五大连池三个不同水体类型堰塞湖沉积物中趋磁细菌多样性的季节变化

发布时间：2020-07-27 07:36

【摘要】：趋磁细菌(Magnetotactic bacteria,MTB)是一类能在外磁场的作用下做定向运动并在体内形成磁小体的细菌,它主要分布于土壤、湖泊和海洋等生境中。MTB的形态多样性及系统发育多样性一直是该领域的研究热点,但是MTB的研究主要集中在淡水湖泊及海洋中,对特殊环境中存在的MTB研究较少。本文以春季、夏季、秋季和冬季的五大连池不同水体类型的火山堰塞湖一池(开放型)、药泉湖(半封闭型)、月牙泡(封闭型)沉积物中的MTB为研究对象,对四季样品中的MTB多样性变化,与环境因子之间的关系及其在湖泊的代谢途径中的功能进行研究。本文通过透射电子显微镜(TEM)对不同季节样品中MTB及磁小体的形态多样性及此磁小体排列方式进行分析。三个不同水体四季湖泊沉积物样品中MTB形态多为椭球型和球形,其中在月牙泡夏季样品中出现梭形MTB,三个湖泊的夏季与秋季样品中MTB数量明显增加,形态饱满。开放型水体样品中,MTB内的磁小体呈现分散排列的方式,半封闭型水体样品中,MTB内的磁小体呈现两端分布及单链排列的方式,封闭型水体样品中,MTB内的磁小体呈现分散排列和多链排列的方式。三种水体的湖泊中,MTB内的磁小体均以游离的球形颗粒为主。本文将磁收集、磁纯化、提取DNA及纯化后的样品进行Illumina HiSeq(高通量测序),并对测序后的数据进行Alpha多样性,Beta多样性等生物信息学分析。一池沉积物中物种丰度大于1%的菌门在春季、夏季、冬季样品中有Proteobacteria,Bacteroidetes两个,丰度大于1%的菌属是包括Acinetobacter,Comamonas。秋季Proteobacteria,为优势菌门,Methylophilus是优势菌属。其中Proteobacteria的物种丰度从春季到冬季呈现先下降后上升,再下降的趋势,Bacteroidetes的物种丰度呈现先升高后降低再升高的走势。药泉湖与月牙泡春季、夏季、冬季样品中物种丰度大于1%的菌门同样是Proteobacteria,Bacteroidetes两个,这两个优势菌门物种丰度在春,夏,冬三个季节中没有显著差异,随季节变化,总体呈现先升高后降低的趋势。药泉湖秋季样品Bacteroidetes占据优势,Methylophilus成为优势的菌属,月牙泡秋季样品Proteobacteria占据优势,从春季到冬季,其物种丰度呈现逐步升高的趋势,到冬季菌门Proteobacteria物种丰度达到最高值,其在春季与夏季两个季节物种丰度差异不显著。Bacteroidetes菌门从春季到冬季其物种丰度呈现先降低后升高的趋势,在秋季,其物种丰度最低,并且与春季,夏季,冬季样品中Bacteroidetes菌门物种丰度差异显著,Methylobacter成为优势的菌属。此外,本文对各季节湖泊的沉积物样品进行相应理化因子测定。三个湖泊的pH值稳定在6.50左右,亚铁离子、可溶性总铁、硫化物及硫酸根离子等环境因子受到季节变化的影响较大,但是春夏秋冬的季节交替,对于其变化没有明显的规律性。本文对四个季节不同水体类型的三个湖泊中MTB样品进行KEGG功能预测分析,Amino acid metabolism,Carbohydrate metabolism,Global and overview maps是MTB参与的主要代谢途径,MTB在碳氮循环中起到重要作用。本文研究的三种类型的火山堰塞湖沉积物中MTB的形态多样性及系统发育多样性随着季节更替变化类似,水体类型对MTB多样性的变化影响较小,季节的变化对MTB多样性影响较大,三个湖泊中,秋季是最适合MTB生长繁育的季节,磁小体合成量最高,物种多样性丰富,在已报导的MTB所属菌门菌属丰度较高。春季、夏季、冬季样品在MTB的系统发育多样性上相似性很高,优势菌门菌属相同。不同的物种随着春季到冬季的变化呈现不同的或升高或降低的趋势。季节变换导致MTB对自身生长所需的环境因子需求量发生改变,间接影响了每个季节的环境因子含量,尤其是铁硫等元素。综上,夏季是研究MTB形态多样性最好的季节,秋季是研究MTB系统发育多样性的最佳季节。本文考察了春夏秋冬四个季节,不同水体类型火山堰塞湖沉积物中MTB的多样性,揭示了五大连池中一池、药泉湖、月牙泡沉积物样品中MTB四个季节的形态多样性与系统发育多样性的变化,明确了三个湖泊沉积物中的MTB多样性在不同季节与环境因子(如STI、S等)之间的联系,掌握了MTB在湖泊中参与的主要代谢途径及预测其起到的功能作用。
【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q938
【图文】：

采样区,概况

2 材料与方法2.1 采样区概况及样品采集样品采集区位于五大连池中一池（48.68oN，126.19oE）、药泉湖（48.65oN，126.15oE）、月牙泡（48.75oN，126.09oE）三个湖泊。三个湖泊水体类型分别为开放型，半封闭型，封闭型。沉积物样品采集：勘测地理位置，结合前期研究数据及采样点标记，利用五点采样法进行样品的采集。利用表层沉积物采泥器采集 3 个湖泊的沉积物样品，每一个湖泊设置 3 个采样点，采集深度在 0-5cm，每一个湖泊的沉积物采样位点为 5 个，样品装入采样瓶低温避光运回实验室保存。原位湖水采集：在采样位点上方，采集湖泊水样装入封口的样品瓶中，温避光运回实验室保存。记录具体位置信息，分别在春季（3 月份）、夏季（8 月份）、秋季（10 月份）、冬季（1 月份）进行采样。

理化参数,硫元素,沉积物样品,硫酸盐

3 结果3.1 四季一池样品结果3.1.1 一池理化参数在开放型水体一池沉积物样品的四个季节中，pH 值一直稳定在 6.0 到 7.0 之间，多数情况下稳定在 6.50 左右，硫酸盐含量从春季到冬季呈现先升高后降低的趋势，硫化物的含量也呈现从春季到冬季先升高后降低的趋势，与硫酸盐不同的是，夏季与秋季样品中硫酸盐含量相似，但样品中硫化物含量秋季明显高于夏季。此外，一池沉积物样品中秋季亚铁含量最高（图 c），达到了 0.6μg/g，春季样品中亚铁含量最少，只有 0.36μg/g。从春季至冬季，呈现先升高后降低的趋势。四季样品中，可溶性总铁（STI）含量变化不明显（图 d），稳定在 0.15 mg/g 至2.0 mg/g。四种理化因子在四个季节中差异不显著（P＞0.05）。

椭球,球形,形态,活跃度

五大连池三个不同水体类型堰塞湖沉积物中趋磁细菌多样性的季节变化十分重要，生境中的这两种元素含量的增长，有利于 MTB 的生长。秋季是 MTB生长最好，数量最多的一个季节，秋季之后 MTB 的活跃度渐渐下降至冬季，完成一次随季节更替的活跃度先升后降动态变化规律。此外，四季样品 pH 值未发生变化，证明季节的变化对湖泊沉积物的 pH 值影响不明显，MTB 的生长情况变化也与 pH 的变化无明显关系。3.1.2 一池 MTB 形态多样性ab

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