收藏本站
《西北农林科技大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微生物群落构建和演替对石油污染物的响应研究

焦硕  
【摘要】:土壤生态系统是土壤中多种生物与环境通过物质、能量和信息交换,相互作用所构成的一个整体。土壤微生物是土壤中最活跃的组成部分,直接参与土壤的生物化学过程及生态功能发挥。然而石油污染土壤中微生物群落构建以及响应于石油污染物的微生物群落演替规律仍不清楚。本文针对陕西五个炼油厂附近石油污染土壤(相距46-360千米),研究长期石油污染土壤微生物的生物地理分布模式和生物多样性,探索丰富和稀有微生物的群落构建和生态地位;并对采自咸阳和靖边两个地区污染土壤样本进行10个批次共100天的连续富集培养,通过添加不同污染物,包括:菲;正十八烷;菲+正十八烷;菲+正十八烷+氯化镉,探索有机污染物连续污染和降解过程中的微生物群落的演替机制。微生物群落的分析是采用16S rRNA基因V4-V5区的MiSeq高通量测序。分析结果如下:(1)通过对石油污染土壤微生物群落构建的解析,发现pH、总石油烃、总氮、镉含量能显著影响微生物群落结构,微生物α-多样性与pH呈正相关关系而与总石油烃含量呈负相关关系。微生物群落相似度随着地理距离的增加不断减少,表现出显著的距离-衰减关系,说明微生物群落构建受空间距离和环境因子的共同驱动。通过方差分解分析,发现空间距离单独解释的微生物群落差异比环境变量大。通过共发生网络分析,确定了五个关键类群(Keystone)包括Rubrivivax、Nitrospira、Methylotenera、Methyloversatilis和Acidaminobacter,微生物共发生模式是非随机的且受微生物功能驱动。(2)石油污染土壤中,稀有和丰富微生物有不同的分布模式,稀有微生物是特殊的、瞬时存在的,而丰富微生物是普遍的、持续存在的。通过功能预测,发现丰富微生物在一些主要代谢功能表现更高的活性,而稀有微生物包含更多的代谢功能多样性。同时,丰富和稀有微生物群落都表现出显著的距离-衰减模式,但它们受不同的因子驱动;丰富微生物主要受土壤因子驱动,而稀有微生物主要受地理因子驱动。通过共发生网络分析,比较子网络水平和节点水平上的拓扑特性差异,发现丰富微生物处在核心的生态地位,而稀有微生物则没有。(3)不同污染物或组合能显著改变富集菌群微生物群落的演替方向,且菌群微生物丰富度,多样性和均匀度随着演替的进行不断降低。这些富集降解菌群主要由一些已知有降解石油烃功能的微生物组成,包括Acinetobacter、Gordonia、Sphingobium、Sphingopyxis和Castellaniella。而有一些新发现的微生物如Niabella和Naxibacter可能也参与石油烃的降解过程。不同降解菌群的共发生网络的差异,表明污染物能影响微生物之间的相互作用。(4)通过maSigPro分析,发现在降解菌群富集过程中,不同污染物处理菌群有相同的动态变化模式,即持续增多(induction),持续减少(repression)和起伏变化(fluctuation),而前两类是主要的动态变化模式。降解菌群中,物种-时间关系(STRs)和时间-衰减关系(TDRs)的指数比其他环境高如水,土壤,空气等,表明连续污染可以加快微生物群落的演替速率。不同降解菌群的条件稀有类群(CRTs)具有广泛且不同的系统发育多样性。我们的研究结果揭示了不同地区的土壤,经长时间的石油污染,会形成相似的微生物类群,群落中稀有微生物没有处于核心的生态地位,但对于生态系统功能和多样性的维持起重要的生态作用。污染物决定微生物群落的演替方向,且持续污染可以加快微生物群落演替速率。
【关键词】:微生物演替 时间动态 群落构建 稀有类群 石油污染
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X742;X172
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-12
  • 第一章 文献综述12-27
  • 1.1 引言12
  • 1.2 土壤生态系统的污染现状12-13
  • 1.3 微生物生物地理分布13-18
  • 1.3.1 微生物生物地理学研究意义及存在问题14
  • 1.3.2 微生物的空间分布14-15
  • 1.3.3 微生物生物地理分布机制15-18
  • 1.3.4 生态位理论和中性理论18
  • 1.4 微生物群落演替18-22
  • 1.4.1 微生物演替分类19-20
  • 1.4.2 微生物演替机制20-21
  • 1.4.3 微生物演替模型21-22
  • 1.4.4 微生物演替研究进展22
  • 1.5 条件稀有类群(CONDITIONAL RARE TAXA;CRT)22-24
  • 1.5.1 稀有类群和微生物群落动态变化22-23
  • 1.5.2 丰度-占有率关系23-24
  • 1.5.3 条件稀有类群的研究挑战24
  • 1.6 本研究立题依据和研究意义24-27
  • 第二章 石油污染土壤微生物群落构建与生物多样性研究27-44
  • 2.1 引言27
  • 2.2 实验方法27-30
  • 2.2.1 污染土壤采集27-28
  • 2.2.2 16S rRNA基因的高通量测序28-29
  • 2.2.3 数据分析29-30
  • 2.3 结果与分析30-40
  • 2.3.1 污染土壤理化性质30
  • 2.3.2 微生物群落组成30-31
  • 2.3.3 微生物群落与环境因子31-35
  • 2.3.4 微生物群落的空间分布35-37
  • 2.3.5 微生物群落的差异分解分析37
  • 2.3.6 共发生网络分析37-40
  • 2.4 讨论40-43
  • 2.4.1 环境因子对微生物群落结构的影响40-41
  • 2.4.2 空间距离对微生物群落构建的影响41-42
  • 2.4.3 石油污染土壤微生物的共发生模式42-43
  • 2.5 小结43-44
  • 第三章 稀有和丰富微生物的生物地理分布和生态地位44-59
  • 3.1 引言44
  • 3.2 数据分析44-45
  • 3.3 结果与分析45-56
  • 3.3.1 丰富、稀有、核心微生物的一般分布模式45-48
  • 3.3.2 丰富和稀有类群的分类和功能分布48-49
  • 3.3.3 不同微生物子群落 β-多样性模式和驱动因子49-52
  • 3.3.4 不同微生物子群落共发生模式52-56
  • 3.4 讨论56-58
  • 3.4.1 稀有和丰富微生物的不同分布模式56-57
  • 3.4.2 丰富和稀有微生物的生物地理分布模式和不同的驱动因子57-58
  • 3.4.3 稀有微生物的非核心生态地位58
  • 3.5 小结58-59
  • 第四章 石油烃降解微生物菌群的驯化富集及群落演替研究59-75
  • 4.1 引言59
  • 4.2 实验方法59-61
  • 4.2.1 样品采集59
  • 4.2.2 富集培养59-60
  • 4.2.3 有机污染物降解率的测定60
  • 4.2.4 16S rRNA基因的高通量测序60
  • 4.2.5 数据分析60-61
  • 4.3 结果与分析61-72
  • 4.3.1 不同菌群污染物的降解61-62
  • 4.3.2 不同降解菌群的群落结构62-68
  • 4.3.3 微生物群落的演替68-71
  • 4.3.4 不同菌群的共发生网络分析71-72
  • 4.4 讨论72-74
  • 4.5 小结74-75
  • 第五章 微生物群落响应不同污染物的时间动态模式75-84
  • 5.1 引言75
  • 5.2 实验方法75-76
  • 5.2.1 样品采集75
  • 5.2.2 数据分析75-76
  • 5.3 结果与分析76-82
  • 5.3.1 富集菌群的细菌组成76
  • 5.3.2 污染相关的微生物模式76-78
  • 5.3.3 微生物群落时间动态模式78-80
  • 5.3.4 物种-时间关系(STR)和时间?衰减关系(TDR)80
  • 5.3.5 条件稀有类群(CRT)80-82
  • 5.4 讨论82-83
  • 5.5 小结83-84
  • 第六章 结论与创新点84-86
  • 6.1 结论84-85
  • 6.2 创新点85-86
  • 参考文献86-104
  • 附录104-105
  • 致谢105-106
  • 作者简介106-107

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈晓倩,殷浩文;微生物群落多样性分析方法的进展[J];上海环境科学;2003年03期
2 ;俄利用微生物群落分解纸浆和食物残渣产沼气[J];化学与生物工程;2012年11期
3 段魏魏;娄恺;曾军;胡蓉;史应武;何清;刘新春;孙建;晁群芳;;塔克拉玛干沙尘暴源区空气微生物群落的代谢特征[J];环境科学;2012年01期
4 王秀丽,徐建民,姚槐应,谢正苗;重金属铜、锌、镉、铅复合污染对土壤环境微生物群落的影响[J];环境科学学报;2003年01期
5 李卓佳;林亮;杨莺莺;林小涛;;芽孢杆菌制剂对虾池环境微生物群落的影响[J];农业环境科学学报;2007年03期
6 曾炜;曾光明;黄丹莲;冯冲凌;胡霜;;铅污染对垃圾堆肥中微生物群落演替规律的影响[J];中国环境科学;2007年06期
7 艾长余;;含有活的双歧菌和乳土糖的粉状制剂。[J];乳品工业;1981年03期
8 黄备;闵怀;唐静亮;胡颢琰;王婕妤;魏娜;;浙江沿海海洋微生物群落的研究[J];中国环境监测;2009年02期
9 张卫娟;谷洁;刘强;高华;;锌污染对猪粪堆腐过程中微生物群落的影响[J];农业环境科学学报;2011年07期
10 李佳霖;汪光义;秦松;;秦皇岛近海养殖对潮间带微生物群落多样性的影响[J];生态环境学报;2011年05期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 赵立平;;分子生态学与微生物群落的动力学监测、结构解析及功能调控[A];微生物生态学研究进展——第五届微生物生态学术研讨会论文集[C];2003年
2 刘五星;骆永明;余冬梅;滕应;李振高;;油泥的预制床修复及其微生物群落变化[A];2008年中国微生物学会学术年会论文摘要集[C];2008年
3 刘波;郑雪芳;林营志;兰江林;林斌;叶耀辉;罗仰奋;;零排放猪场基质垫层微生物群落脂肪酸生物标记多样性分析[A];中国微生物学会《第二届全国农业微生物研究及产业化研讨会》和《第十一届全国杀虫微生物学术研讨会》暨《湖北省暨武汉市微生物学会和内蒙古微生物学会2008年会》论文摘要[C];2008年
4 李慧;何晶晶;张颖;徐慧;史荣久;陈冠雄;;选择16S rDNA不同高变区研究微生物群落多样性的比较[A];第十次全国环境微生物学术研讨会论文摘要集[C];2007年
5 赵立平;;生态基因组学与复杂微生物群落的结构解析[A];中国畜牧兽医学会动物微生态学分会第三届第七次学术研讨会论文集[C];2004年
6 张强;张敏;周鹏;方炎明;;基于16S rRNA PCR-DGGE的农林复合生态系统微生物群落分析(英文)[A];生态文明建设中的植物学:现在与未来——中国植物学会第十五届会员代表大会暨八十周年学术年会论文集——第2分会场:植物生态与环境保护[C];2013年
7 郑瑶瑶;田相利;王芳;董双林;;草鱼混养系统细菌数量变动和微生物群落功能多样性研究[A];渔业科技创新与发展方式转变——2011年中国水产学会学术年会论文摘要集[C];2011年
8 朱玲;张锐;钱培元;;南海海盆微生物群落的空间结构特征[A];中国海洋湖沼学会第九次全国会员代表大会暨学术研讨会论文摘要汇编[C];2007年
9 陈晓倩;殷浩文;;微生物群落多样性分析方法的进展[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(下)[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 张梦然;南极冰川湖下有各种微生物群落栖息[N];科技日报;2014年
2 华凌;南北极海洋微生物群落差异显著[N];科技日报;2012年
3 记者 刘海英;英发现以异糖酸为食的微生物群落[N];科技日报;2014年
4 何积惠 吕吉尔 编译;2020科学图景展望[N];文汇报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭建国;造纸和农药污染对大凌河微生物群落影响特征[D];大连海事大学;2015年
2 吴林寰;整合型元基因组序列分析平台构建及其在酿醋微生物群落功能研究中的应用[D];江南大学;2016年
3 黄春萍;高寒森林溪流凋落叶分解过程中的微生物群落演变[D];四川农业大学;2016年
4 焦硕;微生物群落构建和演替对石油污染物的响应研究[D];西北农林科技大学;2017年
5 王尚;滇藏热泉微生物群落分布及其控制因素研究[D];中国地质大学(北京);2015年
6 刘正辉;东江氨氮污染河段的微生物群落特征[D];华南理工大学;2011年
7 胡晓娟;广东典型海域微生物群落特征分析[D];暨南大学;2013年
8 谢建平;功能基因芯片(GeoChip)在两种典型环境微生物群落分析中应用的研究[D];中南大学;2011年
9 肖升木;分子生态学技术在环境微生物群落与功能基因中的应用研究[D];东华大学;2010年
10 张衍;化工园区废水排放对杭州湾纳污区域微生物群落影响研究[D];清华大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 解井坤;偶氮染料脱色特异微生物群落及其应用研究[D];陕西科技大学;2015年
2 李林佳;青岛市不同季节雾霾期与非雾霾期空气微生物多样性比较研究[D];青岛理工大学;2015年
3 杨桂丽;宁夏南部山区马铃薯连作栽培障碍及间作调节研究[D];宁夏大学;2015年
4 张皓;养殖环境微生物群落的动态变化及与水环境的互作[D];苏州大学;2015年
5 纪淑蓉;隔离降雨对米槠天然林土壤呼吸及微生物群落的影响[D];福建师范大学;2015年
6 罗锡梅;基于单碱基识别的qPCR微生物群落定量技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
7 黄琼;南昌市PM10和PM2.5中微生物群落的分布及其相关性分析[D];南昌大学;2015年
8 马丽;绿蛙蝌蚪消化道超微结构及其微生物群落多样性的研究[D];陕西师范大学;2015年
9 胡海啸;基于微生物群落特征的海岸带生境诊断方法研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
10 丁红利;添加秸秆对土壤有机质和微生物群落及其演替的影响[D];西南大学;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026