复合垂直流人工湿地-循环水养殖系统微生物群落的结构分析

摘要

为了研究复合垂直流人工湿地-循环水养殖系统在夏末和秋季运行期间，不同区域水体、植物根系及周围基质中微生物群落的结构特征，本实验采用PCR-DGGE(PCR-denaturing gradient gel electrophoresis)技术和基因测序技术，对复合垂直流人工湿地-循环水养殖系统:养殖池塘水体、湿地进水口水体、湿地出水口水体以及梭鱼草(Pontederia)、再力花（Thalia dealbata）两种植物根系及周围基质微生物群落的结构特征和组成多样性进行了研究。结果表明:三个采样区域水体、两种植物根系和周围基质中微生物的种类和数量各不相同。通过比较不同区域水体和植物根系及周围基质的Shannon-Wiener指数，发现沿水流方向（养殖池塘水体、湿地进水口、湿地出水口）水体中微生物多样性呈现逐渐升高的趋势（指数分别为3.08、3.11、3.17）;植物根系微生物多样性高于基质，梭鱼草植物根系微生物多样性最高（平均为3.61），再力花根系次之(平均为3.47)，进一步说明湿地循环水系统中梭鱼草根系能够更好的富集周围基质中的微生物，提高了微生物群落的多样性，出水口微生物多样性随湿地的运行逐渐变高也证实了这一结论。
　　通过比较各样品间微生物的相似度，发现湿地系统各水体之间、不同植物根系及周围基质之间群落结构存在一定的差异;再力花植物根系及周围微生物群落结构相似度较高（分别为50％～68％、57％～67％），梭鱼草种植区群落结构相似度较低(35％～47％)，因此梭鱼草植物根系在富集基质中的微生物方面受环境影响较大，这与该植物根区的根际效应有关;湿地系统中水体微生物群落结构相似度均在50％以上，人工湿地进水口与人工湿地出水口水样聚为一支，相似度在61％～83％之间，说明湿地出水口微生物的群落结构直接受进水口影响，微生物组成较为相似。微生物群落组成多样性的结果显示:复合垂直流人工湿地-循环水养殖系统3个取样区域水体微生物群落共分属8个门:变形菌门（α-Proteobacteria、β-Proteobacteria、γ-Proteobacteria）、拟杆菌门(拟杆菌纲Bacteroidetes、黄杆菌纲Flavobacteria、鞘脂杆菌纲Sphingobacteria)、厚壁菌门(芽孢杆菌纲Bacilli、梭菌纲Clostridia)、脱铁杆菌门(Deferribacteres)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、蓝藻门(Cyanobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)，结果表明变形菌门（占总微生物种群的28.4％）和拟杆菌门(26.8％)为该人工湿地系统水体所富集的主要细菌类群。湿地系统中两种植物根际及周围基质微生物群落分属7个门:变形菌门(α-Proteobacteria、β-Proteobacteria、δ-Proteobacteria、γ-Proteobacteria）、拟杆菌门(拟杆菌纲Bacteroidetes、黄杆菌纲Flavobacteria和鞘脂杆菌纲Sphingobacteria)、绿弯菌门(厌氧绳菌纲Anaerolineae、绿弯菌纲Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(芽孢杆菌纲Bacilli、梭菌纲Clostridia)、绿菌门(Chlorobi)以及疣微菌门(Verrucomicrobia)。变形菌门（占总微生物种群的72％）为各个月份植物根系及周围基质中主要的细菌类群，在根系中的分布普遍高于基质中的分布。β-Proteobaeteria和γ-Proteobacteria为变形菌门中的主要微生物类群，占所出现的变形菌门中总微生物的64％～88％。
　　本实验为以后新型复合人工湿地-池塘养殖模式的设计构建及系统中微生物群落结构的研究提供了理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1 人工湿地

1．1 人工湿地概述

1．2 国内外人工湿地的研究与应用现状

2 PCR-DGGE技术特征及应用

2．1 传统研究方法

2．2 PCR-DGGE技术的原理

2．3 PCR-DGGE在人工湿地微生物多样性研究中的应用

3 本课题的研究内容及意义

4 课题的技术路线

第二章：复合垂直流人工湿地-循环水养殖系统水体微生物群落结构及组成分析

1 实验材料与方法

1．1 实验材料

1．2 实验方法

2 实验结果

2．1 细菌群落的DGGE图谱分析结果

2．2 DGGE条带的16SrDNA序列及系统发育分析结果

3 讨论

3．1 微生物群落的基本结构特征

3．2 微生物群落的多样性组成及分布

第三章 复合垂直流人工湿地-循环水养殖系统中植物根系和基质菌群结构及组成分析

1 实验材料与方法

1．1 实验材料

1．2 实验方法

2 实验结果

2．1 细菌群落的DGGE图谱分析结果

2．2 16SrDNA基因序列及系统发育分析

3 讨论

3．1 微生物群落的基本结构特征

3．2 微生物群落的多样性组成及分布

全文总结

参考文献

致谢

科研情况