【摘 要】
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湿地是全球生态系统的重要组成部分。湿地微生物在湿地生态系统中发挥重要的作用,可参与多种地球生物化学循环过程。东北地区是我国主要湿地分布区之一,具有多种类型的湿地资源。国际上针对环境微生物群落的研究主要集中在土壤、河流和海洋等生态系统中,而对兼具水生和陆生特点的湿地生态系统研究相对较匮乏。本研究以东北地区六个典型湿地为研究对象,包括三种湿地类型:滨海湿地(辽河口和鸭绿江口)、沼泽湿地(南瓮河、洪河和
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【基金项目】
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国家自然科学基金(41571246);
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湿地是全球生态系统的重要组成部分。湿地微生物在湿地生态系统中发挥重要的作用,可参与多种地球生物化学循环过程。东北地区是我国主要湿地分布区之一,具有多种类型的湿地资源。国际上针对环境微生物群落的研究主要集中在土壤、河流和海洋等生态系统中,而对兼具水生和陆生特点的湿地生态系统研究相对较匮乏。本研究以东北地区六个典型湿地为研究对象,包括三种湿地类型:滨海湿地(辽河口和鸭绿江口)、沼泽湿地(南瓮河、洪河和扎龙)和湖泊湿地(兴凯湖),采集不同类型湿地沉积物(表面底泥)和水体样品,采用Illumina Miseq高通量测序技术,解析东北典型湿地沉积物和水体细菌群落组成异同;采用随机扩增多态性DNA标记(Randomly Amplified Polymorphic DNA PCR)技术,解析东北典型湿地水体病毒群落组成;采用宏基因组测序技术,对水体病毒宏基因组结构进行解析及功能预测。旨在揭示东北典型湿地细菌及病毒群落多样性。研究结果如下:1.采用高通量测序技术对东北典型湿地沉积物及水体细菌群落组成及结构进行研究,发现两个滨海湿地中细菌群落结构组成较相似,与其它四个淡水湿地细菌群落组成差异明显。沉积物中优势细菌门为变形菌门(Proteobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi),水体中优势细菌门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。不同类型湿地沉积物及水体中指示物种存在较大差异,并且与湿地类型密切相关。沉积物及水体中淡水湿地细菌群落α-多样性(α-diversity)均高于滨海湿地。沉积物及水体细菌群落结构根据湿地类型分成两个不同的分组,其中滨海湿地一组,淡水湿地一组,且滨海湿地群落结构组成较淡水湿地更加相似。沉积物及水体细菌群落结构受不同的环境因子影响,沉积物细菌群落结构主要受速效钾含量影响,水体细菌群落结构主要受全磷和全钾含量影响。2.采用RAPD-PCR对东北典型湿地水体病毒群落多样性进行解析,通过对RAPD指纹图谱分析发现两个滨海湿地中病毒群落结构组成较相似,与其它四个淡水湿地细菌群落组成差异明显。湿地水体病毒群落结构主要由铵态氮、无机碳、全钾、全磷、全碳和硝态氮所驱动,其中铵态氮含量是影响病毒群落结构的主要因素。随机切取了167个条带进行克隆,对检测到的87个阳性克隆进行测序后经比对发现,在氨基酸水平上这些序列注释为病毒、细菌及真核生物,其中病毒序列所占比例为39.08%,且微小病毒科(Microviridae)是东北典型湿地水体中的优势病毒科。水体细菌与病毒群落结构即存在相似之处,也存在不同之处,主要表现为淡水湿地中南瓮河和洪河湿地细菌及病毒群落结构较相似,而扎龙和兴凯湖湿地细菌群落结构较相似,但病毒群落结构差异较大。3.采用宏基因组技术对东北典型湿地水体病毒宏基因组组成及功能进行解析。从辽河口、鸭绿江口、扎龙、南瓮河、兴凯湖和洪河六个东北典型湿地水体样品中分别获得22,523、7,467、12,043、12,353、13,250和17,146条组装序列(contigs),分析发现不同类型湿地水体病毒宏基因组中以单链DNA(ss DNA)病毒为主,且微小病毒科(Microviridae)是水体中的优势病毒科。不同类型湿地水体病毒宏基因组α-多样性(α-diversity)不同,其中辽河口湿地水体病毒宏基因组α-多样性(α-diversity)最高。辽河口、鸭绿江口、扎龙、南瓮河、兴凯湖和洪河湿地水体病毒宏基因组序列分别可划分为28、28、27、28、28和28种功能基因,其中噬菌体/前噬菌体/转位因子/质粒(Phages,Prophages,Transposable elements,Plasmids)功能基因所占比例最大,且湿地水体病毒中含有与代谢相关的功能基因。
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