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洪湖沉积物中微生物群落结构的垂直分布

作　者: 赵彦玲
导　师: 喻子牛；郑世学
学　校: 华中农业大学
专　业: 微生物学
关键词: 洪湖沉积物微生物群落垂直分布 16S rDNA 16S rRNA 变性梯度凝胶电泳(DGGE)
分类号: Q938.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

洪湖是长江中上游典型的过水型湖泊,受长江水系的影响较大。本实验截取一个长72 cm的沉积柱,测定了沉积物主要理化性质的垂直变化。通过16S rDNA与反转录16S rRNA及rDNA内转录间隔区(ITS)的变性梯度凝胶电泳(DGGE)对细菌、古菌和真菌群落结构的垂直分布进行了分析。结果显示,pH值、含水量和总磷(TP)随深度没有明显变化,总碳(TC)、总有机碳(TOC)和总氮(TN)的含量在20 cm-25 cm之间出现最大值。细菌和古菌群落结构随深度有明显变化,它们大部分样品rDNA与反转录rRNA的DGGE条带差别不大。群落结构的垂直变化都以32 cm为分界点,上下DGGE聚类分析各聚为一类。细菌rDNA与rRNA的Shannon-Weaver index (H’)在32 cm以上随深度而减小,32 cm以下有定波动；古菌H’的变化与之相反。真菌DGGE条带以14 cm-18 cm为过渡,在2cm-14 cm和14 cm-72 cm之间存在差异,H’随深度有一定波动。聚类时上层2cm-18 cm聚在一起,中下层18 cm-72 cm以不同的小类聚在一起。微生物类群系统发育分析表明,细菌主要类群包括变形菌门(Proteobacteria),酸杆菌门(Acidobacteria),放线菌门(Actinobacteria),脱铁杆菌门(Deferribacteres),厚壁菌门(Firmicutes)和疣微菌门(Verrucomicrobia)。其中,β-变形杆菌数量最多。古菌主要类群包括泉古菌门(Crenarchaeota)和广古菌门(Euryarchaeota),均是未培养的类群或克隆子。真菌主要类群属于子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota),子囊菌门是真菌的主导类群。子囊菌门包括酵母菌亚门(Saccharomycotina)和盘菌亚门(Pezizomycotina);担子菌门包括异担子菌纲(Heterobasidiomycetes),黑粉菌纲(Ustilaginomycetes)和未分类的担子菌(unclassified Basidiomycota)。综上所述,洪湖沉积物中细菌和古菌主要以现存有活性的类群为主,群落结构表现出明显的垂直变化。古菌类群多样性与营养元素TC、TOC和TN及含水量明显正相关,细菌rDNA水平的类群多样性与含水量和TP正相关,细菌rRNA水平类群多样性与pH值负相关。真菌类群多样性主要与深度有关,而受沉积物主要理化性质的影响不明显。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
第一章前言  9-19
  1.1 湖泊沉积物简介  9-10
  1.2 湖泊沉积物中微生物类群组成  10-12
    1.2.1 湖泊沉积物中细菌类群组成  10-11
    1.2.2 湖泊沉积物中古菌类群组成  11-12
    1.2.3 湖泊沉积物中真菌类群组成  12
  1.3 湖泊沉积物中微生物群落结构的垂直分布  12-14
  1.4 湖泊沉积物中微生物在地球化学循环中的作用  14-15
  1.5 湖泊沉积物中微生物类群多样性的研究方法  15-17
    1.5.1 基于微生物纯培养的方法  15-16
    1.5.2 分子生物学的研究方法  16-17
  1.6 洪湖研究概况  17-18
  1.7 研究目的和意义  18-19
第二章材料与方法  19-31
  2.1 实验材料  19-21
    2.1.1 样品的采集与处理  19
    2.1.2 主要的仪器和设备  19-20
    2.1.3 主要试剂与溶液  20-21
      2.1.3.1 所用试剂及生产公司  20
      2.1.3.2 培养基及溶液配置  20-21
      2.1.3.3 引物及序列  21
  2.2 实验方法  21-31
    2.2.1 样品理化性质的测定  21-22
      2.2.1.1 含水量的测定  21-22
      2.2.1.2 pH值的测定  22
      2.2.1.3 总碳、总有机碳、总氮和总磷的测定  22
    2.2.2 样品总DNA和总RNA的提取  22-24
      2.2.2.1 样品总DNA的提取  22-23
      2.2.2.2 样品总RNA的提取及cDNA的合成  23-24
    2.2.3 细菌16S rDNA与反转录16S rRNA的巢氏PCR  24-25
      2.2.3.1 16S rDNA的巢氏PCR  24
      2.2.3.2 反转录16S rRNA的巢氏PCR  24-25
    2.2.4 古菌16S rDNA与反转录16S rRNA的巢氏PCR  25-26
      2.2.4.1 16S rDNA的巢氏PCR  25-26
      2.2.4.2 反转录16S rRNA的巢氏PCR  26
    2.2.5 真菌rDNA内转录间隔区(ITS)的巢氏PCR  26-27
    2.2.6 PCR产物纯化  27
    2.2.7 变性梯度凝胶电泳(DGGE)  27-29
    2.2.8 DGGE条带的回收与测序  29-30
      2.2.8.1 DGGE条带切胶回收与扩增  29
      2.2.8.2 PCR产物与载体的连接  29
      2.2.8.3 转化  29
      2.2.8.4 阳性克隆子的验证  29-30
      2.2.8.5 测序  30
    2.2.9 DGGE条带的系统发育分析  30-31
第三章结果与分析  31-48
  3.1 样品主要理化性质  31
  3.2 总DNA和总RNA的提取及PCR扩增  31-34
    3.2.1 细菌16S rDNA与反转录16S rRNA的巢氏PCR  31-32
    3.2.2 古菌16S rDNA与反转录16S rRNA的巢氏PCR  32-33
    3.2.3 真菌rDNA内转录间隔区ITS的巢氏PCR  33-34
  3.3 细菌群落结构的垂直变化及DGGE条带的系统发育分析  34-40
    3.3.1 DGGE图谱及回收条带的系统发育分析  34-36
    3.3.2 多样性指数和DGGE图谱的聚类分析  36-40
  3.4 古菌群落结构的垂直变化及DGGE条带的系统发育分析  40-44
    3.4.1 DGGE图谱及回收条带的系统发育分析  40-41
    3.4.2 多样性指数和DGGE图谱的聚类分析  41-44
  3.5 真菌群落结构的垂直变化及DGGE条带的系统发育分析  44-48
    3.5.1 DGGE图谱及回收条带的系统发育分析  44-45
    3.5.2 多样性指数及DGGE图谱的聚类分析  45-48
第四章讨论  48-54
  4.1 沉积物中微生物群落结构的垂直分布  48-50
    4.1.1 细菌和古菌群落结构的垂直分布  48-49
    4.1.2 真菌群落结构的垂直分布  49-50
  4.2 微生物群落结构与沉积物主要理化性质的关系  50-54
参考文献  54-62
致谢  62-63
攻读硕士学位期间已发表及整理的文章  63

洪湖沉积物中微生物群落结构的垂直分布

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