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云南富营养化高原湖泊噬藻体及其宿主多样性的初步研究
作 者: 向安
导 师: 刘丽;夏雪山
学 校: 昆明理工大学
专 业: 生物化工
关键词: 滇池 水体富营养化 微囊藻 噬藻体 种类多样性 数量相关性
分类号: X524
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
滇池等部分云南高原淡水湖泊由于人为污染,长期处于重度或中度富营养化状态,水体富营养化的显著特点是藻类过量增长而发生水华。近20年来,滇池蓝藻水华爆发频繁,严重影响了周边人们的生产、生活。噬藻体(Cyanophage)是特异性感染蓝藻的病毒,对水华中蓝藻数量有重要的调控作用,可能作为蓝藻水华生物治理工具,受到越来越多的关注。为了解云南富营养化湖泊(尤其是滇池)中蓝藻及噬藻体种类分布与数量变化特征,本研究以滇池为主要研究对象,并包括抚仙湖、星云湖、异龙湖、杞麓湖等云南省中南部地区不同富营养化五湖,初步分析了不同程度富营养化湖泊的环境特征,蓝藻和噬藻体的种类组成、分布,及滇池中噬藻体和蓝藻数量随季节、地理位置的变化关系。首先,对采集水样进行了水温、pH值、总氮、总磷和叶绿素a (Chl-a)等水质环境特征参数检测。结果发现:1.滇池等五个湖泊水温适中、呈弱碱性,适宜蓝藻生长;叶绿素a水平与水体富营养化程度正相关;2.滇池海埂附近水域,叶绿素a全年含量丰富,季节性变化主要受水温影响;总氮含量相对充分,不再是藻类生长限制因子;叶绿素a含量同时受到风向等因素影响;3.滇池全湖叶绿素a含量呈北高南低趋势,总磷对其含量影响较大。其次,利用光学显微镜、透射电子显微镜技术(TEM)清晰观察到水样中藻类和噬藻体病毒粒子的多样化形态;通过蓝藻16S-23S rDNA间隔基因(ITS)和噬藻体衣壳组装蛋白基因(g20)的PCR扩增和同源关系进化树构建,确定了蓝藻和噬藻体的遗传多样性;以噬藻体尾鞘蛋白编码基因(g91)为靶基因,用PCR方法检测到水样中铜绿微囊藻的噬藻体。对滇池海埂水域藻类种类的季节性变化与水温关系分析,发现微囊藻属(Microcystis. sp)多个藻种在水温较高月份成为优势种;滇池各水域蓝藻的种类存在差异,草海蓝藻多样性明显高于外海,海埂水域则以微囊藻属为优势种。噬藻体在所研究的五个湖泊的分布差异明显,与藻类分布和湖泊富营养化程度密切相关,既发现有呈全球性分布的噬藻体,某些噬藻体种类为云南独有。最后,以微囊藻藻青蛋白间隔基因(PC-IGS)和噬藻体g91基因为扩增靶区段,设计特异性PCR引物,建立了SYBR-Green荧光定量PCR检测技术,对水样中微囊藻及噬藻体进行定量检测。结果发现:海埂水域微囊藻及其噬藻体平均含量较高,年平均微囊藻PC-IGS基因拷贝数为4.53x105copies/ml,噬藻体g91基因拷贝数为4.95×105copies/ml,两者数量随季节变化显著相关(Pearson系数,r=0.839,P=0.001,N=11);2009年10月检测的滇池各水域微囊藻及其噬藻体含量北部水域高于南部,但差异未达到显著水平。通过以上研究,初步了解了滇池等湖泊中藻类及噬藻体的种类多样性、分布特征,微囊藻和噬藻体数量随季节和地理分布变化的相关性等,为进一步研究噬藻体在蓝藻水华治理的作用提供了一定的理论依据。
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全文目录
摘要 4-6 ABSTRACT 6-8 目录 8-12 插图和附表清单 12-15 英文缩写词表 15-16 第一章 绪论 16-30 1.1 湖泊富营养化及蓝藻水华 16-19 1.1.1 蓝藻水华及其危害 16-17 1.1.2 蓝藻水华形成的影响因素 17-18 1.1.3 水华蓝藻的种类特征及鉴定 18-19 1.2 蓝藻水华治理 19-20 1.2.1 物理方法 19 1.2.2 化学方法 19-20 1.2.3 生物方法 20 1.3 蓝藻病毒--噬藻体 20-26 1.3.1 噬藻体命名与分类 20-22 1.3.2 噬藻体的生态功能 22 1.3.3 噬藻体分子生物学研究 22-23 1.3.4 噬藻体研究方法 23-26 1.4 云南高原淡水湖泊富营养化状况 26-27 1.5 云南滇池水华蓝藻及噬藻体研究现状 27-28 1.6 本论文研究目的与技术路线 28-30 1.6.1 本研究方法与目的意义 28-29 1.6.2 本研究技术路线 29-30 第二章 水样水质检测 30-48 2.1 引言 30 2.2 材料与设备 30-31 2.2.1 实验材料 30 2.2.2 主要试剂(试剂盒)及溶液配制 30-31 2.2.3 主要实验仪器设备 31 2.3 水样采集湖泊简介 31-32 2.4 实验方法 32-36 2.4.1 水样采集 32-35 2.4.2 水体中总氮的测定 35 2.4.3 水体中总磷的测定 35 2.4.4 水体中化学需氧量的测定 35 2.4.5 水体中生化需氧量的测定 35 2.4.6 水样中叶绿素a的测定 35-36 2.5 实验结果 36-41 2.5.1 水质总氮、总磷含量检测校准曲线 36-37 2.5.2 五湖水样水质检测结果 37-38 2.5.3 滇池海埂全年水质检测结果 38-39 2.5.4 滇池全湖水质检测结果 39-41 2.6 结果讨论 41-47 2.6.1 五湖水质特征及藻类含量影响因素 41-43 2.6.2 滇池海埂水质季节变化特征 43-45 2.6.3 滇池全湖水质地理分布特征 45-47 2.7 本章小结 47-48 第三章 蓝藻及噬藻体多样性分析 48-65 3.1 引言 48 3.2 材料与设备 48-49 3.2.1 实验材料 48 3.2.2 主要试剂(试剂盒)及溶液配制 48 3.2.3 主要实验仪器设备 48-49 3.3 实验方法与步骤 49-55 3.3.1 水样中藻类形态观察 49 3.3.2 浓缩水样中病毒粒子形态观察 49 3.3.3 引物的选择与合成 49 3.3.4 水样浓缩与核酸提取 49-50 3.3.5 噬藻体g20、g91和蓝藻16S-23S rDNA ITS基因PCR扩增 50-53 3.3.6 核酸扩增产物凝胶电泳及纯化 53 3.3.7 纯化产物TA克隆和测定 53-54 3.3.8 基于蓝藻16S-23S rDNA ITS基因的进化树的构建 54 3.3.9 基于噬藻体g20基因的进化树构建 54-55 3.3.10. 噬藻体g91基因序列相似性比较 55 3.4 实验结果 55-62 3.4.1 水样中藻类形态观察结果 55-58 3.4.2 基于蓝藻rDNA16S-23S ITS基因的进化树构建 58-59 3.4.3 水样中病毒粒子形态观察结果 59-60 3.4.4 基于噬藻体g20基因的进化树构建 60-61 3.4.5 噬藻体g91基因序列相似性比较 61-62 3.5 结果讨论 62-64 3.5.1 藻类种类及分布差异分析 62-63 3.5.2 噬藻体种类及分布差异分析 63-64 3.6 本章小结 64-65 第四章 微囊藻和噬藻体的数量变化分析 65-81 4.1 引言 65 4.2 材料与设备 65-67 4.2.1 实验材料 65-66 4.2.2 主要试剂(试剂盒)及溶液配制 66 4.2.3 主要实验仪器设备 66-67 4.3 实验方法与步骤 67-72 4.3.1 引物的选择与合成 67 4.3.2 蓝藻基因组DNA提取 67-68 4.3.3 噬藻体基因组DNA的提取 68 4.3.4 定量标准品产物PCR扩增 68-69 4.3.5 PCR产物检测和纯化 69 4.3.6 PCIGS和g91基因重组质粒的构建 69-70 4.3.7 定量PCR反应条件的确立 70-72 4.4. 实验结果 72-77 4.4.1 定量PCR标准曲线的建立 72-75 4.4.2 微囊藻PCIGS拷贝数检测 75-76 4.4.3 微囊藻噬藻体g91基因定量检测 76-77 4.5 结果讨论 77-80 4.5.1 滇池海埂全年水样PCIGS与g91基因拷贝数检测 77-78 4.5.2 滇池全湖水样PCIGS与g91基因拷贝数检测 78-80 4.6 本章小结 80-81 第五章 总结 81-83 致谢 83-84 参考文献 84-91 附录A 91
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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境污染及其防治 > 水体污染及其防治 > 湖泊、水库
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