北戴河滨海湿地细菌多样性及其芦苇碱蓬根系群体感应细菌研究

论文摘要

滨海湿地是一个复杂的生态系统,具有独特的生态价值和资源潜力。近几年,湿地退化带来的问题逐渐突显,给生态环境和人类生活造成了巨大的损失。北戴河滨海湿地是处于正在退化期的滨海湿地,我们对此区域展开植被修复工作。探究湿地植被对土壤微生物的影响,能让我们更加清楚的理解湿地植被在滨海湿地的重要角色。根系QS细菌的分布和功能研究对湿地后期植被的维护提供理论参考。本文主要针对湿地植被和土壤微生物之间的关系,从三个方面展开研究:（1）湿地植被退化对土壤微生物多样性和群落结构的影响。（2）植被修复过程中,不同修复时期土壤微生物的变化规律。（3）开展湿地植被根系环境中QS细菌的分布和功能研究。结果如下:在滨海湿地,随着植被的退化导致土壤微生物多样性降低和群落结构发生了变化。在门水平,植被的退化使得变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）的丰度显著增高,而浮霉菌门（Planctomycetes）的丰度显著降低。纲水平,退化区γ-变形菌纲（Gamma-proteobacteria）、芽孢杆菌纲（Bacilli）丰度显著高于植被覆盖区,Phycisphaerae和酸微菌纲（Acidimicrobiia）丰度显著降低。结合环境因子发现,退化区域中土壤中高的盐含量和PAHs都能降低土壤中细菌多样性。属间共现性分析发现,湿地的退化使得退化区土壤光合自养型微生物生态学功能逐渐增强。退化湿地经过碱蓬种植修复后,植被修复后期土壤中微生物的多样性增高,其群落结构和植被覆盖区微生物群落结构具有最高的相似性。随着植被修复,拟杆菌门丰度和浮霉菌门、Gracilibacteria和酸杆菌门呈现负相关关系,浮霉菌门、Gracilibacteria和酸杆菌门丰度呈现正相关关系。在属水平,植被覆盖区优势菌属Planctomyces,Exiguobacterium,Citrobacter,Rhodopirellula丰度显著高于无植被覆盖区,无植被生长区域优势菌包括Desulfosarcina,Ilumatobacter,Loktanella、Actibacter、Sulfurovum。环境因子冗余分析（RDA）表明修复后期（LPR和LPC）土壤细菌的群落结构不受盐度、含水率和PAH浓度的影响。我们认为退化湿地植被修复后期由于湿地植被代谢活动旺盛,土壤细菌主要受湿地植物代谢活动的影响。芦苇碱蓬根系QS细菌分布和功能研究表明,从不同季节根系环境样品中,分离获得1050株细菌,从中共筛选得到22株不同的QS细菌,在夏季植被生长旺盛时期QS细菌丰度较高。进化树分析表明QS细菌可以分为三类:α-变形菌门,拟杆菌门和放线菌门。QS细菌产生的AHL信号分子范围在C6-C12之间,其中在根际土壤中的优势信号分子是C8,在根组织中是C6。通过功能验证发现,22株QS细菌中有72.8%的QS细菌有生物成膜的功能,68.2%有抗人类病原菌的能力,9.1%有降解DMSP的功能,18.2%有降解石油的功能。高通量测序结果表明,根际土壤细菌多样性高于根组织,根系组织中优势菌属大多都具有嗜盐的功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 滨海湿地与湿地微生物
•   1.1 滨海湿地生态系统简介
•     1.1.1 滨海湿地的重要功能
•     1.1.2 中国滨海湿地介绍
•     1.1.3 北戴河湿地的研究背景
•   1.2 滨海湿地现况
•     1.2.1 滨海湿地的退化
•     1.2.2 滨海湿地的修复
•     1.2.3 湿地修复的挑战
•     1.2.4 微生物在滨海湿地的重要生态学功能
•   1.3 滨海湿地中的群体感应细菌
•     1.3.1 群体感应细菌介绍
•     1.3.2 群体感应细菌在湿地中的生态学意义
•   1.4 本次研究的意义
• 第二章 北戴河退化区微生物群落结构和多样性变化
•   2.1 材料和方法
•     2.1.1 样品采集
•     2.1.2 细菌基因组DNA提取和质检
•     2.1.3 高通量测序
•     2.1.4 数据分析
•     2.1.5 环境参数检测
•   2.2 结果
•     2.2.1 滨海湿地的理化性质
•     2.2.2 微生物多样性和分布特征
•     2.2.3 环境因子对微生物影响
•     2.2.4 网络分析结果
•   2.3 讨论
•     2.3.1 湿地微生物多样性
•     2.3.2 湿地微生物和环境因子的关系
•     2.3.3 湿地微生物的分布和共现关系
•   2.4 小结
• 第三章 退化湿地修复过程中细菌多样性的时空变化
•   3.1 材料和方法
•     3.1.1 样品采集
•     3.1.2 样品基因组提取和纯化鉴定
•     3.1.3 高通量测序
•     3.1.4 生物信息学分析
•     3.1.5 数据分析
•     3.1.6 环境因子测定
•   3.2 结果
•     3.2.1 不同修复时期微生物多样性和土壤理化性质
•     3.2.2 土壤微生物在不同修复时期的丰富度和关系探究
•     3.2.3 门水平分类
•     3.2.4 属水平优势菌群分类
•     3.2.5 土壤微生物群落和环境因子间的关系
•   3.3 讨论
•     3.3.1 不同修复时期土壤微生物多样性
•     3.3.2 土壤微生物的群落结构
•     3.3.3 环境因子和土壤微生物间的关系
•   3.4 小结
• 第四章 北戴河滨海湿地根系群体感应细菌多样性及其功能研究
•   4.1 实验方法
•     4.1.1 材料、仪器、试剂
•     4.1.2 常用的溶液及培养基
•     4.1.3 滨海湿地根际样品采集
•     4.1.4 样品高通量测序和数据分析
•     4.1.5 湿地植物根区域微生物的筛选
•     4.1.6 群体感应细菌的初步筛选
•     4.1.7 16 S rRNA的鉴定和进化树分析
•     4.1.8 AHL的萃取和生物自显影分析
•     4.1.9 生物自显影分析
•     4.1.10 AHL信号分子的GC-MS分析
•     4.1.11 QS细菌功能验证
•   4.2 结果
•     4.2.1 芦苇碱蓬根系环境中细菌的多样性和分布
•     4.2.2 QS细菌的筛选
•     4.2.3 QS细菌16S rRNA的鉴定
•     4.2.4 AHL信号分子种类分析
•     4.2.5 QS细菌的功能研究
•   4.3 讨论
•     4.3.1 细菌群落结构和多样性简述
•     4.3.2 根系环境中QS细菌的分布
•     4.3.3 AHL产物分析
•     4.3.4 QS细菌的功能和生态学意义
•   4.4 小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间的学术成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何昌飞

导师: 郑立

关键词: 滨海湿地,植被修复,微生物,群体感应

来源: 自然资源部第一海洋研究所

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用

单位: 自然资源部第一海洋研究所

基金: 国家自然科学基金项目(No.41776176),蓬莱19-3赔偿款项目(No.A201679),国家基金委-山东省联合基金项目(No.U1406404)

分类号: X171;X172

总页数: 86

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