干扰-沉积物再悬浮对浮游细菌群落结构和多样性的影响

摘要

浮游细菌在水生生态系统的物质循环和能量流动中具有重要作用：一方面，细菌分解有机物释放能量，为消费者；另一方面，它能利用真核藻类无法吸收利用的可溶性有机物，将之转化为颗粒有机物进行二次生产，此时细菌又表现为生产者。由于环境中的细菌存在不同程度的复苏障碍，传统的分离纯培养的方法制约着人们对环境中细菌生态学、多样性和生态功能等的研究。分子生物学技术应用于生态学研究以来，特别是基于免培养的方法的运用使传统微生物生态学研究有了长足的发展，使微生物生态学理论更加接近其自然本质。
　　 本研究通过微宇宙的原位模拟实验，采用末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism, T-RFLP)和变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis, DGGE)两种分子生态学常用方法探讨沉积物再悬浮对浮游细菌群落结构和多样性的影响，并通过多元统计分析其可能的调控机制。最后构建浮游细菌的16S rDNA克隆文库，分析不同再悬浮处理中，浮游细菌主要的种类。采用末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragmentlength polymorphism, T-RFLP)研究了生态恢复区中浮游细菌群落结构。通过与PAT数据库对比，揭示生态恢复区中浮游细菌主要的种类。通过对浮游细菌群落与环境因子动态变化的多元统计分析，揭示各个生态恢复区中影响浮游细菌群落结构的主导环境因子，探讨沉积物再悬浮对其可能的影响。论文的主要结果如下：
　　 1.再悬浮处理组浮游细菌的物种丰度(species richness)高于对照组，并且弱再悬浮中细菌物种丰度高于强再悬浮处理；弱再悬浮中细菌多样性(speciesdiversity)也高于强再悬浮处理。中等强度的干扰增加了浮游细菌的多样性。浮游细菌与环境因子的典型对应分析(CCA)和冗余分析(RDA)结果表明，浮游动物枝角类(Cladocera)和颗粒态磷(PP)浓度与浮游细菌群落结构动态变化均表现出显著的相关性(P＜0.05）。沉积物再悬浮可能从营养盐等上行效应以及浮游动物等下行效应影响了浮游细菌的群落结构；因此沉积物再悬浮对浅水湖泊的微食物网有重要影响。
　　 2.选取6月25日强再悬浮(D-SR)、弱再悬浮(D-WR)和对照(D-C)3个不同处理的样品构建16S rDNA克隆文库，分析不同再悬浮处理中，浮游细菌主要的种类。在D-SR、D-WR和D-C中分别检测到26个、33个和31个OTUs。样品中浮游细菌主要种类为变形菌门(Proteobacteria)的α-、β-和γ-亚纲，放线菌门(Actinobacteria)，蓝藻门(Cyanobacteria)，拟杆菌门(Bacteroidetes)，浮霉菌门(Planctomycetes)5大类群。D-SR和D-C样品中变形菌门(Proteobacteria)细菌占优势，分别为85％和87％。α-Proteobacteria是其中主要的类群。D-WR中虽然变形菌门(Proteobacteria)也占优势但其比例只有55％；放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)有占很大比例，分别为24％和9％。在弱再悬浮处理中发现了我们还了解甚少的浮霉菌门(Planctomycetes)这类细菌。
　　 3.采用非公制多维尺度分析(nonmetric multidimensional scaling， NMDS)比较5个不同生态恢复区中群落结构的相似性，结果显示生态恢复区中浮游细菌群落季节上的差异大于空间上的差异。即不同采样时间样品的差异大于不同处理围隔的差异。通过与数据库对比显示生态恢复区中浮游细菌主要是变形菌门(Proteobacteria)的γ-Proteobacteria,α-Proteobacteria亚纲；放线菌门(Actinobacteria)的Actinobacteridae亚纲；拟杆菌门(Bacteroidetes)的黄杆菌纲(Flavobacteria)。
　　 4.在T-RFLP分析浮游细菌群落结构变化的基础上，采用多元统计分析浮游细菌群落结构与环境因子的相关性，结果显示TP、Chla和TN与浮游细菌群落结构变化具有极显著的相关性(P＜0.01)，SD和pH也具有显著的相关性(P＜0.05）。

目录

文摘

英文文摘

缩略语表

第1章 绪论

1.1 干扰与生物多样性

1.1.1 干扰

1.1.2 生物多样性

1.1.3 中度干扰假说

1.2 沉积物再悬浮对水生生态系统影响

1.2.1 浅水湖泊中的一种干扰-沉积物再悬浮

1.2.2 沉积物再悬浮概念

1.2.3 沉积物再悬浮对浮游植物的影响

1.2.4 沉积物再悬浮对浮游动物的影响

1.3 水生生态系统中浮游细菌的研究

1.3.1 浮游细菌在水生生态系统中的作用

1.3.2 细菌的分类地位

1.3.3 影响浮游细菌的主要因子

1.4 微生物群落结构研究方法的历程

1.4.1 微生物群落研究的主要分子生物学方法

1.5 本论文的主要研究内容和研究意义

1.5.1 研究内容

1.5.2 研究意义

第2章 沉积物再悬浮对浮游细菌群落结构影响的微宇宙实验

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.2.1 实验设计

2.2.2 样品采集

2.2.3 浮游细菌基因组DNA提取

2.2.4 浮游细菌群落T-RFLP分析

2.2.5 浮游细菌群落DGGE分析

2.2.6 统计分析

2.3 结果与分析

2.3.1 模拟实验过程中水化因子分析

2.3.2 浮游细菌群落结构T-RFLP分析

2.3.3 浮游细菌群落结构DGGE分析

2.3.4 浮游细菌物种丰度和多样性

2.3.5 浮游细菌群落结构动态变化因素分析

2.4 讨论

2.4.1 营养盐对浮游细菌群落结构的影响

2.4.2 浮游动物对浮游细菌群落结构的影响

2.4.3 浮游藻类对浮游细菌群落结构的影响

2.4.4 DGGE与T-RFLP的比较

2.4.5 小结

第3章 构建克隆文库鉴定浮游细菌的主要种类

3.1 前言

3.2 材料与方法

3.2.1 克隆片段的制备

3.2.2 TA克隆

3.2.3 阳性克隆的筛选及测序

3.2.4 序列分析及进化树构建

3.2.5 统计分析

3.3 结果与分析

3.3.1 TA克隆及阳性克隆的筛选

3.3.2 各样品中细菌组成情况

3.3.3 测序结果与GenBank中已知序列对比结果

3.4 讨论

3.4.1 16S rDNA克隆文库的代表性分析

3.4.2 浮游细菌群落结构特点

3.4.3 沉积物再悬浮对浮游细菌类群的影响

3.4.4 浮霉菌门(Planctomycetes)的特点

第4章 生态恢复区中沉积物再悬浮对浮游细菌的影响

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.2.1 采样点

4.2.2 样品采集

4.2.3 非生物因子分析

4.2.4 浮游细菌群落结构的分析

4.2.5 生态恢复区中浮游细菌的分类地位

4.2.6 统计分析

4.3 结果与分析

4.3.1 浮游细菌基因组DNA提取

4.3.2 T-RFLP分析浮游细菌群落组成

4.3.3 浮游细菌群落多样性指数的变化

4.3.4 不同生态恢复区中浮游细菌群落组成的比较

4.3.5 生态恢复区中浮游细菌分类地位

4.3.6 不同围隔的理化的变化

4.3.7 非生物因子与浮游细菌群落结构的相关分析

4.4 讨论

4.4.1 不同生态恢复区中浮游细菌群落结构存在不同的原因

4.4.2 沉积物再悬浮对浮游细菌群落结构和多样性的影响

4.4.3 浮游细菌群落结构和多样性与生态系统功能

结论与展望

研究主要结论

对今后研究的展望

参考文献

参与课题

发表及撰写论文

致谢