洪湖沉积物中微生物群落结构的垂直分布

论文摘要

洪湖是长江中上游典型的过水型湖泊,受长江水系的影响较大。本实验截取一个长72 cm的沉积柱,测定了沉积物主要理化性质的垂直变化。通过16S rDNA与反转录16S rRNA及rDNA内转录间隔区（ITS）的变性梯度凝胶电泳（DGGE）对细菌、古菌和真菌群落结构的垂直分布进行了分析。结果显示,pH值、含水量和总磷（TP）随深度没有明显变化,总碳（TC）、总有机碳（TOC）和总氮（TN）的含量在20 cm-25 cm之间出现最大值。细菌和古菌群落结构随深度有明显变化,它们大部分样品rDNA与反转录rRNA的DGGE条带差别不大。群落结构的垂直变化都以32 cm为分界点,上下DGGE聚类分析各聚为一类。细菌rDNA与rRNA的Shannon-Weaver index （H’）在32 cm以上随深度而减小,32 cm以下有定波动；古菌H’的变化与之相反。真菌DGGE条带以14 cm-18 cm为过渡,在2cm-14 cm和14 cm-72 cm之间存在差异,H’随深度有一定波动。聚类时上层2cm-18 cm聚在一起,中下层18 cm-72 cm以不同的小类聚在一起。微生物类群系统发育分析表明,细菌主要类群包括变形菌门（Proteobacteria）,酸杆菌门（Acidobacteria）,放线菌门（Actinobacteria）,脱铁杆菌门（Deferribacteres）,厚壁菌门（Firmicutes）和疣微菌门（Verrucomicrobia）。其中,β-变形杆菌数量最多。古菌主要类群包括泉古菌门（Crenarchaeota）和广古菌门（Euryarchaeota）,均是未培养的类群或克隆子。真菌主要类群属于子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）,子囊菌门是真菌的主导类群。子囊菌门包括酵母菌亚门（Saccharomycotina）和盘菌亚门（Pezizomycotina）;担子菌门包括异担子菌纲（Heterobasidiomycetes）,黑粉菌纲（Ustilaginomycetes）和未分类的担子菌（unclassified Basidiomycota）。综上所述,洪湖沉积物中细菌和古菌主要以现存有活性的类群为主,群落结构表现出明显的垂直变化。古菌类群多样性与营养元素TC、TOC和TN及含水量明显正相关,细菌rDNA水平的类群多样性与含水量和TP正相关,细菌rRNA水平类群多样性与pH值负相关。真菌类群多样性主要与深度有关,而受沉积物主要理化性质的影响不明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 湖泊沉积物简介
• 1.2 湖泊沉积物中微生物类群组成
• 1.2.1 湖泊沉积物中细菌类群组成
• 1.2.2 湖泊沉积物中古菌类群组成
• 1.2.3 湖泊沉积物中真菌类群组成
• 1.3 湖泊沉积物中微生物群落结构的垂直分布
• 1.4 湖泊沉积物中微生物在地球化学循环中的作用
• 1.5 湖泊沉积物中微生物类群多样性的研究方法
• 1.5.1 基于微生物纯培养的方法
• 1.5.2 分子生物学的研究方法
• 1.6 洪湖研究概况
• 1.7 研究目的和意义
• 第二章 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 样品的采集与处理
• 2.1.2 主要的仪器和设备
• 2.1.3 主要试剂与溶液
• 2.1.3.1 所用试剂及生产公司
• 2.1.3.2 培养基及溶液配置
• 2.1.3.3 引物及序列
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 样品理化性质的测定
• 2.2.1.1 含水量的测定
• 2.2.1.2 pH值的测定
• 2.2.1.3 总碳、总有机碳、总氮和总磷的测定
• 2.2.2 样品总DNA和总RNA的提取
• 2.2.2.1 样品总DNA的提取
• 2.2.2.2 样品总RNA的提取及cDNA的合成
• 2.2.3 细菌16S rDNA与反转录16S rRNA的巢氏PCR
• 2.2.3.1 16S rDNA的巢氏PCR
• 2.2.3.2 反转录16S rRNA的巢氏PCR
• 2.2.4 古菌16S rDNA与反转录16S rRNA的巢氏PCR
• 2.2.4.1 16S rDNA的巢氏PCR
• 2.2.4.2 反转录16S rRNA的巢氏PCR
• 2.2.5 真菌rDNA内转录间隔区（ITS）的巢氏PCR
• 2.2.6 PCR产物纯化
• 2.2.7 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
• 2.2.8 DGGE条带的回收与测序
• 2.2.8.1 DGGE条带切胶回收与扩增
• 2.2.8.2 PCR产物与载体的连接
• 2.2.8.3 转化
• 2.2.8.4 阳性克隆子的验证
• 2.2.8.5 测序
• 2.2.9 DGGE条带的系统发育分析
• 第三章 结果与分析
• 3.1 样品主要理化性质
• 3.2 总DNA和总RNA的提取及PCR扩增
• 3.2.1 细菌16S rDNA与反转录16S rRNA的巢氏PCR
• 3.2.2 古菌16S rDNA与反转录16S rRNA的巢氏PCR
• 3.2.3 真菌rDNA内转录间隔区ITS的巢氏PCR
• 3.3 细菌群落结构的垂直变化及DGGE条带的系统发育分析
• 3.3.1 DGGE图谱及回收条带的系统发育分析
• 3.3.2 多样性指数和DGGE图谱的聚类分析
• 3.4 古菌群落结构的垂直变化及DGGE条带的系统发育分析
• 3.4.1 DGGE图谱及回收条带的系统发育分析
• 3.4.2 多样性指数和DGGE图谱的聚类分析
• 3.5 真菌群落结构的垂直变化及DGGE条带的系统发育分析
• 3.5.1 DGGE图谱及回收条带的系统发育分析
• 3.5.2 多样性指数及DGGE图谱的聚类分析
• 第四章 讨论
• 4.1 沉积物中微生物群落结构的垂直分布
• 4.1.1 细菌和古菌群落结构的垂直分布
• 4.1.2 真菌群落结构的垂直分布
• 4.2 微生物群落结构与沉积物主要理化性质的关系
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表及整理的文章