黃河入�？诘靥廃S河、渤海與萊州灣的交匯處,是我國三大河口之一。根據(jù)《中國海洋環(huán)境狀況公報》數(shù)據(jù)顯示,近年來氮素成為黃河匯入海洋的主要污染物之一。氮素過量排放導(dǎo)致黃河入�？诩芭徍Ｓ蚋粻I養(yǎng)化程度加重,局部生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞。因此,研究和解決氮素過量引起的黃河入�？谏鷳B(tài)問題已成為一個嚴峻而緊迫的課題。微生物參與地球元素物質(zhì)循環(huán),在河口區(qū)氮素削減過程中發(fā)揮著重要作用。微生物驅(qū)動的氮循環(huán)主要包括硝化、反硝化、硝酸鹽異化還原成銨和厭氧氨氧化等過程。其中氨氧化過程是硝化過程的限速步驟,可將環(huán)境中的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮,是硝化-反硝化聯(lián)合脫氮的第一步;反硝化、厭氧氨氧化及硝酸鹽異化還原成銨過程可將環(huán)境的硝態(tài)氮進行還原和轉(zhuǎn)化,從而實現(xiàn)氮素的削減。目前,對于驅(qū)動黃河入�？诘剞D(zhuǎn)化過程的主要微生物類群及影響因素尚不清楚。本論文選取黃河入�？跒檠芯繀^(qū)域,綜合利用同位素示蹤、高通量測序、功能基因克隆文庫和定量PCR等方法,首先探尋了黃河入海口氨氧化微生物的豐度、多樣性及群落分布特征;進一步研究了黃河入海口微生物驅(qū)動的硝酸鹽還原過程及其影響因素;最后通過微宇宙實驗探尋了關(guān)鍵因素(硝酸鹽)對微生物驅(qū)動的硝酸鹽還...

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【學(xué)位級別】：博士

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縮略詞說明
中文摘要
Abstract
1 前言
    1.1 河口及海洋環(huán)境微生物及其主要生態(tài)功能概述
        1.1.1 河口及海洋環(huán)境微生物生態(tài)學(xué)簡述
        1.1.2 河口及海洋環(huán)境微生物主要生態(tài)功能概述
    1.2 河口及海洋環(huán)境微生物驅(qū)動的氮循環(huán)過程
        1.2.1 固氮過程
        1.2.2 硝化過程
        1.2.3 反硝化過程
        1.2.4 厭氧氨氧化過程
        1.2.5 硝酸鹽異化還原成銨過程
    1.3 河口及海洋環(huán)境基于¹⁵N同位素的氮素遷移研究
    1.4 河口及海洋環(huán)境基于測序方法的微生物分子生態(tài)學(xué)研究
        1.4.1 基于傳統(tǒng)測序方法的微生物分子生態(tài)學(xué)研究
        1.4.2 基于高通量測序方法的微生物分子生態(tài)學(xué)研究
    1.5 研究區(qū)域概況及主要生態(tài)問題
        1.5.1 黃河入�？谒w與沉積物生態(tài)系統(tǒng)
        1.5.2 黃河入�？跐竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)
    1.6 本研究的目的及意義
2 材料與方法
    2.1 材料
        2.1.1 實驗所用樣品材料
        2.1.2 菌株和質(zhì)粒
        2.1.3 主要酶及生化試劑
        2.1.4 實驗相關(guān)引物
    2.2 方法
        2.2.1 采樣區(qū)域概述及樣品采集
            2.2.1.1 黃河入�？谒w及沉積物采樣點描述及樣品采集
            2.2.1.2 黃河入�？跐竦丶盀┩坎蓸狱c描述及樣品采集
            2.2.1.3 微宇宙實驗的設(shè)計及樣品采集
        2.2.2 樣品理化指標測定
        2.2.3 微生物潛在硝酸鹽還原速率測定及計算
            2.2.3.1 反硝化及厭氧氨氧化速率測定及計算
            2.2.3.2 硝酸鹽異化還原成銨速率測定及計算
        2.2.4 樣品核酸提取與檢測
            2.2.4.1 濕地及沉積物土壤樣品DNA提取與檢測
            2.2.4.2 水體樣品DNA提取與檢測
            2.2.4.3 濕地及沉積物土壤樣品RNA提取與檢測
            2.2.4.4 水體樣品RNA提取與檢測
        2.2.5 目的基因的標準質(zhì)粒模板構(gòu)建
            2.2.5.1 目的基因的PCR擴增
            2.2.5.2 目的基因PCR產(chǎn)物的回收純化
            2.2.5.3 目的基因與克隆載體的連接
            2.2.5.4 克隆載體的大腸桿菌感受態(tài)細胞轉(zhuǎn)化
            2.2.5.5 陽性克隆的篩選
            2.2.5.6 標準質(zhì)粒的獲得
        2.2.6 熒光定量PCR檢測目的基因豐度
        2.2.7 克隆文庫的構(gòu)建
        2.2.8 系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建
        2.2.9 高通量測序上機處理
        2.2.10 高通量數(shù)據(jù)下機分析
        2.2.11 統(tǒng)計學(xué)分析及數(shù)據(jù)可視化
3 結(jié)果與分析
    3.1 黃河入�？谒w及沉積物中氨氧化微生物的群落特征及其影響因素研究
        3.1.1 水體及沉積物樣品基本理化特征
        3.1.2 氨氧化微生物的豐度
        3.1.3 氨氧化微生物的多樣性
            3.1.3.1 氨氧化微生物的α-多樣性
            3.1.3.2 氨氧化微生物的β-多樣性
        3.1.4 氨氧化微生物的系統(tǒng)進化樹
            3.1.4.1 氨氧化古菌amoA基因的系統(tǒng)進化樹
            3.1.4.2 氨氧化細菌amoA基因的系統(tǒng)進化樹
        3.1.5 氨氧化微生物的群落聚類
        3.1.6 氨氧化微生物與理化參數(shù)的相關(guān)性
            3.1.6.1 氨氧化微生物豐度、多樣性及優(yōu)勢物種與理化參數(shù)的相關(guān)性
            3.1.6.2 氨氧化微生物群落結(jié)構(gòu)與理化參數(shù)的相關(guān)性
    3.2 黃河入海口濕地微生物驅(qū)動的硝酸鹽還原過程及其影響因素研究
        3.2.1 濕地土壤基本理化特征
        3.2.2 微生物驅(qū)動的硝酸鹽還原速率分布特征
        3.2.3 微生物驅(qū)動的硝酸鹽還原速率與理化參數(shù)的相關(guān)性
        3.2.4 細菌16S rRNA基因及硝酸鹽還原功能基因的豐度
        3.2.5 硝酸鹽還原功能基因豐度與其對應(yīng)速率的線性擬合
        3.2.6 細菌16S rRNA基因及硝酸鹽還原功能基因的豐度與理化參數(shù)的相關(guān)性
    3.3 硝酸鹽處理對微生物驅(qū)動的硝酸鹽還原速率及細菌群落分布特征的影響研究
        3.3.1 硝酸鹽處理樣品中微生物驅(qū)動的硝酸鹽還原速率
        3.3.2 硝酸鹽處理樣品中細菌16S rRNA基因及功能基因的豐度
        3.3.3 硝酸鹽處理樣品的硝酸鹽還原功能基因豐度與其對應(yīng)速率的線性擬合
        3.3.4 硝酸鹽處理樣品的高通量測序及稀釋曲線
        3.3.5 硝酸鹽處理樣品中細菌群落多樣性
            3.3.5.1 硝酸鹽處理樣品中細菌群落的α-多樣性
            3.3.5.2 硝酸鹽處理樣品中細菌群落的β-多樣性
        3.3.6 硝酸鹽處理樣品中的優(yōu)勢細菌類群
        3.3.7 硝酸鹽處理與細菌群落的多元回歸樹分析
        3.3.8 不同硝酸鹽處理組細菌群落的網(wǎng)絡(luò)共存關(guān)系
        3.3.9 不同硝酸鹽處理組中細菌指示類群
4 討論
    4.1 黃河入�？诎毖趸啪莾�(yōu)勢的氨氧化微生物類群
    4.2 黃河入�？诎毖趸⑸锎嬖谏撤植疾町�
    4.3 黃河入�？诎毖趸⑸锓植继卣魇芴己坑绊�
    4.4 黃河入海口反硝化過程是主要的硝酸鹽還原過程
    4.5 黃河入�？谙跛猁}還原過程的速率和豐度受多種環(huán)境因子共同影響
    4.6 硝酸鹽是影響微生物驅(qū)動的硝酸鹽還原速率的關(guān)鍵因子
    4.7 硝酸鹽濃度影響細菌的群落組成
5 結(jié)論
參考文獻
附錄
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及成果
致謝



本文編號：3823862