淡水水体底泥微生物群落特征及微生物指标评价研究

发布时间：2017-10-20 13:33

  本文关键词：淡水水体底泥微生物群落特征及微生物指标评价研究

  更多相关文章： 微生物多样性 功能微生物 淡水生态系统 微生物指标 微生物评价体系

【摘要】：底泥是淡水生态系统的重要组成部分,不仅是水体环境营养盐、有机物、重金属的重要蓄积库,还是底栖生物的主要栖息场所,与上覆水进行频繁的物质和能量的交换。由于城镇化的高速发展和人为活动的干扰,污染物通过大气沉降、废水排放、雨水淋溶等多种途径进入水体,使底泥受到严重污染。一方面底泥中污染物的富集会改变底泥的微环境,最终影响微生物的群落结构和功能。另一方面微生物对污染物降解、迁移、转化,可以作为水体与底泥污染程度及受污染治理恢复状况的指示指标。生物完整性指数(Index of Biological Integrity,IBI)已被广泛运用于河流生态系统的健康评价中。然而,现存的IBI较少基于以微生物为代表的分解者的评价体系。因此,本文选取典型矿区污染湖泊、不同功能区河流和污染梯度河流为研究对象,探讨其底泥中微生物群落结构、多样性、功能微生物丰度,分析不同人为干扰对底泥微生物群落的影响,同时筛选特征微生物指标,并建立微生物生物完整性指数对水体生态健康状况进行综合评价。论文的主要内容和研究结果如下:(1)研究芬兰铜矿和镍矿附近湖泊底泥中微生物群落特征及其对重金属污染的响应。六个湖泊底泥中微生物群落结构优势菌种主要是变形菌门(Proteobacteria,20%),其他优势菌种(1-10%)有酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinomycetes)、拟杆菌门(Bacteroides),蓝藻菌(cyanobacterium)、厚壁菌门(Firmicutes)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、浮霉菌门(Planctomycetes)和疣微菌门(Verrucomicrobia)。六个湖泊样点中,清洁对照点PJ和H湖泊优势菌群群落组成结构相似较高,铜矿区附近的JS和KS群落组成结构接近,镍矿区附近LJ和毗邻铜矿停产30年的SJ群落组成结构相似。六个不同程度重金属污染湖泊底泥中,铜耐受基因copA基因拷贝数范围在1.33×106-5.34×106copies/ng,其中两个铜矿区湖泊(KS和JS)底泥copA基因丰度显著高于其他矿区湖泊底泥。对照湖泊PJ底泥中,八类功能群群占细菌总数的28.83%,其中甲烷氧化菌(8.60%)和固氮菌(18.17%)是主要的类群,存在一定的硫酸盐还原菌(0.18%)和硫氧化菌(0.24%),反硝化菌含量较少(0.01%)。地理位置较远的对照湖泊h中,这几类功能菌群共占细菌总数1.30%,而铜矿区js湖泊的底泥中功能菌群占细菌总数0.99%。其他湖泊底泥中功能类群较少,小于细菌总数0.1%。重金属污染明显影响底泥中这几类功能微生物群落的生长。典范对应分析发现影响微生物群落的显著环境因子包括ph、氨(NH_4~+-N)硝酸盐(NO~(3-))、铬(CR)、砷(AS)和硫(S)。(2)海宁市不同功能区(农业区、工业区、生活区)河流底泥中微生物群落特征研究发现,不同功能区河流底泥中的微生物群的优势种群主要是变形菌门(proteobacteria),但是优势种群和稀有种群在三个功能区流域的底泥中分布不同,互养菌门(synergistetes)和热袍菌门(thermotogae)仅在农业区存在;bd1-5、纤维杆菌门(fibrobacteres)和gouta4则仅在居住区和工业区被发现;而这五种菌属在东山桥(ds)、钓鱼台(dyt)和湿地(sd)几个样点均未发现。说明三个功能区河流流域微生物群落组成和多样性各不相同;农业区河流沉积物中氮转化过程中的功能基因(amoa、nirk、nirs和nosz)丰度相对更高,反映该区域河流底泥具有更活跃的硝化与反硝化能力,而工业区固氮作用(nifh)和甲烷氧化作用(pmoa)功能基因丰度相对更高,说明该区域河流底泥具有更活强的固氮和甲烷氧化能力;功能微生物与环境因子关系密切,产甲烷菌种与石油、硝化和反硝化菌属与氮、硫酸盐还原菌与硫化物浓度相关性较大;砷(AS)和硫化物(S~(2-))主要来源于工业区,对该功能区样点的微生物群落结构分布有显著性影响;溶解氧(DO)、砷(AS)、硫化物(S~(2-))、pH、温度(t)和石油是影响底泥的主要环境因子。aoa/aob和bgn/β指标结果说明农业区河流底泥富营养化程度最高,工业区水体水质最差。(3)宁波市不同污染梯度河流底泥的微生物群落特征研究发现,优势群落主要包括变形菌门(proteobacteria,11.5%-44.3%),酸杆菌门(acidobacteria,2.17%-19.9%),放线菌(actinobacteria,0.34%-17.1%),浮霉菌门(planctomycetes,2.48%-21.2%,和疣微菌门(verrucomicrobia,2.54%-10.9%)。底泥样品中古菌和细菌总数变化趋势一致,支流的丰度显著小于汇流的丰度,细菌总数5.37×10~3-8.91×10~6 copies/ng DNA,而古菌总数显著低于细菌总数,分布范围在4.6×10~1-2.70×10~4copies/ng DNA。分析筛选了氨氮(NH~(4+))、总氮(TN)、pH、总碳(TC)、总有机碳(TOC)、硝态氮(NO~(3-))和三价铁(Fe~(3+))七个与细菌分布有显著关系的环境因子。通过建立微生物生物完整性指标体系,发现6个相对清洁的对照点M-IBI指数基本都在Ⅰ级健康水平(西坑点Ⅱ亚健康),对照点的水体水质相对较好;而中下游的16个受损点则在M-IBI评价结果上存在一定的差异性,说明受损点受到不同类型、不同程度的干扰,最差的石山弄村样点受到附近采石场干扰,水体受损程度较大。
【关键词】：微生物多样性 功能微生物 淡水生态系统 微生物指标 微生物评价体系
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52;X172
【目录】：

• 摘要6-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-31
• 1.1 水体底泥15-20
• 1.1.1 水体底泥生态特征15-16
• 1.1.2 水体底泥污染现状16-19
• 1.1.3 水体底泥污染的生态影响19-20
• 1.2 水体底泥微生物群落20-22
• 1.2.1 水体底泥微生物生态作用20-21
• 1.2.2 水体底泥微生物多样性21
• 1.2.3 水体底泥微生物多样性影响因素21-22
• 1.3 水生生态系统生物评价指标22-25
• 1.3.1 水生生态系统健康的概念22-23
• 1.3.2 水生系统健康评价的意义23-24
• 1.3.3 国内外常用生物指标研究进展24-25
• 1.4 微生物指标评价淡水生态系统健康状况25-27
• 1.4.1 微生物指标概况25-26
• 1.4.2 分子生物学的发展26-27
• 1.5 微生物评价指标研究进展27-28
• 1.6 本研究内容和研究意义28-30
• 1.6.1 研究内容28
• 1.6.2 目的和意义28-30
• 1.7 技术路线图30-31
• 第二章 材料与方法31-41
• 2.1 水体底泥采集与样品处理31
• 2.2 底泥基本理化性质的测定31-32
• 2.3 底泥DNA的提取32-33
• 2.4 高通量测序33-35
• 2.4.1 基因组DNA的抽提33-34
• 2.4.2 PCR扩增34
• 2.4.3 荧光定量34
• 2.4.4 Miseq文库构建34
• 2.4.5 Miseq测序34-35
• 2.5 功能基因的荧光实时定量PCR扩增35-40
• 2.5.1 质粒的提取35-36
• 2.5.2 标准曲线绘制36-37
• 2.5.3 功能基因丰度测定37-40
• 2.6 数据分析40-41
• 第三章 芬兰矿区湖泊底泥中环境因子对微生物群落结构特征影响41-55
• 3.1 研究区域湖泊水体概况41-45
• 3.2 矿区湖泊底泥微生物群落结构多样性特征研究45-47
• 3.3 河流底泥微生物功能基因丰度分布特征研究47-51
• 3.3.1 Cu相关功能基因丰度分布特征研究47-48
• 3.3.2 微生物功能基因丰度分布特征研究48-51
• 3.4 微生物群落结构与相关环境因子的关系51-53
• 3.4.1 微生物群落之间相关性51-52
• 3.4.2 微生物与环境因子之间关系52-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 海宁市不同类型区域河流底泥微生物群落结构特征研究55-70
• 4.1 研究区域河流水体的概况55-58
• 4.2 不同类型河流底泥微生物群落结构多样性特征58-61
• 4.3 河流底泥微生物功能基因丰度分布特征61-63
• 4.3.1 C循环相关基因丰度61
• 4.3.2 N循环相关基因丰度61-63
• 4.3.3 S循环相关基因丰度63
• 4.4 微生物群落结构与相关环境因子的关系63-67
• 4.5 结果讨论67-68
• 4.5.1 人类活动对微生物群落结构的影响67-68
• 4.5.2 水体水质微生物指标及其应用68
• 4.6 小结68-70
• 第五章 建立微生物生物完整性指标评价河流水体生态健康状况——以宁波境内河流为例70-87
• 5.1 研究区域河流水体的概况71-73
• 5.2 河流水体微生物群落特征73-79
• 5.2.1 微生物群落结构分析73-74
• 5.2.2 功能微生物丰度分析74-79
• 5.3 河流水体健康微生物指标体系的建立79-84
• 5.3.1 微生物指标的初选79-82
• 5.3.2 微生物指标的筛选82-83
• 5.3.3 微生物生物完整性指标体系的建立83-84
• 5.4 结果与讨论84-87
• 5.4.1 M-IBI评价结果84-85
• 5.4.2 讨论与小结85-87
• 第六章 结论与展望87-89
• 6.1 结论87
• 6.2 展望87-89
• 参考文献89-97
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文97-98
• 作者在攻读硕士学位期间所作的项目98-99
• 致谢99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 宋兆齐;王莉;刘秀花;梁峰;;云南和西藏四处热泉中的厚壁菌门多样性[J];生物技术;2015年05期

2 鲍林林;陈永娟;王晓燕;;北运河沉积物中氨氧化微生物的群落特征[J];中国环境科学;2015年01期

3 张颖;胡金;万云;刘其根;查玉婷;孙月娟;胡忠军;;基于底栖动物完整性指数B-IBI的淮河流域水系生态健康评价[J];生态与农村环境学报;2014年03期

4 宋长青;吴金水;陆雅海;沈其荣;贺纪正;黄巧云;贾仲君;冷疏影;朱永官;;中国土壤微生物学研究10年回顾[J];地球科学进展;2013年10期

5 黄艺;舒中亚;;基于浮游细菌生物完整性指数的河流生态系统健康评价——以滇池流域为例[J];环境科学;2013年08期

6 任丽娟;何聃;邢鹏;王毓菁;吴庆龙;;湖泊水体细菌多样性及其生态功能研究进展[J];生物多样性;2013年04期

7 邓文丽;刘均平;王晓星;杜桂森;洪剑明;;北京野鸭湖浮游植物群落结构与水质关系研究[J];湿地科学;2013年01期

8 杜萍;刘晶晶;沈李东;胡宝兰;曾江宁;陈全震;寿鹿;廖一波;;Biolog和PCR-DGGE技术解析椒江口沉积物微生物多样性[J];环境科学学报;2012年06期

9 阮仁良,屠鹤鸣,蔡肖月,朱威;太浦河开通对上海市水环境的影响[J];环境科学研究;1999年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 张雅琳;硫酸盐还原菌处理低浓度含铜废水的研究[D];昆明理工大学;2015年

2 姚丽平;城市黑臭河道底泥微生物群落结构对人工曝气的响应特征及机理研究[D];华东师范大学;2014年

3 赵雪枫;泸沽湖温度分层季节变化及其环境效应[D];暨南大学;2014年

4 戴昕;好氧颗粒污泥工艺运行过程重要功能菌群研究[D];浙江大学;2014年

5 闫苗章;淹水培养过程中水稻土Fe-氢酶微生物多样性及丰度分析[D];西北农林科技大学;2013年

6 刘亚君;生物除铁除锰滤池工程调试及锰氧化菌的多样性研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

7 李恋;菊酯降解菌株JZL-3与甲基营养型菌株JZL-4的分离、鉴定及生物学特性研究[D];南京农业大学;2010年

8 朱英;河流生态健康评价中生物指标的研究与应用[D];华东师范大学;2008年

9 王俊华;水生植物和放线菌对皂河污水的净化研究[D];西北农林科技大学;2007年

，

本文编号：1067424