汪洋沟细菌群落多样性及时空分布规律研究

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本文采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)和高通量测序技术两种方法,对汪洋沟水体和沉积物中的细菌群落组成、细菌多样性及时空变化进行了研究,并同时监测了汪洋沟水体水质的变化,分析了汪洋沟水体细菌群落结构变化与环境因子的关系。同时结合前人使用培养方法研究的结果,探讨了三种方法在研究汪洋沟细菌群落及时空变化上的差异性。2013年春、夏、冬三季对汪洋沟6个采样点环境因子调查可知,从汪洋沟上游到下游,水体的pH和温度均有所下降,但样点间相差不大。氨氮则呈现了较大的波动,除第一个采样点外,其它采样点的氨氮都维持在一个较高的水平。环境因子的变化表明汪洋沟污染状况严重,并且随着汪洋沟水体的流动水质在不断的恶化,氨氮等营养盐浓度不断增大,透明度、溶氧不断下降,水体逐渐发黑发臭。  本研究表明:⑴汪洋沟18个水样样品的DGGE分析图谱各泳道条带清晰,分辨率较好,优势种群得到了较好的显示。对其中25个优势条带进行克隆、比对分析,结果显示所得到的25个序列分别属于4大细菌门20个已知属,门类别包括Proteobacteria(60%)、Bacteroidetes(28%)、Firmicutes(8%)、Fusobacteria(4%)。检测到的优势菌属为弓形杆菌属(Arcobacter)。DGGE图谱聚类分析和冗余分析表明,汪洋沟水中细菌群落结构季节性变化更为明显,相同季节里样点间的细菌群落结构更为相似。⑵汪洋沟18个沉积物样品的DGGE分析结果显示,三个季节的样品DGGE图上获得的29个克隆条带序列分属于5门23个已知属。门类别包括:Proteobacteria(62.07%)、Bacteroidetes(17.24%)、Firmicutes(13.79%)、Synergistetes(3.45%)、Spirochaetes(3.45%);无优势性较强的菌属,与弓形杆菌属(Arcobacter)、管道杆菌属(Cloacibacterium)、Hydrogenophag属、南极适冷菌(Rheinheimera)、发硫菌属(Thiothrix)的相似的条带序列出现了两次,其余菌属的相似序列条带只出现了一次。DGGE图谱上条带灰度和位置的变化较好的反应了水体水质的变化。⑶使用高通量测序技术分析了汪洋沟18个水样样品,结果显示:汪洋沟水样样品共发现细菌种类归属于40个门,75个纲,152个目,272个科及551属;各分类单元中都存在一些不能确定分类信息的类群。Proteobacteria和Bacterodetes在17个样品中都占据了较大的比例,Firmicutes优势性也较大,并且在其中一个样品中成为了绝对优势类群;夏季的样点间的优势菌属较为统一,春季和冬季样点间的优势菌属有所变化。典范对应分析表明,溶氧和pH是影响汪洋沟水中细菌群落结构的主要环境因子,夏季的样点间距离较小,分布相对较为集中,细菌群落结构较为相似;春季不同样点间细菌群落结构的差异性较大。部分样点间细菌群落组成对水体水质的变化响应明显。⑷使用高通量测序技术分析了汪洋沟18个沉积物样品,结果显示:汪洋沟沉积物样品共发现细菌种类归属于42个门,90个纲,196个目,347个科及680属;各分类单元中都存在一些不能确定分类信息的类群,并且较为丰富;门水平上,Proteobacteria、Firmicutes和 Chloroflexi在沉积物的所有样品中都占据了较大的比例。属水平上,Acinetobacter在大部分样点成为优势菌属。部分样点间细菌群落组成对水体水质的变化响应明显。⑸比较了高通量测序技术、DGGE方法和培养方法在研究汪洋沟水体及沉积物细菌群落多样性及组成上的差异性。结果表明:高通量测序技术比DGGE方法和培养方法具有更好的测序深度,可以更好的反应环境中细菌群落结构的真实水平;在细菌群落结构对环境因子的响应上,高通量测序技术得到的结果更为灵敏,因此,高通量测序技术在研究细菌群落多样性、组成及时空变化上更具有优势。培养方法在细菌群落多样性的检测和优势类群的确定上准确性较差。
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