基于高通量测序的东湖不同富营养化区域细菌群落结构研究

摘要

细菌是湖泊生态系统物质循环和能量流动的主要驱动力，与水体富营养化和蓝藻水华的爆发息息相关。本文以典型的富营养化湖泊——东湖作为研究样本，采用高通量测序技术，在2016年4月到2017年3月，对东湖2个不同富营养化区域（官桥湖区和海洋世界区，简称H区和L区）水体和底泥中细菌的种类、群落结构、相对丰度进行了为期一年的研究，以揭示东湖不同富营养化程度区域细菌多样性随时间的演替及与环境因子的关系，主要研究结果如下:
　　(1)在H区水体、L区水体、H区底泥、L区底泥全年的样品中分别获得4368、4779、5181、5251个OTUs，说明东湖的细菌物种丰富，且底泥细菌的物种数高于水体;与富营养化程度较高的H区相比，在富营养化程度较低的L区，其水体和底泥的细菌物种数更多。两个区域水体和底泥的细菌多样性差异较大，水体的细菌多样性在春夏季节是L区高于H区，秋冬季节则是H区较高;底泥的细菌多样性除少数月份无显著差异外，其余月份L区均高于H区。
　　(2)H区和L区细菌的优势门类基本相同，在水体中，放线菌门(Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和蓝藻门（Cyanobacteria）是主要优势门;在底泥中，变形菌门的含量最高，其次是绿弯菌门（Chloroflexi）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）。2个区域水体细菌的相对丰度随时间的变化出现差异，其中放线菌门、拟杆菌门（Bacteroidetes）、浮霉菌门（Planctomycetes）在H区水体随时间的波动更明显。在底泥每个月的样品中，绿弯菌门在H区的相对丰度均显著大于L区，相反，硝化螺旋菌门和酸杆菌门(Acidobacteria)在L区的含量较高，这可能是细菌群落对东湖富营养化的响应。
　　(3)属水平细菌的多样性很高，其中包含大量的未分类细菌和未培养细菌，说明东湖生态系统中蕴含着许多潜在的新物种。在不同区域，对细菌群落的动态变化贡献较大的物种也不相同。在水体中，H区为CL500-29 marine group、CL500-3、微囊藻属（Microcystis）和Synechococcus sp.PS717;L区为CL500-3、CL500-29 marinegroup以及黄杆菌属（Flavobacterium）;在底泥中，H区为脱氯单胞菌属（Dechloromonas）、Desulfatiglans和硫杆菌属（Thiobacillus）;L区为硝化螺菌属（Nitrospira）。
　　(4)细菌与环境因子的RDA分析结果表明，在水体中，温度和Chl-a是影响两个区域细菌群落结构的主要因素，NH4-N和pH分别与H区和L区的细菌群落有较强的正相关性。在底泥中，对细菌群落结构的影响最大的因素在H区为NH4-N，L区为OM，pH对2个区域均有重要影响。此外，本研究所选的其它环境因素大部分也与两个区域的细菌群落结构具有不同的相关性。

目录

声明

摘要

缩略语表

1．前言

1．1 湖泊富营养化

1．1．1 湖泊富营养的现状

1．1．2 湖泊富营养化的危害

1．1．3 湖泊富营养化的防治

1．2 细菌在湖泊生态系统中的作用

1．3 湖泊的细菌群落结构概述

1．4 细菌群落结构的研究方法和进展

1．4．1 16S rDNA克隆文库

1．4．2 变性梯度凝胶电泳

1．4．3 T-RFLP

1．4．4 高通量测序

1．5 东湖概况

1．6 研究目的与意义

1．7 课题的研究路线

2．材料和方法

2．1 材料

2．1．1 试剂与试剂盒

2．1．2 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 实验分组和样品的采集

2．2．2 水体理化指标检测方法

2．2．3 底泥理化性质检测方法

2．2．4 样品细菌基因组总DNA的提取

2．2．5 Illumina MiSeq高通量测序

2．2．6 其他数据分析

3．结果与分析

3．1 东湖的环境参数

3．1．1 水体环境参数

3．1．2 底泥环境参数

3．3．3 水体和底泥营养盐的关系

3．2 测序数据统计

3．3 共有/独有OTU分析

3．4 α-多样性分析

3．4．2 底泥的α-多样性指数

3．5 细菌的群落结构分析

3．5．1 水体细菌门水平的群落结构

3．5．2 底泥细菌门水平的群落结构

3．5．3 水体细菌属水平的群落结构

3．5．4 底泥细菌属水平的群落结构

3．6 主成分分析

3．6．1 水体细菌多样性的主成分分析

3．6．2 底泥细菌多样性的主成分分析

3．7 组内不同时间样本分类学组成的差异分析

3．7．1 水体细菌的差异分析

3．7．2 底泥细菌的差异分析

3．8 RDA分析

3．8．1 水体细菌群落组成与环境因子的相关性分析

3．8．2 底泥细菌群落组成与环境因子的相关性分析

4．讨论

4．1 东湖不同富营养化湖区水体和底泥细菌的多样性

4．2 东湖不同富营养化湖区水体和底泥细菌的群落结构

4．3 环境因子与细菌群落结构的关系

5．总结与展望

参考文献

攻读硕士期间的学术成果

致谢