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红树林湿地中脱氮微生物脱氮特性及其种群结构分析

作　者: 林娜
导　师: 柯林
学　校: 华南理工大学
专　业: 环境科学
关键词: 红树林湿地 硝化菌 反硝化菌 微生物群落结构 N2O
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着沿岸水体氮素富营养化的加剧,生物脱氮作用越来越受重视,位于海陆交界的湿地红树林生态系统作为一个自然脱氮体系备受关注。本研究以典型亚热带湿地红树林(香港Mai Po)作为对象,结合传统的富集筛选和分子生物学方法对红树林沉积物中硝化、反硝化细菌脱氮能力、种群结构和丰度进行研究。从Mai Po红树林中筛选到7株异养硝化菌,分别属于Diaphorobacter sp., Paracoccus sp., Ochrobactrum sp., Sinorhizobium sp., Pseudomonas sp和Hydrogenophaga sp.;有6株异养硝化菌2天内NH4+-N去除率就达到80%以上,另外那株细菌NWTT2天内NH4+-N去除率为40.80%,第3天NH4+-N去除率达到96.65%；菌株NYMO和NYTE具有同时硝化反硝化作用的能力,具体地,菌株NYMO和NYTE2d内NH4+-N去除率为34.60%和35.08%,NO3--N去除率为33.40%和99.92%。从Mai Po红树林中筛选到12株好氧反硝化菌和8株厌氧反硝化菌,分别属于Comamonas、Pseudomonas、Thauera、Agrobacterium、Acinetobacter、Ochrobactrum、Hydrogenophaga、Alcaligenes和Unculturedβ—proteobacterium,优势菌属为Pseudomonas菌属；其中7株好氧反硝化菌和8株厌氧反硝化菌在2天内N03--N去除率达到98%；测定氧气对好氧反硝化菌株HWTT的N20逸出量影响的实验结果表明：氧气不足条件下,N20逸出量最高值为0.15μmol, N2O/(N2O+N2)低于0.15%；好氧条件下,N20逸出量为35.71μmol, N2O/(N2O+N2)为70%以上。建立Mai　Po红树林中AOB (Ammonia Oxidizing Bacteria)和NOB (Nitrite Oxidizing Bacteria)的16S　rDNA克隆文库的结果表明,AOB克隆子分属5个菌属：Nitrosospira菌属占40.30%,β-proteobacterium菌属占28.36%,Nitrosomona菌属占14.93%,ammonia-oxidizing bacterium菌属占11.94%,Nitrosomonadaceae菌属占4.48%；66个NOB克隆子中,36个克隆子分属不同的细菌类群,其余克隆子分属δ-proteobacterium类群(22.73%),α-proteobacterium类群(16.67%),Nitrospira类群(6.06%)和未知类群(4.56%)。建立反硝化细菌的nosZ基因克隆文库的结果表明,反硝化细菌的50个克隆子中有26个克隆子分属于11个未知类群,其余克隆子属于Pennisetum类群(26%),p—proteobacterium类群(10%),Entandrophragma类群(4%), Pseudomonas类群(4%)和denitrifying bacterium类群(4%)。DGGE技术分析AOB群落结构的结果表明,Nitrosospira sp为红树林湿地中AOB的一种优势菌群；潮汐情况影响红树林湿地中AOB群落结构；季节对低潮位沉积物中AOB群落结构无明显影响,而会明显影响高潮位沉积物中AOB群落结构。结合传统的分离培养和分子生物学方法可看出：(1)红树林湿地中硝化菌和反硝化菌具有很高的生物多样性；(2)Nitrosospira sp为红树林湿地中AOB的一种优势菌群；(3)NOB的较为优势类群为δ-proteobacterium类群和α-proteobacterium类群；(4)Pseudomonas类群是优势的反硝化菌属之一。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-12
第一章 绪论  12-23
  1.1 研究意义  12-13
  1.2 国内外在该方向的研究现状及分析  13-21
    1.2.1 硝化菌研究历程  13-16
    1.2.2 反硝化细菌研究进展  16-17
    1.2.3 硝化、反硝化细菌分子生态学研究  17-20
    1.2.4 湿地生态系统中硝化、反硝化细菌研究进展  20-21
  1.3 本课题研究目的及主要内容  21-23
    1.3.1 本课题研究的目的和意义  21-22
    1.3.2 研究的主要内容  22-23
第二章 异养硝化菌、好氧和厌氧反硝化菌的筛选与鉴定  23-36
  2.1 材料与方法  23-28
    2.1.1 培养基  23-24
    2.1.2 设备与仪器  24-25
    2.1.3 采样点  25
    2.1.4 异养硝化、好氧和厌氧反硝化细菌的富集与筛选  25-27
    2.1.5 筛选到的异养硝化、好氧和厌氧反硝化细菌的鉴定  27-28
  2.2 结果与讨论  28-35
    2.2.1 16S rDNA的PCR扩增及序列测定  28-29
    2.2.2 异养硝化菌的筛选  29-35
  2.3 本章小结  35-36
第三章 硝化、反硝化细菌性能分析  36-49
  3.1 材料与方法  36-38
    3.1.1 培养基  36
    3.1.2 硝化、反硝化细菌脱氮能力研究  36-37
    3.1.3 异养硝化菌同时硝化反硝化能力测定  37
    3.1.4 反硝化菌反硝化过程中N_2O逸出量测定  37
    3.1.5 分析方法  37-38
  3.2 结果与讨论  38-48
    3.2.1 筛选到异养硝化菌的硝化能力测定  38-39
    3.2.2 异养硝化菌同时进行硝化反硝化作用  39-41
    3.2.3 反硝化菌能力测定  41-44
    3.2.4 反硝化菌反硝化过程中N_2O逸出量  44-48
  3.3 本章小结  48-49
第四章 16S RDNA克隆文库方法分析AOB和NOB的群落结构  49-60
  4.1 材料与方法  49-52
    4.1.1 实验材料  49-50
    4.1.2 总DNA提取  50
    4.1.3 PCR条件优化  50-51
    4.1.4 目的基因的PCR扩增  51
    4.1.5 16S rDNA克隆、转化和文库的建立  51-52
    4.1.6 序列测定与分析  52
  4.2 实验结果  52-59
    4.2.1 土壤总DNA提取和PCR扩增  52-53
    4.2.2 AOB和NOB16S rDNA克隆文库DNA测序  53-57
    4.2.3 系统发育树构建  57-59
  4.3 本章小结  59-60
第五章 建立NOSZ基因克隆文库和RFLP分析技术分析反硝化细菌种群结构  60-66
  5.1 材料与方法  60-61
    5.1.1 总DNA提取与目的基因片段的PCR扩增  60
    5.1.2 克隆、转化和文库的建立  60-61
    5.1.3 克隆文库的RFLP分析和核酸序列分析  61
  5.2 实验结果  61-65
    5.2.1 土壤总DNA提取和PCR扩增  61-62
    5.2.2 反硝化细菌nosZ基因克隆文库  62-63
    5.2.3 反硝化菌的RFLP分析和序列测定  63-65
    5.2.4 系统发育树构建  65
  5.3 本章小结  65-66
第六章 DGGE技术分析潮汐、季节对红树林湿地中AOB群落结构的影响  66-75
  6.1 材料与方法  66-69
    6.1.1 实验材料  66-67
    6.1.2 总DNA提取与目的基因片段的PCR扩增  67
    6.1.3 DGGE  67-69
  6.2 实验结果  69-74
    6.2.1 土壤总DNA提取和PCR扩增  69-71
    6.2.2 DGGE电泳及图谱分析结果  71-74
    6.2.3 DGGE条带测序结果  74
  6.3 本章小结  74-75
结论与展望  75-77
参考文献  77-88
攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果  88-89
致谢  89-90
附件  90

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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