全氟辛酸对底泥细菌群落结构影响及指示特性的研究

发布时间：2017-10-22 23:28

  本文关键词：全氟辛酸对底泥细菌群落结构影响及指示特性的研究

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【摘要】：全氟辛酸(Perfluorooctanoic acid, PFOA)作为一种最具有代表性的有机化合物全氟化合物(Perfluoroalkyl substances, PFASs),现已被广泛用于工业,民用等生产生活领域,它是一种新型持久性有机污染物,已经在全球范围内不同环境介质中被检测出。PFOA具有的环境持久性和生物富集性已引起了科学家的广泛关注,其关于PFOA对生态系统影响的研究大多集中在针对模式生物和人体的毒性研究方面,而对微生物生态效应方面的研究少有报道。本研究从室外研究区分析和室内菌种培养两方面开展工作,探究PFOA对细菌群落结构和选出的典型菌种的影响,主要内容和结论如下所示：1.实地勘察后,选择山东省小清河这个氟化工厂分布较为集中的地区作为研究区域,在2014年4月和7月份从小清河的上游到莱州湾入海口下游处共采集10个表层河流底泥(XQ1-XQ10),应用高效液相色谱串联质谱仪(HPLC-MS/MS)监测里面所含的全氟化合物,剖析了影响细菌群落结构的多个相关环境因子,使用第二代Illumina MiSeq测序技术对细菌群落结构进行分析,采用典型对应分析的方法来确定影响细菌群落结构的最主要环境因素。探究后的结果显示,小清河流域河流表层沉积物中的PFASs有12种在不同程度上均有检出,且均以PFOA作为最主要的内容物,XQ5是生产企业排污口下游的样点其中PFOA浓度在4月和7月分别为456.2 ng·g-1和748.7 ng·g-1。Proteobacteria是4月份和7月份所有样品占主导地位的门类,硫杆菌属(Thiobacillus)在PFOA浓度低时数量较少,在PFOA浓度高时数量较高且成为优势菌种,初步证明Thiobacillus是PFOA污染响应的敏感菌种或抗性菌种。PFOA是影响小清河4月份细菌群落结构的主要因子,与该流域细菌群落的丰富度和均匀度呈显著负相关。影响7月份该区域细菌群落结构的环境因子尚不明确有待进一步研究。2.选择硫杆菌属(Thiobacillus)中的排硫硫杆菌(T. thioparus)和脱氮硫杆菌(T. denitrificans)作为模式菌种,测定10种不同PFOA浓度下两种细菌的生长曲线和pH变化,同时监测一个生长周期后培养基中PFOA残存量。试验结果表明,T. thioparus在不同PFOA浓度下其生长表现出显著地规律性促进作用,可以作为PFOA污染的敏感菌种。10种不同浓度PFOA均不会影响两种细菌培养基中pH的变化,进一步说明PFOA并未参与细菌的代谢过程。培养一个生长周期后,T. thioparus和T. denitrificans培养基中PFOA的残存率分别为73.2%-78.9%和81.0%-86.5%,说明T. thioparus能更有效降低培养基中PFOA的含量,其对治理PFOA污染水体有着重要的生态学意义。
【关键词】：全氟辛酸 细菌群落 冗余分析 排硫硫杆菌 脱氮硫杆菌
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X172;X52
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1. 引言10-22
• 1.1. 全氟辛酸(PFOA)概述10-15
• 1.1.1. PFOA的理化性质10-11
• 1.1.2. PFOA的来源,分布和特点11-12
• 1.1.3. PFOA的污染现状12-14
• 1.1.3.1. 水体12-13
• 1.1.3.2. 固体介质(沉积物、土壤和污泥)13
• 1.1.3.3. 大气13-14
• 1.1.3.4. 生物14
• 1.1.4. 世界各国对PFOA的限制和减排行动14-15
• 1.2. 全氟辛酸的毒性效应研究现状15
• 1.3. 全氟辛酸与细菌相互作用关系15-17
• 1.4. 细菌群落多样性的分析方法17-19
• 1.4.1. 传统的细菌分离培养法17
• 1.4.2. BIOLOG法17
• 1.4.3. 磷脂脂肪酸法(PLEA)17-18
• 1.4.4. 现代分子生物学方法18-19
• 1.5. 选题的意义与目的19-20
• 1.6. 研究内容与技术路线20-22
• 2. 沉积物中PFASs和物理化学性质的测定22-38
• 2.1. 研究区域概况及样品采集22-23
• 2.1.1. 研究区域概况及样地设计22
• 2.1.2. 样品的采集22-23
• 2.2. 沉积物中全氟化合物(PFASs)的测定23-32
• 2.2.1. 实验材料与仪器23-24
• 2.2.1.1. 主要试剂与材料23
• 2.2.1.2. 主要实验仪器23-24
• 2.2.1.3. 标准样品24
• 2.2.2. 实验方法24-27
• 2.2.2.1. 样品预处理24-25
• 2.2.2.2. 仪器条件25-26
• 2.2.2.3. 质量保证与质量控制26-27
• 2.2.2.4. 统计方法27
• 2.2.3. 结果与讨论27-32
• 2.2.3.1.4 月份小清河PFASs含量及组成特征27-29
• 2.2.3.2.7 月份小清河PFASs含量及组成特征29-32
• 2.2.4. 小结32
• 2.3. 沉积物中物理化学性质的测定32-38
• 2.3.1. 沉积物理化性质测定方法32-33
• 2.3.2. 结果与讨论33-37
• 2.3.2.1.4 月份沉积物环境因子特征33
• 2.3.2.2.7 月份沉积物环境因子特征33-34
• 2.3.2.3.4 月份环境因子间相关性分析34-37
• 2.3.2.4.7 月份环境因子间相关性分析37
• 2.3.3. 小结37-38
• 3. 小清河沉积物细菌群落多样性分析38-52
• 3.1. 实验材料与仪器38
• 3.2. 实验方法38-39
• 3.2.1. 沉积物样品DNA的提取38
• 3.2.2. 16s RDNA-V4区的PCR扩增和产物纯化38
• 3.2.3. 16s RDNA文库构建和测序38-39
• 3.2.4. 生物信息分析流程39
• 3.3. 4 月份沉积物细菌高通量测序分析结果与讨论39-46
• 3.3.1. 细菌丰度39-41
• 3.3.2. 细菌在门和纲水平上的群落组成41-43
• 3.3.3. 细菌在属水平上的群落组成43-44
• 3.3.4. 环境因子与细菌群落关系分析44-46
• 3.4.7 月份沉积物细菌高通量测序分析结果与讨论46-49
• 3.4.1. 细菌丰度46-47
• 3.4.2. 细菌群落结构组成47-49
• 3.4.3. 环境因子与细菌群落关系分析49
• 3.5. 小结49-52
• 3.5.1.4 月份沉积物细菌高通量测序分析小结49-50
• 3.5.2.7 月份沉积物细菌高通量测序分析小结50-52
• 4. PFOA对T. thioparus和T. denitrificans生长的影响52-60
• 4.1. 材料与方法53-54
• 4.1.1. 供试菌种53
• 4.1.2. 液体培养基配方53
• 4.1.3. 实验仪器与试剂53
• 4.1.3.1. 主要试剂和材料53
• 4.1.3.2. 主要实验仪器53
• 4.1.4. 实验设计53-54
• 4.1.5. 样品的测定与数据分析54
• 4.2. 结果与讨论54-58
• 4.2.1. 不同PFOA浓度下排硫硫杆菌(thiobacillus thioparus)生长曲线的测定54-55
• 4.2.2. 不同PFOA浓度下脱氮硫杆菌(thiobacillus denitrificans)生长曲线的测定55-56
• 4.2.3. 排硫硫杆菌和脱氮硫杆菌在培养过程中的pH变化56-57
• 4.2.4. 排硫硫杆菌和脱氮硫杆菌培养基中PFOA的残存量57-58
• 4.3. 小结58-60
• 5. 结论与展望60-62
• 5.1. 结论60
• 5.1.1. PFOA对小清河沉积物细菌群落结构的影响60
• 5.1.2. PFOA对T. thioparus和T. denitrificans生长的影响60
• 5.2. 创新点60-61
• 5.3. 展望61-62
• 参考文献62-74
• 个人简介74-76
• 导师简介76-78
• 致谢78

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