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辽河口海水及沉积环境细菌丰度时空变化与群落结构浅析

辽河口海水及沉积环境细菌丰度时空变化与群落结构浅析

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作者：昝帅君大连海洋大学

学位级别：硕士

分别于2013年夏季、秋季和2014年春季对辽河口海域微生物(包括总大肠菌群、粪大肠菌群、肠球菌、异养细菌、石油烃降解菌、硝化细菌和反硝化细菌)和环境因子进行调查采样及分析,掌握海水和沉积物中细菌的丰度变化、时空分布特征及其与... 详细信息

分别于2013年夏季、秋季和2014年春季对辽河口海域微生物(包括总大肠菌群、粪大肠菌群、肠球菌、异养细菌、石油烃降解菌、硝化细菌和反硝化细菌)和环境因子进行调查采样及分析,掌握海水和沉积物中细菌的丰度变化、时空分布特征及其与环境因子间的相关性,在此基础上选取河口地区合适的指示微生物来指示环境污染的变化。与此同时,使用高通量测序对不同盐度下细菌群落结构进行研究,用16S r RNA和r DNA的比值来表示细菌活性,即潜在生长率。分析在河口多变的环境因子条件下细菌群落结构和活性的变化规律。细菌群落丰度调查结果表明,在时间尺度上,海水和沉积物中总大肠菌群、粪大肠菌群、肠球菌、异养细菌和石油烃降解菌丰度:夏季>秋季>春季;硝化细菌和反硝化细菌丰度:春季>秋季>夏季。在空间尺度上,海水中细菌丰度低于沉积物;近岸高于外海。总大肠菌群、粪大肠菌群和肠球菌的丰度变化与环境指标之间有显著相关性;粪大肠菌群、肠球菌与水化学指标Si O34--Si、NH4+-N、TP和COD之间均存在显著相关性,其中粪大肠菌群与Si O34--Si和TP的相关系数均大于0.714,肠球菌与TP和COD的相关系数均大于0.742。辽河口粪大肠菌群和肠球菌的时空分布特征与陆源污染物特别是氮磷的输入量密切相关,而且二者之间呈显著正相关关系,粪大肠菌群与肠球菌可以反映河口粪便污染情况。盐度是影响石油烃降解菌和异养细菌时空分布最主要的因素之一,海水中石油烃含量和水温也是影响其丰度及分布原因,这三者构成石油烃降解菌时空分布的主要影响因素;同时异养细菌丰度与磷酸盐有显著正相关关系,海水中异养细菌在一定程度上可以反映磷酸盐的污染。硝化细菌、反硝化细菌与环境化学指标间相关性较复杂,温度、底物营养盐的浓度、溶解氧含量、p H、盐度、沉积物的氧化还原电位等都可能影响硝化细菌及反硝化细菌生长繁殖代谢的因素,在春季和秋季,亚硝酸盐与硝化、反硝化细菌有显著相关性。辽河口细菌群落结构的分析结果表明,辽河口优势细菌门类包括有变形菌门(Proteobacteria)、蓝细菌(Cyanobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),其中变形菌门中所占比例由高到低的菌纲分别是β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria),此外还有杆菌属中的鞘氨醇杆菌属(Sphingobacteriia)、放线菌纲(Actinobacteria)和黄杆菌属(Flavobacteriia)等在河口也占到一定的比例。全样本相似度分析表明低盐度(淡水区域)和中盐度(淡海水混合区域)环境细菌的相似性较为接近,而海水盐度区域水体中细菌群落与低盐和中盐度细菌群落多样性差异较大;空间距离对群落结构相似性有明显影响。河口地区细菌群落中以浮游方式生活的细菌占有较大比例,河口细菌群落中浮游细菌群落对生态环境有重要影响。其中海细菌(Marinobacterium)、伯克氏菌(Paucimonas)、韧皮杆菌(Candidatus Planktophila)和球形红杆菌(Candidatus Aquirestis)在海水盐度地区丰度极少甚至不存在;而一些菌属,例如芽孢杆菌(Bacillus)、动性杆菌(Planomicrobium)、鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas)、沉积物杆菌(Sediminibacterium)和副球菌(Paracoccus)却能够适应海水盐度环境,但却在低盐度地区难以生存,此外还有一些细菌菌属无论在淡水低盐度、海水盐度地区还是盐度变化较大的地区都能够很好地生存和繁殖,例如岸生菌科(Litoricola)、假螺菌属(Pseudospirillum)、赤杆菌属(Erythrobacter)、α-变形菌中的SAR86(CandidatusPuniceispirillum)和假交替单胞菌(Pseudoalteromonas)等。河口不同盐度梯度下海水的细菌群落多样性指数、均匀度、群落结构和活性进行统计分析。结果显示,在整个细菌群落中16S r RNA和r DNA的丰度相关性较低,这表明细菌丰度不能很好地反映细菌群落的潜在生长率或者活动情况,但对某些细菌群落而言(如不可培养拟杆菌和嗜甲基菌科等),其16S r RNA与r DNA表现出显著的正相关,表明在这些细菌群落中细菌丰度与细菌群落生长活动有很好的相关性。实验结果表明:盐度、p H、溶氧、温度、营养盐等理化环境因子对细菌生长速率有着不同程度的影响,在众多影响因子存在的情况下,细菌群落丰度不一定是其决定因素,河口有适应不同盐度和环境条件的多种生态型细菌群落,盐度是影响细菌群落结构以及活性的主要因素。

关键词：辽河口粪便污染指示微生物环境因子盐度梯度群落结构潜在生长率相关性分析

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