利用PCR-DGGE分析直流电场对土壤微生物群落的影响研究

摘要

近年来，随着工农业生产的发展和城市化进程的加快，土壤污染也越来越严重，但相对于水污染和空气污染治理，土壤污染治理修复技术比较滞后，研究和开发新型高效的污染土壤修复技术已经成为当今国内环境保护领域的重要工作和热点。目前，电动生物修复技术作为一种对土壤污染治理颇具潜力而且也是最前沿的一种技术，受到了国内外研究者的广泛关注。而电场作用下土壤微生物群落的变化与利用电场生物修复效率密切相关，本文鉴此研究了直流电场作用下对土壤微生物群落多样性的变化规律，以期为电动生物修复技术的应用提供了一定的科学理论依据。 本论文主要包括如下几点的研究工作： 1．对PCR—DGGE的检测分析方法进行了优化，一方面优化了PCR体系，使土壤总DNA的16SrDNA的PCR扩增产物获得特异性较强的带；另一方面在DGGE检测中，寻找出最优的变性剂梯度35％～65％，获得较好的分离效果，从而为分析电场作用下土壤微生物变化提供了便捷、准确的分析方法。 2．利用优化的PCR-DGGE方法，研究了不同电场条件下根际土壤微生物群落多样性和相似性的变化，分析了直流电场对根际土壤微生物群落的影响机理，发现了电场作用下土壤性质的变化、电场对土壤微生物的迁移作用等是电场影响土壤微生物群落的主要机制。在相同试验条件下，电场强度越大微生物群落变化越大，非均匀场对微生物群落的影响与均匀场相比更明显，而极性切换间隔越小则使根际微生物多样性有所增加。 3．利用优化的PCR-DGGE方法，研究了不同电场条件下土壤中非根际微生物的16SrDNA的DGGE分离结果图、微生物多样性Shannon指数结果和微生物群落的相似性分析，发现了电场对土壤微生物群落的影响与电场条件有关，合适的电场条件有助于增加土壤微生物群落的多样性，但是电场形式、强度和施加方式不当则会使土壤微生物群落的多样性和结构受到明显影响。最后分析了直流电场对土壤微生物群落的影响机理，发现了电场作用下土壤性质的变化、电场对土壤微生物的迁移作用是电场影响土壤微生物群落的主要机制。 本研究结果显示，为了避免电场对土壤微生物的不利影响，利用电场强化生物修复时，需要采用合适的电场条件。施加均匀场1.0V/cm的同时，每隔10min切换极性，是土壤根际微生物群落在电场作用下比较合适的电场条件；而对土壤非根际微生物来说，施加均匀场1.5v/cm是相对比较合适的电场条件。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1课题背景

1.2电动生物修复技术研究概况

1.2.1电动生物修复技术

1.2.2电场对土壤微生物的影响研究

1.3土壤微生物群落多样性的研究概况

1.3.1土壤微生物群落多样性

1.3.2土壤微生物群落多样性的研究方法

1.4研究的目的与意义

第2章材料与方法

2.1试验材料

2.1.1试验土壤

2.1.2试验植物

2.1.3实验试剂及酶类

2.1.4引物

2.1.5试验主要仪器

2.2试验系统

2.3土壤的基本性质

2.3.1土壤含水率

2.3.2土壤的酸碱度

2.3.3土壤的电导率

2.4试验方法与实验流程

2.4.1根际微生物的试验方法

2.4.2非根际微生物的试验方法

2.5分析方法

2.5.1土壤微生物总DNA的提取

2.5.2土壤总DNA的PCR扩增

2.5.3 DNA琼脂凝胶电泳检测

2.5.4变形梯度凝胶电泳(DGGE)

2.5.5传统微生物研究方法

2.5.6 BandScan5.0软件包分析DGGE电泳图谱

第3章土壤微生物群落多样性PCR-DGGE分析方法的优化

3.1聚合酶链式反应(PCR)条件的优化

3.1.1 PCR反应体系的优化

3.1.2 PCR反应程序的优化

3.2 DGGE的优化

第4章电场作用下根际土壤微生物群落的影响研究

4.1概述

4.2结果与讨论

4.2.1不同电场条件下根际土壤微生物群落多样性变化

4.2.2不同电场条件下根际土壤微生物群落相似性分析

4.2.3直流电场对根际土壤微生物群落多样性影响机理分析

第5章电场作用下土壤非根际微生物群落的影响研究

5.1概述

5.2结果与讨论

5.2.1不同电场条件下对非根际土壤微生物群落多样性的影响

5.2.2不同电场条件下非根际土壤微生物群落多样性的相似性分析

5.2.3土壤的酸碱值

第6章结论

6.1结论

6.2创新点

6.3未来设想

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢