淡水生态环境中的浮游微生物检测及群落结构变化研究

摘要

微生物是水生生态系统中数量最多、分布最广、多样性最丰富的生命形式，它不但直接影响着淡水生态系统的功能，也关乎着人类的健康。了解淡水环境中浮游微生物数量、组成及其与环境因子之间的关系是淡水生态系统研究的热点内容。建立和优化新型的微生物分析手段，并将其用于水环境中微生物状况的检测具有重要的应用价值和生态学意义。
　　本文建立优化了流式细胞术(FCM)检测淡水环境中微生物的方法，并将其应用于瓶装水及水处理厂水样中微生物的检测。结果表明1）绝大部分瓶装水水样中细菌含量小于103 counts/mL，结合可同化有机碳(AOC)测定结果，认为瓶装水中的微生物不会出现爆发性增长;2）饮用水厂的活性炭一超滤膜工艺可有效去除饮用水源水中的病毒;3）污水厂活性污泥处理环节水样中的细菌和病毒都出现爆发性增长;4）相比于传统检测方法，FCM法是一种快速、简单且灵敏的方法，有助于及时掌握水体中微生物的动态变化。
　　此外，将FCM与分子生物学技术相结合（变性梯度凝胶电泳及454焦磷酸测序技术），以水生生态系统中最为复杂的河流生态系统为研究对象，进一步探讨了河流中浮游微生物的丰度、群落构成特点及其与环境因子的关系。结果表明1）罗霄山脉区河流中的浮游病毒和浮游细菌丰度与海拔高度的变化具有显著的负相关性，且海拔高度对浮游细菌群落结构变化具有显著影响;2）海河浮游细菌和浮游病毒丰度均呈现出河口区最高的空间分布特征，各空间分区内（城区、郊区、河口区）影响浮游微生物丰度的环境因子不同，但环境因子同浮游细菌的影响关系与其同浮游病毒的影响关系相一致;3）盐度影响下的海河浮游细菌群落结构空间变化特征要显著强于温度影响下的季节变化特征;4）从同一季节内来看，海河河流段浮游细菌群落可进一步分为城区组和郊区组，说明人为活动可能对海河浮游微生物群落组成产生影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 淡水环境中浮游细菌的研究

1．1．1 淡水环境中浮游细菌群落研究的重要性

1．1．2 淡水环境中的浮游细菌及其生态特征

第二节 淡水环境中浮游病毒的研究

1．2．1 淡水环境中浮游病毒群落研究的重要性

1．2．2 淡水环境中的浮游病毒及其生态特征

第三节 流式细胞术在水环境微生物学方面的应用

1．3．1 流式细胞法发展概述

1．3．2 流式细胞术在水环境微生物学方面的应用现状

1．3．3 流式细胞术在水环境微生物学方面的应用前景

第四节 本论文科学意义及技术路线图

1．4．1 科学意义

1．4．2 技术路线图

第二章 淡水中细菌的快速检测研究

第一节 前言

2．1．1 淡水中细菌检测的常用方法

2．1．2 淡水中细菌检测的新型方法

第二节 材料与方法

2．2．1 样品采集

2．2．2 细菌数量的流式细胞术(FCM)测定方法

2．2．3 三磷酸腺苷(ATP)测定方法

2．2．4 可同化有机碳(AOC)测定方法

2．2．5 微生物数量的传统测定方法

第三节 结果与分析

2．3．1 活性／非活性细菌含量

2．3．2 可同化有机碳(AOC)含量

2．3．3 三磷酸腺苷(ATP)含量

2．3．4 传统方法检测结果

第四节 讨论

第五节 本章小结

第三章 淡水中病毒的快速检测研究

第一节 前言

3．1．1 病毒计数的间接方法

3．1．2 病毒计数的直接方法

3．1．3 病毒计数方法的优缺点

第二节 材料与方法

3．2．1 样品采集

3．2．2 病毒数量的流式细胞术(FCM)测定方法

3．2．3 病毒数量的荧光显微镜(EFM)测定方法

第三节 结果与分析

3．3．1 各处理组的病毒检测情况

3．3．2 方法可靠性

3．3．3 流式细胞法与荧光显微镜法比较

3．3．4 流式细胞法检测病毒在饮用水厂的应用

第四节 讨论

第五节 本章小结

第四章 复杂基质(污水)中微生物数量及群落的变化

第一节 前言

第二节 材料与方法

4．2．1 样品采集

4．2．2 水样的预处理方法

4．2．3 细菌数量的流式细胞术(FCM)测定方法

4．2．4 病毒数量的流式细胞术(FCM)测定方法

4．2．5 三磷酸腺苷(ATP)测定方法

4．2．6 病毒数量的荧光显微镜(EFM)测定方法

4．2．7 基因组DNA提取

4．2．8 细菌16S rRNA基因V3区巢式聚合酶链式反应(PCR)扩增

4．2．9 细菌PCR扩增产物的变性梯度凝胶电泳(DGGE)

4．2．10 DGGE图谱分析

第三节 结果与讨论

4．3．1 样品预处理效果

4．3．2 流式细胞法检测污水中的细菌和病毒

4．3．3 污水厂各处理环节中细菌和病毒数量的变化

4．3．4 流式细胞法与其他方法的比较

4．3．5 污水厂各处理环节中细菌群落结构的变化

第四节 本章小结

第五章 海拔高度对淡水浮游微生物丰度及群落结构的影响

第一节 前言

第二节 材料与方法

5．2．1 研究区概况

5．2．2 样品采集

5．2．3 水样物理化学指标分析

5．2．4 浮游细菌丰度的流式细胞术(FCM)测定方法

5．2．5 浮游病毒丰度的流式细胞术(FCM)测定方法

5．2．6 基因组DNA提取

5．2．7 聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)

5．2．8 优势条带回收测序

5．2．9 系统发育分析

5．2．10 数据统计分析

第三节 结果与分析

5．3．1 水样理化因子状况

5．3．2 各海拔水样浮游微生物丰度

5．3．3 各海拔水样浮游微生物丰度与环境因子的相关分析

5．3．4 各海拔水样浮游细菌群落结构变化

5．3．5 冗余分析(RDA)结果

第四节 讨论

5．4．1 各海拔水样浮游病毒及浮游细菌丰度特征

5．4．2 各海拔水样浮游细菌群落构成及与环境的关系

5．4．3 变性梯度凝胶电泳技术在浮游细菌群落分析中的应用

第五节 本章小结

第六章 海河干流浮游微生物丰度变化研究

第一节 前言

第二节 材料与方法

6．2．1 采样区概况及点位设置

6．2．2 样品采集

6．2．3 水样理化性质测定

6．2．4 浮游细菌丰度的流式细胞术(FCM)测定方法

6．2．5 浮游病毒丰度的流式细胞术(FCM)测定方法

6．2．6 统计学分析

第三节 结果与分析

6．3．1 海河干流水样各季节浮游微生物丰度

6．3．2 海河干流水样各分区浮游微生物丰度

6．3．3 海河干流水样浮游病毒丰度与浮游细菌丰度比值(VBR)分析

6．3．4 海河干流水样浮游微生物丰度与环境因子的相关分析

第四节 讨论

6．4．1 海河干流浮游细菌丰度时空变化特征

6．4．2 海河干流浮游病毒丰度时空变化特征

6．4．3 生物因子对海河干流浮游病毒丰度变化的影响

6．4．4 环境因子对海河干流浮游细菌及浮游病毒变化的影响

第五节 本章小结

第七章 海河干流浮游细菌群落结构的时空变化及影响因素

第一节 前言

第二节 材料与方法

7．2．1 采样区概况及点位设置

7．2．2 样品采集

7．2．3 水样理化性质测定

7．2．4 基因组DNA提取

7．2．5 聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)

7．2．6 优势条带回收测序

7．2．7 系统发育分析

7．2．8 数据统计分析

7．2．9 海河细菌16S rRNA基因V3-V6区扩增及454焦磷酸测序

7．2．10 生物信息学分析

7．2．11 数据统计分析

第三节 结果与分析

7．3．1 水样理化因子状况

7．3．2 海河干流水样细菌变性梯度凝胶电泳(DGGE)结果分析

7．3．3 海河干流水样454焦磷酸测序结果分析

第四节 讨论

7．4．1 海河干流浮游细菌群落结构的时空变化特征

7．4．2 海河干流浮游细菌群落结构变化同环境因子的关系

7．4．3 海河干流浮游细菌多样性的变化特征

7．4．4 海河干流优势菌群的变化特征

7．4．5 变性梯度凝胶电泳方法同454焦磷酸测序方法的比较

第五节 本章小结

第八章 结论、创新点、存在的不足与展望

第一节 结论

第二节 本论文的创新点

第三节 本论文存在的不足与展望

附录

参考文献

致谢

个人简历