长江口低氧区表层沉积物中微生物群落及phoD碱性磷酸酶基因的时空变化

发布时间：2020-06-09 07:29

【摘要】：为研究海洋解磷菌的解磷机理,丰富海洋解磷微生物的研究,进一步研究环境因子对海洋磷细菌多样性的影响。本论文通过研究温度对解磷菌phoD碱性磷酸酶基因表达的影响,推断环境因子影响下解磷菌phoD基因表达的差异。同时采用高通量技术研究长江口表层沉积物中微生物及phoD碱性磷酸酶基因多样性,并分析了pH、溶氧、温度、磷浓度等环境因子与微生物群落及解磷细菌基因多样性的相关性。主要结果如下:1.以长江口表层沉积物为研究对象,基于16S rRNA基因的高通量测序技术,研究长江口表层沉积物夏季的微生物的种群分布及多样性,对各取样点微生物的种群分布及多样性与温度、pH值、DO浓度、有机磷浓度和无机磷浓度环境因子进行冗余分析。结果表明,从门水平来看,长江口沉积物中多样性最丰富的为变形菌门(Proteobacteria),其次为酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。从纲水平来看,优势微生物主要是Gammaproteobacteria和Deltaproteobacteria。从属水平来看,沉积物中Woeseia占优势。由冗余分析可得,A4-5、A5-4、D3、A2-5、E3、B1主要与IP浓度相关;A6-7、A6-6、A2-4、A1-3、C2、A6-3、A2-6、A3-8、E3、A6-7、A6-6、A2-4、A1-3、C2、A6-3、A2-6、A3-8皆与pH和DO浓度相关。F2、H2、G1、A2-3主要与OP浓度和温度相关。长江口表层沉积物大部分微生物群落结构与磷浓度、温度、DO浓度具有明显的相关性,长江口沉积物中微生物种群组成及与多样性与多种环境因子都具有相关性。掌握长江口表层沉积物微生物的分布及相对丰度,为进一步研究海洋生态环境提供参考。2.以长江口表层沉积物为研究对象,基于高通量测序技术,研究夏季长江口表层沉积物微生物的phoD碱性磷酸酶基因多样性,对各站位phoD碱性磷酸酶多样性与温度、pH值、DO浓度、磷浓度环境因子进行冗余分析。结果表明,长江口表面沉积物中phoD碱性磷酸酶基因主要来源于Cupriavidus、Collimonas等属的细菌,而Cupriavidus属的碱性磷酸酶基因在文库中含量最高,占文库的40.8%。G1站位的多样性均高于其他站位。研究表明,长江口表层沉积物微生物的phoD碱性磷酸酶基因具有较高的多样性,可能在长江口表层沉积物的磷转化、循环过程中有重要的作用。由冗余分析(Redundancy analysis,RDA)结果可得,pH和DO浓度呈明显的正相关;有机磷浓度与温度呈明显的正相关。长江口含phoD碱性磷酸酶基因的微生物种群多样性与多种环境因子均具有相关性。A5-5、B1、A5-4、E3主要与IP浓度相关;A4-5、A6-7、C2、A6-3、A1-3、A3-8、A2-4、A2-6、A4-5、A6-7、C2、A2-4、A1-3、C2、A6-3、A2-6、A3-8皆与PH和DO浓度相关。H2、A2-3、F2、G1主要与OP浓度和温度相关。其中,A6-6、A2-5、D3在靠近两个排序轴交点的位置,说明该站位包含phoD碱性磷酸酶基因的微生物在调查期间普遍存在。长江口表层沉积物微生物的phoD碱性磷酸酶基因具有较高的多样性,这些基因编码的碱性磷酸酶可能在长江口表层沉积物的磷转化过程中有重要的作用。冗余分析(Redundancy analysis,RDA)表明环境因子是影响长江口不同站位沉积物含phoD碱性磷酸酶微生物群落结构及多样性变化的重要影响因素。因此,监测长江口流域的环境因子,有利于掌握长江口含解磷基因微生物的群落结构,为进一步研究海洋环境中磷的转化循环等提供参考。3.本文采用卵磷脂平板,根据菌体周围是否有解磷圈,从长江口表层沉积物7个站位样本中共分离获得172株有机磷细菌,经过16S rRNA基因测序比对和系统发育分析得出,分属于8个属,26个种。菌属数量最多的是弧菌属(Vibrio),其次是芽孢杆菌属(Bacillus);种数类别最多的菌属是弧菌属(Vibrio),其次是芽孢杆菌属(Bacillus)。这说明,在长江口表层沉积物中的有机磷细菌存在着较为丰富的种群多样性,且对长江口水域中有机磷的转化循环起着重要的作用。4.以解磷菌YCWA18作为实验菌株,设置不同培养温度条件,以16S为内参基因,以解磷菌phoD为目的基因,运用荧光定量PCR技术检测phoD相关基因在不同生长温度条件下的表达量,用ΔΔCt法计算基因表达差异。结果表明,解磷菌phoD基因在20℃表达量最高,其次在37℃表达量较高,由此暗示在20℃条件下,海洋环境中的解磷菌有较强的解磷能力。
【图文】：

长江口,取样点,站位,长江口沉积物

第 2 章基于高通量测序的长江口表层沉积物微生物多样性研究微生物在长江口生态系统中具有重要的生态功能，本研究以长江口 19 个站沉物为样本，基于 16S rRNA 基因的高通量测序技术，对获得的 OTU 代表性列进行物种注释，并对微生物的 16S rRNA 基因序列进行系统发育分析，此研究了环境因子与长江口沉积物微生物群落结构特征的相关性。本研究旨在解长江口沉积物中微生物多样性、群落结构及其与环境影响因子之间的关系，海洋环境中磷的转化和循环具有重要的指导意义。2.1 材料与方法.1.1 样品采集

曲线,站位,曲线,物种

A6-6 22.8 3.97 7.94 42.28 A6-7 20.9 3.21 7.94 37.84 B1 27.3 6.16 8.09 84.41 C2 27.2 6.76 8.13 42.94 D3 20.6 1.14 7.74 49.55 E3 22.8 1.94 无 63.43 F2 25.1 1.57 7.88 43.18 G1 29.6 6.80 8.24 62.16 H2 26.3 3.14 7.96 58.29 结果及序列深度验证曲线用来评价测序量是否足以覆盖样品所有种群。曲线越趋于量足够大，可以反应样品中大多数的微生物物种信息。由图 2.2稀释曲线均基本达到一个平缓的状态，由此可以说明测序量达验结果对大多数的物种具有代表性。
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q938;Q933

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