本文關(guān)鍵詞：若爾蓋鈾礦區(qū)土壤的微生物群落分布及對(duì)外源鈾的響應(yīng)

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【摘要】：土壤是微生物的大本營(yíng),重金屬一旦污染土壤,將使得土壤微生物的生長(zhǎng)代謝受到影響,導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)變化,生態(tài)平衡穩(wěn)定性受到破壞。然而,對(duì)于重金屬污染和微生物群落之間的關(guān)系在國(guó)內(nèi)外相對(duì)研究較多,而污染土壤的微生物對(duì)再次脅迫的響應(yīng)研究被忽視。本文對(duì)若爾蓋鈾礦區(qū)不同污染區(qū)域的土壤進(jìn)行樣品采集,全面調(diào)查了研究區(qū)域的微生物分布情況;采用外源鈾對(duì)若爾蓋鈾礦區(qū)的土壤樣品進(jìn)行脅迫處理,通過(guò)BIOLOG-ECO生態(tài)板技術(shù)及MiSep測(cè)序分析技術(shù)研究了外源鈾脅迫下,土壤微生物種群的變化規(guī)律;在相同的樣品預(yù)處理下,較系統(tǒng)地研究了外源鈾脅迫對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量生物學(xué)指標(biāo)之間的關(guān)系。主要研究如下:1、鈾礦區(qū)微生物群落分布及與重金屬賦存狀態(tài)的關(guān)系:以若爾蓋鈾礦區(qū)不同污染區(qū)域的土壤和水作為樣品,采用稀釋平板法對(duì)樣品中三大類微生物類群的種類及數(shù)量進(jìn)行考察,結(jié)合樣品理化性質(zhì)分析該地區(qū)微生物的群落分布特性;采用16S rDNA序列分析技術(shù)和Biolog全自動(dòng)微生物鑒定系統(tǒng)對(duì)優(yōu)勢(shì)菌株進(jìn)行菌種鑒定,采用壓力篩選法對(duì)優(yōu)勢(shì)菌株進(jìn)行U(VI)抗性篩選。結(jié)果表明,該地區(qū)以好氧微生物為主,細(xì)菌和放線菌數(shù)量與普通土壤相似(細(xì)菌n×106cfu/g-n×108cfu/g·干土,放線菌n×104cfu/g-n×106cfu/g·干土),真菌數(shù)量(n×102cfu/g-n×104cfu/g·干土)比普通土壤(n×103cfu/g~n×105cfu/g·干土)偏少。在土壤垂直方向,三大類微生物數(shù)量隨著土壤深度加深而減少,各采樣點(diǎn)20cm深度微生物平均數(shù)量減少為表層的30%左右。從該研究區(qū)篩選得到了3株對(duì)濃度為120mg/L的鈾具有較高耐受性的細(xì)菌。2、Biolog-ECO法分析鈾礦區(qū)土壤微生物群落對(duì)外源鈾脅迫的響應(yīng):采用BIOLOG-ECO生態(tài)板研究了土壤微生物群落代謝能力對(duì)外源鈾脅迫的響應(yīng)。結(jié)果表明,土壤微生物活性總體隨著外源鈾脅迫濃度的增大而減弱,脅迫濃度的增加可使土壤微生物群落Mclntosh指數(shù)降低,但是沒(méi)有顯著影響土壤微生物的Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)。微生物群落對(duì)氨基酸類碳源的利用能力最高,對(duì)酚酸類的碳源利用能力最低。主成分分析可知,TY02組土壤微生物主要影響對(duì)PC1和PC2貢獻(xiàn)較大的碳源的利用,TY05組土壤微生物主要影響對(duì)PC2貢獻(xiàn)較大的碳源的利用,而ty10組土壤微生物主要影響對(duì)pc1貢獻(xiàn)較大的碳源的利用。對(duì)pc1和pc2貢獻(xiàn)率較大的主要是利用碳水化合物的微生物群落。3、土壤細(xì)菌多樣性對(duì)外源鈾脅迫響應(yīng)的misep測(cè)序分析:采用misep高通量測(cè)序技術(shù),測(cè)定了外源鈾脅迫下的土壤細(xì)菌屬水平的變化情況。通過(guò)otu聚類分析,發(fā)現(xiàn)所選中的三個(gè)采樣點(diǎn)的共有優(yōu)勢(shì)菌群12種(菌種數(shù)量占各細(xì)菌總數(shù)的1%以上),特有優(yōu)勢(shì)菌群14種(菌種數(shù)量占各細(xì)菌總數(shù)的1%以上),獲得ty05采樣點(diǎn)的獨(dú)有細(xì)菌gracilibacter和lutispora。根據(jù)對(duì)三個(gè)處理組菌群otu的分析,找出三個(gè)處理組在不同外源鈾脅迫處理后,各組的共有優(yōu)勢(shì)菌,從而分析得到部分對(duì)鈾有較強(qiáng)耐受性的細(xì)菌,如subgroup_6_norank、gaiellales_uncultured、rb41_norank、actinobacteria_norank,gaiella等;得到部分對(duì)鈾敏感的細(xì)菌,如microlunatus、bacillus、ensifer等;得到一些細(xì)菌如oxalobacteraceae_unclassified、paucimonas、geobacter等,隨著外源鈾脅迫濃度上升,菌群數(shù)量增加。4、外源鈾脅迫對(duì)鈾礦區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量生物學(xué)指標(biāo)的影響:對(duì)受到外源鈾脅迫處理后的若爾蓋鈾礦區(qū)的土壤進(jìn)行土壤生物學(xué)指標(biāo)的測(cè)定,諸如重金屬污染和微生物生物量、土壤酶、土壤代謝商、微生物商等之間的關(guān)系。結(jié)果表明,土壤微生物生物量碳、氮與總有機(jī)碳的相關(guān)性不顯著,微生物生物量碳和微生物生物量氮與土壤重金屬含量都呈顯著負(fù)相關(guān),微生物熵隨著鈾含量的增加有顯著的降低趨勢(shì),微生物碳/氮比隨重金屬污染濃度增加而降低,代謝熵與重金屬含量達(dá)到了顯著性正相關(guān)水平,重金屬污染對(duì)過(guò)氧化氫酶、脲酶和葡萄糖酶活性有一定程度的抑制作用。微生物分布方面,三組處理前后的土壤真菌數(shù)量依次降低了83%、71%、37%,土壤細(xì)菌數(shù)量依次降低了42%、24%、28%,放線菌數(shù)量依次降低了23%、11%、18%。結(jié)論:若爾蓋鈾礦區(qū)土壤微生物以好氧細(xì)菌為主,研究篩選出3株鈾高耐受性細(xì)菌;在外源鈾脅迫下,土壤微生物群落對(duì)氨基酸類碳源的利用能力最高,對(duì)酚酸類的碳源利用能力最低,微生物活性總體隨外源鈾脅迫濃度增大而減弱;在研究所選的典型土壤樣品中,共檢測(cè)出12種優(yōu)勢(shì)菌群和14種特有菌群,并獲得ty05采樣點(diǎn)的獨(dú)有細(xì)菌gracilibacter和lutispora;土壤微生物生物量碳、氮與總有機(jī)碳的相關(guān)性不顯著,微生物生物量碳、氮與土壤重金屬污染濃度呈顯著負(fù)相關(guān),微生物熵、微生物碳/氮比與重金屬污染濃度呈負(fù)相關(guān),代謝熵與與重金屬污染濃度呈顯著性正相關(guān),重金屬污染對(duì)過(guò)氧化氫酶、脲酶和葡萄糖酶活性有一定程度的抑制作用。開展重金屬脅迫對(duì)污染土壤微生物群落分組特性的研究對(duì)探索微生物在二次污染土壤環(huán)境中的生長(zhǎng)分布規(guī)律,以及評(píng)價(jià)重金屬脅迫的土壤生態(tài)質(zhì)量有著重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：重金屬污染 微生物群落 BIOLOG-ECO MiSep高通量測(cè)序 土壤生物學(xué)指標(biāo)
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X53;X172;X753
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-15
• 1 緒論15-25
• 1.1 鈾礦污染15-16
• 1.1.1 鈾礦污染現(xiàn)狀15
• 1.1.2 鈾礦污染的特點(diǎn)15-16
• 1.2 重金屬污染與微生物變化的關(guān)系16-19
• 1.2.1 重金屬對(duì)微生物的促進(jìn)作用16-17
• 1.2.2 重金屬對(duì)微生物的抑制和毒性作用17
• 1.2.3 微生物對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)換作用17-19
• 1.3 土壤重金屬污染對(duì)微生物群落的影響19
• 1.4 土壤微生物群落的分析方法19-22
• 1.4.1 傳統(tǒng)微生物平板培養(yǎng)方法19-20
• 1.4.2 克隆文庫(kù)分析法20
• 1.4.3 磷脂脂肪酸(PLFA)譜圖分析法20-21
• 1.4.4 變性/溫度梯度凝膠電泳(DGGE/TGGE)21
• 1.4.5 BIOLOG分析方法21-22
• 1.4.6 宏基因組學(xué)22
• 1.4.7 微熱量熱法22
• 1.5 本課題主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線22-25
• 1.5.1 研究?jī)?nèi)容22-24
• 1.5.2 本研究的實(shí)驗(yàn)流程圖24-25
• 2 若爾蓋鈾礦區(qū)微生物群落分布及與重金屬賦存狀態(tài)的關(guān)系25-46
• 2.1 材料與方法25-29
• 2.1.1 樣品采集25-27
• 2.1.2 培養(yǎng)基27-28
• 2.1.3 樣品理化性質(zhì)分析28
• 2.1.4 樣品微生物分布調(diào)查28
• 2.1.5 優(yōu)勢(shì)菌株的種屬鑒定28-29
• 2.1.6 數(shù)據(jù)分析29
• 2.2 結(jié)果與分析29-43
• 2.2.1 鈾礦區(qū)地表水樣理化性質(zhì)29
• 2.2.2 鈾礦區(qū)土壤理化性質(zhì)29-31
• 2.2.3 鈾礦區(qū)地表水樣中的微生物分布31
• 2.2.4 鈾礦區(qū)土壤中的微生物分布31-38
• 2.2.5 重金屬化學(xué)形態(tài)與微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)系38-40
• 2.2.6 優(yōu)勢(shì)菌株的分離鑒定40-42
• 2.2.7 U（VI）抗性菌株的篩選42-43
• 2.3 小結(jié)與討論43-46
• 2.3.1 不同污染環(huán)境中的微生物分布43-44
• 2.3.2 重金屬化學(xué)形態(tài)與微生物分布的關(guān)系44-45
• 2.3.3 鈾耐受性微生物45
• 2.3.4 小結(jié)45-46
• 3 Biolog-ECO法分析鈾礦區(qū)土壤微生物群落對(duì)外源鈾脅迫的響應(yīng)46-58
• 3.1 材料與方法46-49
• 3.1.1 樣品采集46
• 3.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)46-47
• 3.1.3 土壤理化指標(biāo)的測(cè)定47-48
• 3.1.4 微生物功能多樣性分析48
• 3.1.5 數(shù)據(jù)分析48-49
• 3.2 結(jié)果與分析49-56
• 3.2.1 外源鈾脅迫對(duì)鈾礦區(qū)土壤微生物群落活性的影響49-50
• 3.2.2 外源鈾脅迫對(duì)土壤微生物群落多樣性的影響50-51
• 3.2.3 外源鈾脅迫對(duì)土壤微生物利用不同種類碳源能力的影響51-53
• 3.2.4 土壤微生物對(duì)碳源利用能力的主成分分析53-54
• 3.2.5 對(duì)PC軸上貢獻(xiàn)率較大的碳源種類的變化分析54-56
• 3.3 小結(jié)與討論56-58
• 3.3.1 外源鈾脅迫下微生物群落活性56
• 3.3.2 外源鈾脅迫下的微生物多樣性56-57
• 3.3.3 外源鈾脅迫下的微生物對(duì)碳源的代謝能力57
• 3.3.4 展望57-58
• 4 鈾礦區(qū)土壤細(xì)菌多樣性對(duì)外源鈾脅迫響應(yīng)的MiSep測(cè)序分析58-74
• 4.1 材料與方法58-61
• 4.1.1 樣品采集58
• 4.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)58
• 4.1.3 樣品檢測(cè)58-59
• 4.1.4 生物信息分析流程59-61
• 4.2 結(jié)果與分析61-71
• 4.2.1 有效序列數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果61
• 4.2.2 聚類與多樣性指數(shù)61-63
• 4.2.3 稀釋曲線63-64
• 4.2.4 原始土壤細(xì)菌菌群分析64-67
• 4.2.5 外源鈾脅迫下土壤細(xì)菌菌群分析67-71
• 4.3 小結(jié)與討論71-74
• 4.3.1 原始土壤菌群71-72
• 4.3.2 外源鈾脅迫下的土壤菌群72-74
• 5 外源鈾脅迫對(duì)鈾礦區(qū)土壤環(huán)境質(zhì)量生物學(xué)指標(biāo)的影響74-82
• 5.1 材料與方法74-75
• 5.1.1 樣品采集74
• 5.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)74
• 5.1.3 培養(yǎng)基74-75
• 5.1.4 環(huán)境質(zhì)量生物學(xué)指標(biāo)測(cè)定方法75
• 5.1.5 培養(yǎng)法分析鈾脅迫土壤樣品中微生物的分布75
• 5.1.6 數(shù)據(jù)分析75
• 5.2 結(jié)果與分析75-79
• 5.2.1 土壤重金屬元素分析結(jié)果75
• 5.2.2 外源鈾脅迫下的土壤微生物分布75-77
• 5.2.3 外源鈾脅迫下的土壤代謝活性77-78
• 5.2.4 外源鈾脅迫下的土壤酶活性78-79
• 5.3 小結(jié)與討論79-82
• 5.3.1 外源鈾脅迫對(duì)土壤生物學(xué)指標(biāo)的影響80-81
• 5.3.2 外源鈾脅迫對(duì)土壤酶活的影響81-82
• 結(jié)論82-84
• 本研究創(chuàng)新之處84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻(xiàn)86-97
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果97

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本文編號(hào)：670363