连云港近海岸海洋沉积物中微生物群落结构与功能的初步研究

摘要

连云港是我国重要的港口城市，近20年来，近岸海域的开发和建设对促进连云港经济的建设和发展起到了十分重要的作用，但也带来了一系列的环境问题，制约了经济可持续发展。
　　 本论文以连云港近海岸海洋沉积物为研究对象，研究了来自不同采样点的三个柱状样(Z01、Z02、Z03)的80个样品污染物类型及污染程度，对不同污染程度的沉积物进行微生物群落结构与功能的研究，并分离鉴定了沉积物中的细菌。
　　 对各样品金属元素的分析结果表明，三个柱状样中砷和锡污染较重，Z01样品中钡和锆、Z02样品中铜和Z03样品中的钡也有较重的污染。各金属元素在沉积物中主要是以残渣态的形式存在，其次为以铁锰化合态和碳酸盐形式存在，可交换态存在的量较少。
　　 利用基因芯片对22个样品进行微生物群落结构与功能基因分析，结果表明各柱状样之间存在较大的差异。Z01样品微生物群落的多样性最高，结构最复杂，其优势微生物为不动杆菌(Actinobacter)，假单胞菌(Pseudomonadales)等10属的微生物。而在样品Z02和Z03中只有蛭弧菌(Bdellovibrionales)，脱硫弧菌(Desulfovibrionales)等6属的微生物是其主要的优势种群。功能基因的聚类结果表明从同一柱状样获得的沉积物样品大体上聚类在一起。
　　 基于基因芯片的测定分析结果，并结合所测得的样品中的各种污染因子的相关数据，通过典范对应分析发现锆、石油、导电率和砷等与微生物群落结构与功能关系最为密切。这些研究结果为海洋环境污染的生物治理提供重要的理论依据。
　　 通过传统的分离培养方法对80个样品的混合物中的微生物进行分离培养，共获得了51株细菌。通过形态特征和生理生化特性以及16SrDNA序列分析确定为芽孢杆菌属(Bacillus)，短波单胞菌属(Brevundimonas)等17属的细菌，其中以芽孢杆菌属(Bacillus)为优势菌属。
　　 从分离得到的51株菌中筛选出一株耐重金属铜、铅、铬的菌株，初步鉴定为节杆菌属(Arthrobacter)。对该株菌进行生物学特性研究和重金属吸附试验的结果表明，重金属离子对该菌生长有抑制作用，且不同浓度的各种重金属离子会使其延滞期有不同程度的延长。湿菌体对铜、铅的吸附率分别为77.22%和95.43%，但对铬无吸附作用。其遗传性状稳定。

目录

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第一章 绪论

1.1 海洋沉积物及其质量评价方法

1.1.1 海洋沉积物的生境特点

1.1.2 海洋沉积物的质量评价方法

1.2 海洋沉积物中微生物的多样性

1.2.1 细菌

1.2.2 病毒

1.2.3 古菌

1.2.4 真核微生物

1.3 环境微生物多样性的分析方法

1.3.1 传统的环境微生物多样性分析方法

1.3.2 环境微生物多样性的基因组学分析方法

1.4 基因芯片技术及其在环境微生物多样性分析中的应用

1.4.1 基因芯片技术在环境微生物多样分析中的优势

1.4.2 基因芯片技术在环境微生物多样性分析中的应用

1.4.3 基因芯片在环境微生物研究中的挑战

1.5 海洋沉积物中微生物多样性研究的现状

1.6 海洋沉积物中化学元素对微生物多样性的影响

1.6.1 地球化学元素对微生物群落特征的影响

1.6.2 重金属对微生物物群落特征的影响

1.7 立题意义及研究背景

1.8 本论文采取的技术路线

第二章 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 样品

2.1.2 主要试剂

2.1.3 主要仪器

2.1.4 基因芯片

2.1.5 培养基

2.2 方法

2.2.1 沉积物相关参数及元素的测定

2.2.2 沉积物中宏DNA的提取

2.2.3 DNA的荧光标记

2.2.4 芯片杂交

2.2.5 图像处理和数据分析

2.2.6 细菌的分离纯化

2.2.7 菌株的生物学特性研究

2.2.8 菌株的分子生物学鉴定

2.2.9 耐铜、铅、铬微生物的筛选

2.2.10 重金属离子对菌株生长的影响

2.2.11 菌体对重金属的吸附实验

2.2.12 菌株传代稳定性的测试

第三章 结果与讨论

3.1 沉积物质量评价

3.1.1 沉积物样品的理化参数特征

3.1.2 沉积物样品中元素的地球化学特征

3.2 沉积物中微生物群落结构与功能的研究

3.2.1 提取方法对沉积物DNA质量的影响

3.2.2 微生物群落的多样性分析

3.2.3 微生物功能基因的多样性分析

3.2.4 微生物群落结构及功能与污染物的相关性分析

3.3 沉积物中细菌的分离鉴定及对耐铜、铅、铬的研究

3.3.1 菌落形态特征及生理生化特性

3.3.2 海洋细菌的分子鉴定

3.3.3 耐铜、铅、铬微生物的筛选

3.3.4 铜、铅、铬离子对L31生长的影响

3.3.5 L31对重金属离子的吸附实验

3.3.6 L31传代稳定性的测试

结 论

致 谢

参考文献

附录