红树林湿地沉积物微生物的研究:从结构到功能

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红树林是一类具有高生产力、十分独特而又十分重要的生态系统。它通常位于热带、亚热带中陆地与河流海洋交界的环境。每日的潮汐给这一环境带来盐度,水温上的差异,并且造成局部的厌氧环境,这些变化造就了这里独特的动植物和微生物群落。沉积物中的微生物在生态学和生物地球化学循环中起到十分重要的作用。更好地理解红树林湿地微生物群落多样性和其生态学功能为将来进一步的研究奠定科学的依据。   本研究采集福建漳江口国家级红树林自然保护区不同生境的沉积物样品,利用变性凝胶电泳(DGGE)技术和16SrDNA克隆文库技术,调查了这一环境的微生物群落结构。同时利用功能基因芯片技术对红树林湿地不同生境的沉积物中微生物的功能基因群落结构及其与环境因子之间的关系进行了研究,并且调查了不同生境中微生物在碳氮磷硫循环和环境修复中所起到的作用。   研究内容主要分四个部分,主要结果如下:   1、DGGE条带的数目可以反映微生物群落的多样性。本研究中七月份的DGGE条带数显著高于一月份(P<0.05),与四月份和十月份的条带数无显著差异(P>0.05),而四月份和十月份的DGGE条带数之间无显著差异(P>0.05)。这说明不同月份样品的细菌群落多样性有一定差异,而根据对不同月份香农指数的统计分析也验证了七月份红树林湿地沉积物中微生物群落多样性最高(P<0.05),一月份的最低(P<0.05),四月份和十月份的无显著差异(P>0.05)。红树林生境沉积物中的优势细菌前三位为变形菌门(Proteobacteria)占40%,厚壁菌门(Firmicutes)占20%,放线菌门(Actinobacteria)占16.67%。研究的结果表明,地理位置越接近的站位,其对应的细菌群落结构相似性也越高,如红树林湿地中的秋茄与白骨壤生境中的细菌群落结构相似性高达89.3%,而地理位置相隔较远的生境,对应的细菌群落结构相似性就越低。   2、本文中ETSA值的高低也间接反映了微生物的代谢作用(呼吸作用)的强弱。从结果中可以看出,七月份各个红树林湿地生境ETSA的平均值是最高的,ETSA平均值最低的是一月份样品,综合克隆文库的结果可以看出红树林湿地优势细菌群落为变形菌门(Proteobacteria),厚壁菌门(Firmicutes),拟杆菌门(Bacteroidetes),放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)   3、所检测到的功能基因数量,香农指数和辛普森指数的结果都显示出秋茄与白骨壤生境不论是在基因数量上和生物多样性上都要低于桐花树,互花米草和光滩生境。除趋势对应分析(DCA)反映的是微生物功能基因群落结构的差异性,DCA结果显示出,桐花树、互花米草和光滩生境微生物功能基因群落结构类似,白骨壤生境与秋茄生境微生物功能基因群落结构类似,这一结果与检测到的基因数量和生物多样性指数的结果相一致。典范对应分析(CCA)是讨论环境因子与微生物功能基因群落结构之间的关系,CCA结果显示出,盐度是造成秋茄和白骨壤生境微生物功能基因群落结构区别于其它生境的主要因素。总体来说,桐花树、互花米草和光滩生境沉积物微生物在碳氮磷硫循环中的潜在能力要高于秋茄和白骨壤生境。不同红树林生境沉积物中微生物功能基因群落结构与其环境因子密切相关。   4、在红树林不同生境中检测到了多环芳香族化合物降解基因,杂环芳香族化合物降解基因,苯系芳香族化合物降解基因,氯代芳香族化合物降解基因,羧酸芳香族化合物降解基因,硝基芳香族化合物降解基因,其它芳香族化合物降解基因,除草剂相关化合物降解基因,含氯溶剂降解基因,农药相关化合物降解基因和其它碳氢化合物降解基因在内的与环境修复相关的基因,这暗示着红树林湿地存在大量的有机污染物降解微生物,具有强大的生物修复功能。
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