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有机聚集体(organic aggregates,OA)是水生态系统中的重要组份之一。由于其在微食物网及有机物降解中的重要作用,它已经成为水体中能量流通、营养盐转换、元素地球化学循环等研究中的热点。本研究以大型浅水、富营养化湖泊——太湖为对象,运用分子生物学技术及多元统计分析的方法,研究太湖有机聚集体的形态结构、时空分布、附着细菌群落及其与环境因子之间的相互关系。论文的主要结果如下:
1.太湖中以粒径10~200 lxm的小型OA为主,丰度为1.3~23.5×105ind./ml(平均值为7.1×105ind./ml)。OA主要以碎屑聚集体及藻类聚集体为主,来源及形态结构有时空差异。
2.有机聚集体上附着细菌丰度平均值为15.5×106 cells/ml,占水体中总细菌的53%。附着细菌的丰度存在显著的时空差异:夏秋季高,冬季低;河口区高,东太湖低。附着细菌的丰度与OA显著正相关,并且两者与水温、TSS、TP及Chlα也显著相关。扫描电镜和DAPI染色表明,OA上附着有大量形态各异的细菌,丰度远比海洋及深水湖泊中的要高。提示在太湖这样水动力扰动频繁的浅水湖泊中,OA在营养盐循环中有着重要的生态学作用。
3.为了检测DNA提取方法对有机聚集体上附着细菌群落DGGE图谱的影响,实验运用了4种不同的DNA提取方法,比较了这几种方法得到的DNA片段大小、产量、纯度及指纹图谱的异同。结果表明玻璃珠振荡结合CTAB抽提法耗时短,可重复性高,获得的DNA产量大、纯度高。并且,这种方法得到的DGGE条带最多,最能代表有机聚集体上真实的细菌群落组成。
4.有机聚集体上附着细菌的物种多样性高,不同生态类型湖区、不同季节群落组成不同,但仍有一些特殊的优势细菌类群。通过构建细菌的16SrDNA文库、测序及序列比对发现,OA附着细菌以β-proteobacteria(β-变形菌纲,34.4%)、α-proteobacteria(α-变形菌纲,15.2%)、Bacteroidetes(拟杆菌门,11.2%)、以及Planctomycetes(浮霉菌门,10.3%)为主。这些细菌类群的产生与蓝藻水华暴发有密切关系,提示这些细菌在分解由藻类分解产生的大分子复合物中起着重要作用。
5.附着细菌生境分析表明,有41.5%~78.8%的附着细菌源自淡水生境,其它的来自沉积物、土壤、活性污泥等生境。说明在太湖这样水动力扰动频繁的浅水湖中,OA上附着细菌、水柱中浮游细菌及表层沉积物细菌群落间有一定的交换。另外,从河流输入的外源细菌对太湖部分湖区附着细菌的组成亦有重要贡献。
6.运用T-RFLP技术检测到:OA上附着细菌的群落随时间变化进行着快速的演替,只有少数种类的细菌能在较长时间尺度上占据优势地位。附着细菌群落在不同生态类型湖区、不同季节间存在时空异质性。CCA分析表明,不同湖区影响附着细菌群落结构的主导因子不同。总体而言,水温、溶解氧、透明度以及水体中营养盐的含量是附着细菌群落演替的驱动因子。