东南极冰川边缘土壤中微生物研究及地表常压环境来源嗜压菌研究
发布时间：2021-04-14 13:59
冰冻圈是地球上重要的生态系统,覆盖了地球表面积的11%,包括南极大陆冰盖、北极多温型冰川、北冰洋海冰和高海拔地区山地冰川等。全球气候变化引起的极地冰川消融对冰冻圈生态系统影响越来越大。虽然这些环境条件极端,但在冰川表面、冰缝隙、冰下沉积物、冰下湖中,都栖息有类群丰富、代谢活跃的微生物,对全球碳通量和元素循环影响重大。而在全球变暖的背景下,冰川消融引起微生物栖居环境的变化如何影响微生物群落和代谢活性却并未研究清楚。尤其在南极冰盖下,限制于在极端恶略条件下取样和测定的难度,微生物如何调整群落构成来适应冰川消融的影响,以及对全球气候变暖有显著影响的微生物产甲烷过程如何响应气温升高和营养元素变化研究较少,仍旧有很多未知。这些知识上的欠缺导致难以准确预测气候变化造成极地微生物的响应,更难以准确评估极地广袤冰川下微生物对碳通量的影响。本研究从东南极冰盖边缘这一冰下环境窗口处取得土壤样品,具体在群落构成和代谢活性两个层面研究气候变暖对极地微生物的影响:1)冰川边缘处土壤中微生物对于冰的覆盖与否在群落结构层面的响应是什么?2)冰川下沉积物中产甲烷过程如何响应温度和底物的变化?在气候变化影响群落构成方面...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
第1章 极地冰川边缘土壤中微生物研究进展
1.1 冰冻圈生态系统研究进展
1.1.1 冰冻圈生态系统
1.1.2 冰冻圈重要性与气候变化
1.2 冰川前沿研究方法
1.2.1 极地冰下环境样品采样策略、技术及重大项目进展
1.2.2 高通量测序技术-解析微生物群落结构
1.2.3 宏基因组测序技术-解析群落代谢潜能
1.2.4 实验室低温模拟培养技术-检测微生物代谢活性
1.3 本文的研究意义和目标
第2章 冰川前沿土壤中微生物群落在冰川消融初期的变化特点
2.1 前言
2.2 实验材料与方法
2.2.1 样品采集
2.2.2 理化参数分析和DNA提取
2.2.3 细菌16SrRNA基因拷贝数确定
2.2.4 细菌16SrRNA基因高通量测序
2.2.5 古菌16SrRNA基因高通量测序和拷贝数确定
2.2.6 高通量测序数据分析和群落组成比较
2.3 实验结果
2.3.1 理化参数
2.3.2 古菌群落结构
2.3.3 细菌群落结构
2.4 讨论
2.4.1 冰川前沿土壤对气候变化敏感
2.4.2 高丰度和低丰度细菌群落特点
2.4.3 冰厚影响群落结构
2.4.4 冰川前沿土壤中细菌群落功能性和稳定性
2.5 本章总结与展望
第3章 冰下土壤中产甲烷通路研究
3.1 前言
3.2 实验材料与方法
3.2.1 样品采集
3.2.2 理化参数分析
3.2.3 总DNA提取
3.2.4 产甲烷菌群落结构分析
3.2.5 产甲烷活性检测
3.2.6 产甲烷菌数量检测
3.2.7 细菌和古菌16S rRNA基因高通量测序、分析
3.2.8 宏基因组分析
3.3 实验结果
3.3.1 理化参数
3.3.2 细菌群落
3.3.3 古菌群落
3.3.4 产甲烷活性
3.3.5 冰下沉积物中宏基因组研究
3.4 讨论
3.4.1 冰下沉积物中微生物群落结构
3.4.2 产甲烷底物对活性的影响
3.4.3 温度对产甲烷活性的影响
3.4.4 冰川下产甲烷过程模型
3.4.5 极地甲烷产生和释放评估
3.5 本章总结与展望
第4章 嗜压菌研究绪论
4.1 研究进展
4.1.1 深部生物圈重要性
4.1.2 嗜压菌类群
4.1.3 嗜压微生物研究方法和设备
4.1.4 压力适应性研究进展
4.2 本文研究意义、目标和技术路线
第5章 常压环境来源的嗜压菌特性研究
5.1 前言
5.2 实验材料与方法
5.2.1 菌株培养
5.2.2 菌株16S rRNA基因分析
5.2.3 全基因组测序分析
5.2.4 Sporosarcina psychrophila DSM6497形态分析
5.2.5 Sporosarcina psychrophila DSM6497蛋白质组分析
5.3 实验结果分析
5.3.1 生理特点和类群分析
5.3.2 基因组分析
5.3.3 S.psychrophila DSM6497在高离散剂条件下的形态变化
5.3.4 S.psychrophila DSM6497的蛋白质组分析
5.4 讨论
5.5 本章总结与展望
第6章 全文总结
6.1 本研究的主要结论
6.1.1 冰川前沿土壤中细菌群落结构特点
6.1.2 冰川下沉积物中甲烷代谢特点
6.1.3 地表常压环境来源嗜压菌特点
6.2 本研究的创新点
6.2.1 采用新思路研究不同丰度细菌类群在冰川消融初始阶段的变化特点
6.2.2 采用活性检测结合多层次群落分析研究冰下沉积物中甲烷产生特点
6.2.3 地表常压环境发现嗜压菌,扩大了嗜压菌类群和分布环境
6.3 研究展望
6.3.1 更准确预测冰川消融对冰前土壤中微生物群落的影响
6.3.2 更准确评估东南极冰川下沉积物中甲烷通量及与全球变暖的关系
6.3.3 采用新的策略分离、研究和利用嗜压菌
参考文献
附录
学术论文和科研成果
致谢
本文编号：3137444
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
第1章 极地冰川边缘土壤中微生物研究进展
1.1 冰冻圈生态系统研究进展
1.1.1 冰冻圈生态系统
1.1.2 冰冻圈重要性与气候变化
1.2 冰川前沿研究方法
1.2.1 极地冰下环境样品采样策略、技术及重大项目进展
1.2.2 高通量测序技术-解析微生物群落结构
1.2.3 宏基因组测序技术-解析群落代谢潜能
1.2.4 实验室低温模拟培养技术-检测微生物代谢活性
1.3 本文的研究意义和目标
第2章 冰川前沿土壤中微生物群落在冰川消融初期的变化特点
2.1 前言
2.2 实验材料与方法
2.2.1 样品采集
2.2.2 理化参数分析和DNA提取
2.2.3 细菌16SrRNA基因拷贝数确定
2.2.4 细菌16SrRNA基因高通量测序
2.2.5 古菌16SrRNA基因高通量测序和拷贝数确定
2.2.6 高通量测序数据分析和群落组成比较
2.3 实验结果
2.3.1 理化参数
2.3.2 古菌群落结构
2.3.3 细菌群落结构
2.4 讨论
2.4.1 冰川前沿土壤对气候变化敏感
2.4.2 高丰度和低丰度细菌群落特点
2.4.3 冰厚影响群落结构
2.4.4 冰川前沿土壤中细菌群落功能性和稳定性
2.5 本章总结与展望
第3章 冰下土壤中产甲烷通路研究
3.1 前言
3.2 实验材料与方法
3.2.1 样品采集
3.2.2 理化参数分析
3.2.3 总DNA提取
3.2.4 产甲烷菌群落结构分析
3.2.5 产甲烷活性检测
3.2.6 产甲烷菌数量检测
3.2.7 细菌和古菌16S rRNA基因高通量测序、分析
3.2.8 宏基因组分析
3.3 实验结果
3.3.1 理化参数
3.3.2 细菌群落
3.3.3 古菌群落
3.3.4 产甲烷活性
3.3.5 冰下沉积物中宏基因组研究
3.4 讨论
3.4.1 冰下沉积物中微生物群落结构
3.4.2 产甲烷底物对活性的影响
3.4.3 温度对产甲烷活性的影响
3.4.4 冰川下产甲烷过程模型
3.4.5 极地甲烷产生和释放评估
3.5 本章总结与展望
第4章 嗜压菌研究绪论
4.1 研究进展
4.1.1 深部生物圈重要性
4.1.2 嗜压菌类群
4.1.3 嗜压微生物研究方法和设备
4.1.4 压力适应性研究进展
4.2 本文研究意义、目标和技术路线
第5章 常压环境来源的嗜压菌特性研究
5.1 前言
5.2 实验材料与方法
5.2.1 菌株培养
5.2.2 菌株16S rRNA基因分析
5.2.3 全基因组测序分析
5.2.4 Sporosarcina psychrophila DSM6497形态分析
5.2.5 Sporosarcina psychrophila DSM6497蛋白质组分析
5.3 实验结果分析
5.3.1 生理特点和类群分析
5.3.2 基因组分析
5.3.3 S.psychrophila DSM6497在高离散剂条件下的形态变化
5.3.4 S.psychrophila DSM6497的蛋白质组分析
5.4 讨论
5.5 本章总结与展望
第6章 全文总结
6.1 本研究的主要结论
6.1.1 冰川前沿土壤中细菌群落结构特点
6.1.2 冰川下沉积物中甲烷代谢特点
6.1.3 地表常压环境来源嗜压菌特点
6.2 本研究的创新点
6.2.1 采用新思路研究不同丰度细菌类群在冰川消融初始阶段的变化特点
6.2.2 采用活性检测结合多层次群落分析研究冰下沉积物中甲烷产生特点
6.2.3 地表常压环境发现嗜压菌,扩大了嗜压菌类群和分布环境
6.3 研究展望
6.3.1 更准确预测冰川消融对冰前土壤中微生物群落的影响
6.3.2 更准确评估东南极冰川下沉积物中甲烷通量及与全球变暖的关系
6.3.3 采用新的策略分离、研究和利用嗜压菌
参考文献
附录
学术论文和科研成果
致谢
本文编号：3137444
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