發(fā)布時間：2018-03-02 18:24

  本文選題：微生物演替　切入點：時間動態(tài)　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：土壤生態(tài)系統(tǒng)是土壤中多種生物與環(huán)境通過物質(zhì)、能量和信息交換,相互作用所構(gòu)成的一個整體。土壤微生物是土壤中最活躍的組成部分,直接參與土壤的生物化學(xué)過程及生態(tài)功能發(fā)揮。然而石油污染土壤中微生物群落構(gòu)建以及響應(yīng)于石油污染物的微生物群落演替規(guī)律仍不清楚。本文針對陜西五個煉油廠附近石油污染土壤(相距46-360千米),研究長期石油污染土壤微生物的生物地理分布模式和生物多樣性,探索豐富和稀有微生物的群落構(gòu)建和生態(tài)地位;并對采自咸陽和靖邊兩個地區(qū)污染土壤樣本進(jìn)行10個批次共100天的連續(xù)富集培養(yǎng),通過添加不同污染物,包括:菲;正十八烷;菲+正十八烷;菲+正十八烷+氯化鎘,探索有機污染物連續(xù)污染和降解過程中的微生物群落的演替機制。微生物群落的分析是采用16S rRNA基因V4-V5區(qū)的MiSeq高通量測序。分析結(jié)果如下:(1)通過對石油污染土壤微生物群落構(gòu)建的解析,發(fā)現(xiàn)pH、總石油烴、總氮、鎘含量能顯著影響微生物群落結(jié)構(gòu),微生物α-多樣性與pH呈正相關(guān)關(guān)系而與總石油烴含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。微生物群落相似度隨著地理距離的增加不斷減少,表現(xiàn)出顯著的距離-衰減關(guān)系,說明微生物群落構(gòu)建受空間距離和環(huán)境因子的共同驅(qū)動。通過方差分解分析,發(fā)現(xiàn)空間距離單獨解釋的微生物群落差異比環(huán)境變量大。通過共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分析,確定了五個關(guān)鍵類群(Keystone)包括Rubrivivax、Nitrospira、Methylotenera、Methyloversatilis和Acidaminobacter,微生物共發(fā)生模式是非隨機的且受微生物功能驅(qū)動。(2)石油污染土壤中,稀有和豐富微生物有不同的分布模式,稀有微生物是特殊的、瞬時存在的,而豐富微生物是普遍的、持續(xù)存在的。通過功能預(yù)測,發(fā)現(xiàn)豐富微生物在一些主要代謝功能表現(xiàn)更高的活性,而稀有微生物包含更多的代謝功能多樣性。同時,豐富和稀有微生物群落都表現(xiàn)出顯著的距離-衰減模式,但它們受不同的因子驅(qū)動;豐富微生物主要受土壤因子驅(qū)動,而稀有微生物主要受地理因子驅(qū)動。通過共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分析,比較子網(wǎng)絡(luò)水平和節(jié)點水平上的拓?fù)涮匦圆町?發(fā)現(xiàn)豐富微生物處在核心的生態(tài)地位,而稀有微生物則沒有。(3)不同污染物或組合能顯著改變富集菌群微生物群落的演替方向,且菌群微生物豐富度,多樣性和均勻度隨著演替的進(jìn)行不斷降低。這些富集降解菌群主要由一些已知有降解石油烴功能的微生物組成,包括Acinetobacter、Gordonia、Sphingobium、Sphingopyxis和Castellaniella。而有一些新發(fā)現(xiàn)的微生物如Niabella和Naxibacter可能也參與石油烴的降解過程。不同降解菌群的共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)的差異,表明污染物能影響微生物之間的相互作用。(4)通過maSigPro分析,發(fā)現(xiàn)在降解菌群富集過程中,不同污染物處理菌群有相同的動態(tài)變化模式,即持續(xù)增多(induction),持續(xù)減少(repression)和起伏變化(fluctuation),而前兩類是主要的動態(tài)變化模式。降解菌群中,物種-時間關(guān)系(STRs)和時間-衰減關(guān)系(TDRs)的指數(shù)比其他環(huán)境高如水,土壤,空氣等,表明連續(xù)污染可以加快微生物群落的演替速率。不同降解菌群的條件稀有類群(CRTs)具有廣泛且不同的系統(tǒng)發(fā)育多樣性。我們的研究結(jié)果揭示了不同地區(qū)的土壤,經(jīng)長時間的石油污染,會形成相似的微生物類群,群落中稀有微生物沒有處于核心的生態(tài)地位,但對于生態(tài)系統(tǒng)功能和多樣性的維持起重要的生態(tài)作用。污染物決定微生物群落的演替方向,且持續(xù)污染可以加快微生物群落演替速率。
[Abstract]:The soil ecosystem is the soil and environment through a variety of biological material, energy and information exchange, the interaction of a whole formed. Soil microbe is the most active part of soil, biological and chemical processes and ecological function of soil directly involved in the play. However, in response to the oil pollutant microbial community succession of microorganism community construction oil contaminated soil is still not clear. In this paper the petroleum contaminated soil near Shaanxi five refineries (about 46-360 km), long-term study of petroleum contaminated soil microbial biogeography distribution pattern and biodiversity, explore the rich and rare microbial community construction and ecological status; and collected from contaminated soil samples in Xianyang and Jingbian two a region of 10 batches of a total of 100 days of continuous enrichment, by adding different pollutants, including phenanthrene; are eighteen alkyl phenanthrene + is ten; The Philippines is eighteen + eight alkyl; alkane + cadmium chloride, explore the mechanism of microbial community succession and degradation of organic pollutants in the process of continuous pollution. Microbial community analysis is MiSeq high-throughput sequencing using 16S rRNA gene V4-V5 region. The results are as follows: (1) through the analysis, construction of petroleum contaminated soil microbial community the discovery of pH, total nitrogen, total petroleum hydrocarbons, the cadmium content can significantly affect the microbial community structure and microbial alpha diversity is positively correlated with pH and negatively correlated with the content of total petroleum hydrocarbons. The microbial community similarity with geographic distance increased constantly reduced, showed a significant distance decay relationship, indicating microbial community driven by the construction of common space and environmental factors. Through the analysis of variance decomposition, found differences in the microbial community space to explain the ratio of environmental variables. Through co occurrence network analysis, determine The five key groups (Keystone) including Rubrivivax, Nitrospira, Methylotenera, Methyloversatilis and Acidaminobacter, there is a non random pattern of microorganisms and microbial function driven. (2) in petroleum contaminated soil, rare and abundant microbes have different distribution patterns of rare microorganisms is special, transient existence, and abundant microorganism is common, persistent. Through function prediction, the discovery of rich microorganisms exhibited higher activity in some of the major metabolic function, and rare microorganisms including metabolic function more diversity. At the same time, rich and rare microbial communities showed significant distance decay patterns, but they are driven by different factors; rich the main driving factor is affected by soil microorganisms, and rare microorganisms mainly affected by geographical factors driving. Through network analysis were compared, and the water level of the sub network node The difference on the topological characteristics of flat, discovered the rich ecological status of microorganisms at the core, and rare microorganisms are not. (3) the direction of succession of different pollutants or combination can significantly change the bacteria in the microbial community and microbial flora, species richness, diversity and evenness decreased with succession. The enrichment of degrading bacteria the group consists of some known functional degradation of petroleum hydrocarbon components, including Acinetobacter, Gordonia, Sphingobium, Sphingopyxis and Castellaniella. and some of the newly discovered microbial degradation processes such as Niabella and Naxibacter may be involved in petroleum hydrocarbon. There were differences in different network degrading bacteria, that pollutants can affect the interaction between microorganisms. (4) through the analysis of maSigPro, found in bacteria enrichment process, different pollutant treatment bacteria have the same dynamic change model, That is increasing (induction), continued to decrease (repression) and fluctuation (fluctuation), the two is the dynamic change model. The main degradation flora, species - time relation (STRs) attenuation relationship and time index (TDRs) than other high environment such as water, soil, air, show continuous pollution can accelerate the succession of microbial community in different conditions. The rate of degradation flora of rare taxa (CRTs) system has extensive and different developmental diversity. Our results reveal the different regions of the soil, the oil pollution long time of dye, will form a similar microbial, microbial community in rare ecological status at the core, but for the ecosystem function and diversity maintenance plays an important ecological role. The microbial community succession of pollutants, and persistent pollution can accelerate the microbial community succession rate.

【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X742;X172

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本文編號：1557654