壮，长势良好的有代表性??样方植物进行原位剪切试验

ＭＡＳＴＥＲ’Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??２．３．２?土壤粒径组成??３种植物样方和裸土样方的土壤粒径组成见图２．２，可以看出，植物样方的土??壤和裸土样方的土壤的粒径组成大致相同，土壤粒径主要分布在０．０５ｍｍ以下，裸??土中的砂粒（２．０ｍｍ－０．０５ｍｍ）的土壤比有根土的多１．１倍左右，而小于０．０５ｍｍ粒??径的的土壤中，粉砂粒（０．０５ｍｍ－０．００２ｍｍ）及粘粒（＜０．００２ｍｍ）的组成均表现为??有根土所占百分数更多。??１００．００?－］?ＰＰＭ??９０．００??關?ｉ?■?■?？??粒．?ｆ?ｆ?？?０．０２－０．００２??＾?６０００?＼?０．０５－０．０２??量?５０００?■?０．２５－０．０５??＾?４０．００?－??％?＊０．５－０．２５??＾?：：圍團?＾?Ｉ）?＿．５??驅?２．０１．０??１０．００?－??０．００?－Ｉ￣￣■■■￣￣．￣￣，￣￣￣￣■￣？??裸土?旱伞草?芦苇?芦竹??图２．２裸土及有根土的粒径组成??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｏｉｌ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｉｚｅ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ??２．３．３原位剪切试验结果??如图２．３所示，根据３种植物样方和裸土样方的原位剪切试验过程中的剪切力??与对应的剪切位移，绘制出原位剪切试验的剪应力一剪切位移曲线，各样方在剪切??过程中，均表现为在一定范围中随着剪切的増加而位移有所增加。其中裸土样方最??先达到剪切力的最大值

芦竹?芦苇?旱伞草??图２．５不同植物的单位枝数的抗剪切强度??Ｆｉｇ．?２．５?Ａｎｔｉ－ｓｈｅａｒ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?ｐｅｒ?ｐｌａｎｔ?ｂｒａｎｃｈ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｐｌａｎｔｓ??２０??
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本文编号：2871151