乌梁素海挺水植物根系甲烷氧化和固氮菌群多样性及转录特性研究

发布时间：2022-02-19 18:00

　　挺水植物是湿地生态系统中的活跃组分,对生态与环境功能的发挥影响深远。这类植物通联水、气、固三相界面,植物体内发达的通气组织作为连通沉积物和大气的纽带,一方面可以介导大气中的氧气等进入沉积物,同时促进沉积物中产生的甲烷等温室气体扩散到大气中。而根系甲烷氧化菌对湿地甲烷排放的减少起着重要作用。目前自然湿地挺水植物根系甲烷氧化菌的研究主要在DNA水平的功能多样性,针对具生理活性的转录水平的功能研究以及碳氮耦合方面的研究鲜有报道。本文以北方富营养化的乌梁素海湿地常见三种挺水植物芦苇（Phragmites australis）、藨草（Schoenoplectus triqueter）、狭叶香蒲（Typha angustifolia）为研究对象,首先提取其根系RNA（并反转录为cDNA）,在转录水平应用克隆文库、高通量测序及宏转录组测序等技术,对根系功能菌群好氧甲烷氧化菌和固氮菌的群落结构、多样性、优势菌群的丰度等进行研究,获得如下结论:（1）基于三种植物根系DNA的16S rRNA基因高通量测序结果表明,甲烷氧化和固氮功能菌群在整个根系总细菌群落中占比,分别为0.3-0.8%和0.22-1.85... 

【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区211工程院校

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
缩略说明
第一章 绪论
    1.1 富营养化湿地乌梁素海
    1.2 乌梁素海湿地三种主要挺水植物
        1.2.1 芦苇的形态、分布和应用价值
        1.2.2 狭叶香蒲和藨草
    1.3 挺水植物及其定植微生物对湿地环境的影响
        1.3.1 对温室气体排放的影响
        1.3.2 对环境的净化和修复作用
    1.4 植物根系微生物相关研究
        1.4.1 植物根系微生物群落
        1.4.2 植物根系碳氮相关功能菌群的研究
            1.4.2.1 植物根系好氧甲烷氧化菌的相关研究
            1.4.2.2 植物根系固氮菌
        1.4.3 好氧甲烷氧化菌与氮循环
        1.4.4 根相关功能菌群的活性研究
    1.5 宏转录组技术及应用
        1.5.1 宏转录组测序与克隆子高通量测序及克隆文库方法的比较
        1.5.2 宏转录组测序技术在微生物生态方面的应用
    1.6 研究目的、意义及技术路线
第二章 材料与方法
    2.1 研究区概况
    2.2 分子生物学主要试剂及仪器
        2.2.1 主要试剂
        2.2.2 主要仪器
    2.3 引物
    2.4 样品的采集与预处理
    2.5 理化性质的测定
    2.6 乌梁素海湿地沉积物及三种挺水植物根系总DNA和 RNA提取
    2.7 可能DNA污染检测及cDNA的合成
    2.8 基于cDNA的功能基因扩增及克隆文库构建
    2.9 高通量测序流程
    2.10 基于cDNA的功能基因pmo A和 nif H的荧光定量PCR
    2.11 根系细菌宏转录组测序RNA样品的准备
    2.12 宏转录组测定
    2.13 实验数据的分析处理
第三章 乌梁素海湿地三种挺水植物根系细菌群落结构
    3.1 三种挺水植物根系细菌16SrRNA高通量测序
    3.2 三种挺水植物根系细菌群落多样性分析
        3.2.1 三种植物根系细菌ɑ多样性
        3.2.2 三种植物根系细菌β多样性
    3.3 三种挺水植物根系细菌群落组成及系统发育分析
        3.3.1 门水平细菌群落组成
        3.3.2 属水平群落结构
        3.3.3 功能菌群群落组成分析
    3.4 讨论
    3.5 小结
第四章 乌梁素海三种挺水植物根系好氧甲烷氧化菌功能群落
    4.1 基于三种挺水植物根系DNA和 cDNA的 pmo A基因的高通量测序
    4.2 DNA和 cDNA中 pmo A基因的高通量测序结果分析
        4.2.1 DNA和 cDNA水平好氧甲烷氧化菌多样性比较
        4.2.2 DNA和 cDNA水平好氧甲烷氧化菌群落结构比较
        4.2.3 三种挺水植物根系活性好氧甲烷氧化菌群落结构
    4.3 基于cDNA的 pmo A基因荧光定量PCR
        4.3.1 标准曲线绘制
        4.3.2 基于cDNA的三种挺水植物根系pmo A基因拷贝数
    4.4 讨论
    4.5 小结
第五章 乌梁素海三种挺水植物根系氮循环相关活性菌群落研究
    5.1 基于nif H的 cDNA克隆文库分析三种挺水植物根系固氮菌群落结构
        5.1.1 三种挺水植物根系总RNA提取、cDNA的合成以及目的基因nif H片段扩增
        5.1.2 三种挺水植物根系活性固氮功能菌群落结构和多样性分析
    5.2 nif H基因基于cDNA的荧光定量PCR
        5.2.1 标准曲线绘制
        5.2.2 基于cDNA的三种挺水植物根系nif H基因拷贝数
    5.3 在cDNA水平研究反硝化功能基因nir S和 nir K
        5.3.1 反硝化基因nir S的 PCR扩增
        5.3.2 反硝化基因nir K的 PCR扩增和克隆文库
    5.4 讨论
    5.5 小结
第六章 乌梁素海芦苇根系微生物宏转录组分析
    6.1 宏转录组测序和生信分析流程
    6.2 宏转录组数据分析
    6.3 宏转录组测序数据结果
        6.3.1 宏转录组测序基础数据结果
        6.3.2 基因功能(GO功能)注释
        6.3.3 KEGG代谢通路
        6.3.4 转录组物种丰度分析
            6.3.4.1 芦苇根系细菌群落结构
            6.3.4.2 碳氮相关菌群
        6.3.5 基于KEGG代谢通路中检测到具转录活性的关键基因分析根系活性菌群
            6.3.5.1 nif基因及具有其转录活性的菌群
            6.3.5.2 mcr基因及具有其转录活性的菌群
    6.4 讨论
    6.5 小结
第七章 主要结论及创新点
    7.1 主要结论
    7.2 创新之处
    7.3 研究展望
参考文献
致谢
博士期间参与课题和论文发表情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]六种挺水植物对富营养化河水氮磷净化效果研究[J]. 袁杰,董立新,杨洁,杨蔚,张艳芬.  环境科学与管理. 2017(04)
[2]维管植物对自然湿地甲烷排放的影响[J]. 段晓男,王效科,欧阳志云.  生态学报. 2005(12)



本文编号：3633363