【摘要】：趨磁細(xì)菌(Magnetotactic bacteria,MTB)是一類能在外磁場的作用下做定向運(yùn)動并在體內(nèi)形成磁小體的細(xì)菌,它主要分布于土壤、湖泊和海洋等生境中。MTB的形態(tài)多樣性及系統(tǒng)發(fā)育多樣性一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),但是MTB的研究主要集中在淡水湖泊及海洋中,對特殊環(huán)境中存在的MTB研究較少。本文以春季、夏季、秋季和冬季的五大連池不同水體類型的火山堰塞湖一池(開放型)、藥泉湖(半封閉型)、月牙泡(封閉型)沉積物中的MTB為研究對象,對四季樣品中的MTB多樣性變化,與環(huán)境因子之間的關(guān)系及其在湖泊的代謝途徑中的功能進(jìn)行研究。本文通過透射電子顯微鏡(TEM)對不同季節(jié)樣品中MTB及磁小體的形態(tài)多樣性及此磁小體排列方式進(jìn)行分析。三個不同水體四季湖泊沉積物樣品中MTB形態(tài)多為橢球型和球形,其中在月牙泡夏季樣品中出現(xiàn)梭形MTB,三個湖泊的夏季與秋季樣品中MTB數(shù)量明顯增加,形態(tài)飽滿。開放型水體樣品中,MTB內(nèi)的磁小體呈現(xiàn)分散排列的方式,半封閉型水體樣品中,MTB內(nèi)的磁小體呈現(xiàn)兩端分布及單鏈排列的方式,封閉型水體樣品中,MTB內(nèi)的磁小體呈現(xiàn)分散排列和多鏈排列的方式。三種水體的湖泊中,MTB內(nèi)的磁小體均以游離的球形顆粒為主。本文將磁收集、磁純化、提取DNA及純化后的樣品進(jìn)行Illumina HiSeq(高通量測序),并對測序后的數(shù)據(jù)進(jìn)行Alpha多樣性,Beta多樣性等生物信息學(xué)分析。一池沉積物中物種豐度大于1%的菌門在春季、夏季、冬季樣品中有Proteobacteria,Bacteroidetes兩個,豐度大于1%的菌屬是包括Acinetobacter,Comamonas。秋季Proteobacteria,為優(yōu)勢菌門,Methylophilus是優(yōu)勢菌屬。其中Proteobacteria的物種豐度從春季到冬季呈現(xiàn)先下降后上升,再下降的趨勢,Bacteroidetes的物種豐度呈現(xiàn)先升高后降低再升高的走勢。藥泉湖與月牙泡春季、夏季、冬季樣品中物種豐度大于1%的菌門同樣是Proteobacteria,Bacteroidetes兩個,這兩個優(yōu)勢菌門物種豐度在春,夏,冬三個季節(jié)中沒有顯著差異,隨季節(jié)變化,總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。藥泉湖秋季樣品Bacteroidetes占據(jù)優(yōu)勢,Methylophilus成為優(yōu)勢的菌屬,月牙泡秋季樣品Proteobacteria占據(jù)優(yōu)勢,從春季到冬季,其物種豐度呈現(xiàn)逐步升高的趨勢,到冬季菌門Proteobacteria物種豐度達(dá)到最高值,其在春季與夏季兩個季節(jié)物種豐度差異不顯著。Bacteroidetes菌門從春季到冬季其物種豐度呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢,在秋季,其物種豐度最低,并且與春季,夏季,冬季樣品中Bacteroidetes菌門物種豐度差異顯著,Methylobacter成為優(yōu)勢的菌屬。此外,本文對各季節(jié)湖泊的沉積物樣品進(jìn)行相應(yīng)理化因子測定。三個湖泊的pH值穩(wěn)定在6.50左右,亞鐵離子、可溶性總鐵、硫化物及硫酸根離子等環(huán)境因子受到季節(jié)變化的影響較大,但是春夏秋冬的季節(jié)交替,對于其變化沒有明顯的規(guī)律性。本文對四個季節(jié)不同水體類型的三個湖泊中MTB樣品進(jìn)行KEGG功能預(yù)測分析,Amino acid metabolism,Carbohydrate metabolism,Global and overview maps是MTB參與的主要代謝途徑,MTB在碳氮循環(huán)中起到重要作用。本文研究的三種類型的火山堰塞湖沉積物中MTB的形態(tài)多樣性及系統(tǒng)發(fā)育多樣性隨著季節(jié)更替變化類似,水體類型對MTB多樣性的變化影響較小,季節(jié)的變化對MTB多樣性影響較大,三個湖泊中,秋季是最適合MTB生長繁育的季節(jié),磁小體合成量最高,物種多樣性豐富,在已報導(dǎo)的MTB所屬菌門菌屬豐度較高。春季、夏季、冬季樣品在MTB的系統(tǒng)發(fā)育多樣性上相似性很高,優(yōu)勢菌門菌屬相同。不同的物種隨著春季到冬季的變化呈現(xiàn)不同的或升高或降低的趨勢。季節(jié)變換導(dǎo)致MTB對自身生長所需的環(huán)境因子需求量發(fā)生改變,間接影響了每個季節(jié)的環(huán)境因子含量,尤其是鐵硫等元素。綜上,夏季是研究MTB形態(tài)多樣性最好的季節(jié),秋季是研究MTB系統(tǒng)發(fā)育多樣性的最佳季節(jié)。本文考察了春夏秋冬四個季節(jié),不同水體類型火山堰塞湖沉積物中MTB的多樣性,揭示了五大連池中一池、藥泉湖、月牙泡沉積物樣品中MTB四個季節(jié)的形態(tài)多樣性與系統(tǒng)發(fā)育多樣性的變化,明確了三個湖泊沉積物中的MTB多樣性在不同季節(jié)與環(huán)境因子(如STI、S等)之間的聯(lián)系,掌握了MTB在湖泊中參與的主要代謝途徑及預(yù)測其起到的功能作用。
【學(xué)位授予單位】：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q938
【圖文】：

2 材料與方法2.1 采樣區(qū)概況及樣品采集樣品采集區(qū)位于五大連池中一池（48.68oN，126.19oE）、藥泉湖（48.65oN，126.15oE）、月牙泡（48.75oN，126.09oE）三個湖泊。三個湖泊水體類型分別為開放型，半封閉型，封閉型。沉積物樣品采集：勘測地理位置，結(jié)合前期研究數(shù)據(jù)及采樣點(diǎn)標(biāo)記，利用五點(diǎn)采樣法進(jìn)行樣品的采集。利用表層沉積物采泥器采集 3 個湖泊的沉積物樣品，每一個湖泊設(shè)置 3 個采樣點(diǎn)，采集深度在 0-5cm，每一個湖泊的沉積物采樣位點(diǎn)為 5 個，樣品裝入采樣瓶低溫避光運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室保存。原位湖水采集：在采樣位點(diǎn)上方，采集湖泊水樣裝入封口的樣品瓶中，溫避光運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室保存。記錄具體位置信息，分別在春季（3 月份）、夏季（8 月份）、秋季（10 月份）、冬季（1 月份）進(jìn)行采樣。

3 結(jié)果3.1 四季一池樣品結(jié)果3.1.1 一池理化參數(shù)在開放型水體一池沉積物樣品的四個季節(jié)中，pH 值一直穩(wěn)定在 6.0 到 7.0 之間，多數(shù)情況下穩(wěn)定在 6.50 左右，硫酸鹽含量從春季到冬季呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，硫化物的含量也呈現(xiàn)從春季到冬季先升高后降低的趨勢，與硫酸鹽不同的是，夏季與秋季樣品中硫酸鹽含量相似，但樣品中硫化物含量秋季明顯高于夏季。此外，一池沉積物樣品中秋季亞鐵含量最高（圖 c），達(dá)到了 0.6μg/g，春季樣品中亞鐵含量最少，只有 0.36μg/g。從春季至冬季，呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。四季樣品中，可溶性總鐵（STI）含量變化不明顯（圖 d），穩(wěn)定在 0.15 mg/g 至2.0 mg/g。四種理化因子在四個季節(jié)中差異不顯著（P＞0.05）。

五大連池三個不同水體類型堰塞湖沉積物中趨磁細(xì)菌多樣性的季節(jié)變化十分重要，生境中的這兩種元素含量的增長，有利于 MTB 的生長。秋季是 MTB生長最好，數(shù)量最多的一個季節(jié)，秋季之后 MTB 的活躍度漸漸下降至冬季，完成一次隨季節(jié)更替的活躍度先升后降動態(tài)變化規(guī)律。此外，四季樣品 pH 值未發(fā)生變化，證明季節(jié)的變化對湖泊沉積物的 pH 值影響不明顯，MTB 的生長情況變化也與 pH 的變化無明顯關(guān)系。3.1.2 一池 MTB 形態(tài)多樣性ab

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本文編號：2771548