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云南富营养化高原湖泊噬藻体及其宿主多样性的初步研究

作 者: 向安
导 师: 刘丽;夏雪山
学 校: 昆明理工大学
专 业: 生物化工
关键词: 滇池 水体富营养化 微囊藻 噬藻体 种类多样性 数量相关性
分类号: X524
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


滇池等部分云南高原淡水湖泊由于人为污染,长期处于重度或中度富营养化状态,水体富营养化的显著特点是藻类过量增长而发生水华。近20年来,滇池蓝藻水华爆发频繁,严重影响了周边人们的生产、生活。噬藻体(Cyanophage)是特异性感染蓝藻的病毒,对水华中蓝藻数量有重要的调控作用,可能作为蓝藻水华生物治理工具,受到越来越多的关注。为了解云南富营养化湖泊(尤其是滇池)中蓝藻及噬藻体种类分布与数量变化特征,本研究以滇池为主要研究对象,并包括抚仙湖、星云湖、异龙湖、杞麓湖等云南省中南部地区不同富营养化五湖,初步分析了不同程度富营养化湖泊的环境特征,蓝藻和噬藻体的种类组成、分布,及滇池中噬藻体和蓝藻数量随季节、地理位置的变化关系。首先,对采集水样进行了水温、pH值、总氮、总磷和叶绿素a (Chl-a)等水质环境特征参数检测。结果发现:1.滇池等五个湖泊水温适中、呈弱碱性,适宜蓝藻生长;叶绿素a水平与水体富营养化程度正相关;2.滇池海埂附近水域,叶绿素a全年含量丰富,季节性变化主要受水温影响;总氮含量相对充分,不再是藻类生长限制因子;叶绿素a含量同时受到风向等因素影响;3.滇池全湖叶绿素a含量呈北高南低趋势,总磷对其含量影响较大。其次,利用光学显微镜、透射电子显微镜技术(TEM)清晰观察到水样中藻类和噬藻体病毒粒子的多样化形态;通过蓝藻16S-23S rDNA间隔基因(ITS)和噬藻体衣壳组装蛋白基因(g20)的PCR扩增和同源关系进化树构建,确定了蓝藻和噬藻体的遗传多样性;以噬藻体尾鞘蛋白编码基因(g91)为靶基因,用PCR方法检测到水样中铜绿微囊藻的噬藻体。对滇池海埂水域藻类种类的季节性变化与水温关系分析,发现微囊藻属(Microcystis. sp)多个藻种在水温较高月份成为优势种;滇池各水域蓝藻的种类存在差异,草海蓝藻多样性明显高于外海,海埂水域则以微囊藻属为优势种。噬藻体在所研究的五个湖泊的分布差异明显,与藻类分布和湖泊富营养化程度密切相关,既发现有呈全球性分布的噬藻体,某些噬藻体种类为云南独有。最后,以微囊藻藻青蛋白间隔基因(PC-IGS)和噬藻体g91基因为扩增靶区段,设计特异性PCR引物,建立了SYBR-Green荧光定量PCR检测技术,对水样中微囊藻及噬藻体进行定量检测。结果发现:海埂水域微囊藻及其噬藻体平均含量较高,年平均微囊藻PC-IGS基因拷贝数为4.53x105copies/ml,噬藻体g91基因拷贝数为4.95×105copies/ml,两者数量随季节变化显著相关(Pearson系数,r=0.839,P=0.001,N=11);2009年10月检测的滇池各水域微囊藻及其噬藻体含量北部水域高于南部,但差异未达到显著水平。通过以上研究,初步了解了滇池等湖泊中藻类及噬藻体的种类多样性、分布特征,微囊藻和噬藻体数量随季节和地理分布变化的相关性等,为进一步研究噬藻体在蓝藻水华治理的作用提供了一定的理论依据。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-12
插图和附表清单  12-15
英文缩写词表  15-16
第一章 绪论  16-30
  1.1 湖泊富营养化及蓝藻水华  16-19
    1.1.1 蓝藻水华及其危害  16-17
    1.1.2 蓝藻水华形成的影响因素  17-18
    1.1.3 水华蓝藻的种类特征及鉴定  18-19
  1.2 蓝藻水华治理  19-20
    1.2.1 物理方法  19
    1.2.2 化学方法  19-20
    1.2.3 生物方法  20
  1.3 蓝藻病毒--噬藻体  20-26
    1.3.1 噬藻体命名与分类  20-22
    1.3.2 噬藻体的生态功能  22
    1.3.3 噬藻体分子生物学研究  22-23
    1.3.4 噬藻体研究方法  23-26
  1.4 云南高原淡水湖泊富营养化状况  26-27
  1.5 云南滇池水华蓝藻及噬藻体研究现状  27-28
  1.6 本论文研究目的与技术路线  28-30
    1.6.1 本研究方法与目的意义  28-29
    1.6.2 本研究技术路线  29-30
第二章 水样水质检测  30-48
  2.1 引言  30
  2.2 材料与设备  30-31
    2.2.1 实验材料  30
    2.2.2 主要试剂(试剂盒)及溶液配制  30-31
    2.2.3 主要实验仪器设备  31
  2.3 水样采集湖泊简介  31-32
  2.4 实验方法  32-36
    2.4.1 水样采集  32-35
    2.4.2 水体中总氮的测定  35
    2.4.3 水体中总磷的测定  35
    2.4.4 水体中化学需氧量的测定  35
    2.4.5 水体中生化需氧量的测定  35
    2.4.6 水样中叶绿素a的测定  35-36
  2.5 实验结果  36-41
    2.5.1 水质总氮、总磷含量检测校准曲线  36-37
    2.5.2 五湖水样水质检测结果  37-38
    2.5.3 滇池海埂全年水质检测结果  38-39
    2.5.4 滇池全湖水质检测结果  39-41
  2.6 结果讨论  41-47
    2.6.1 五湖水质特征及藻类含量影响因素  41-43
    2.6.2 滇池海埂水质季节变化特征  43-45
    2.6.3 滇池全湖水质地理分布特征  45-47
  2.7 本章小结  47-48
第三章 蓝藻及噬藻体多样性分析  48-65
  3.1 引言  48
  3.2 材料与设备  48-49
    3.2.1 实验材料  48
    3.2.2 主要试剂(试剂盒)及溶液配制  48
    3.2.3 主要实验仪器设备  48-49
  3.3 实验方法与步骤  49-55
    3.3.1 水样中藻类形态观察  49
    3.3.2 浓缩水样中病毒粒子形态观察  49
    3.3.3 引物的选择与合成  49
    3.3.4 水样浓缩与核酸提取  49-50
    3.3.5 噬藻体g20、g91和蓝藻16S-23S rDNA ITS基因PCR扩增  50-53
    3.3.6 核酸扩增产物凝胶电泳及纯化  53
    3.3.7 纯化产物TA克隆和测定  53-54
    3.3.8 基于蓝藻16S-23S rDNA ITS基因的进化树的构建  54
    3.3.9 基于噬藻体g20基因的进化树构建  54-55
    3.3.10. 噬藻体g91基因序列相似性比较  55
  3.4 实验结果  55-62
    3.4.1 水样中藻类形态观察结果  55-58
    3.4.2 基于蓝藻rDNA16S-23S ITS基因的进化树构建  58-59
    3.4.3 水样中病毒粒子形态观察结果  59-60
    3.4.4 基于噬藻体g20基因的进化树构建  60-61
    3.4.5 噬藻体g91基因序列相似性比较  61-62
  3.5 结果讨论  62-64
    3.5.1 藻类种类及分布差异分析  62-63
    3.5.2 噬藻体种类及分布差异分析  63-64
  3.6 本章小结  64-65
第四章 微囊藻和噬藻体的数量变化分析  65-81
  4.1 引言  65
  4.2 材料与设备  65-67
    4.2.1 实验材料  65-66
    4.2.2 主要试剂(试剂盒)及溶液配制  66
    4.2.3 主要实验仪器设备  66-67
  4.3 实验方法与步骤  67-72
    4.3.1 引物的选择与合成  67
    4.3.2 蓝藻基因组DNA提取  67-68
    4.3.3 噬藻体基因组DNA的提取  68
    4.3.4 定量标准品产物PCR扩增  68-69
    4.3.5 PCR产物检测和纯化  69
    4.3.6 PCIGS和g91基因重组质粒的构建  69-70
    4.3.7 定量PCR反应条件的确立  70-72
  4.4. 实验结果  72-77
    4.4.1 定量PCR标准曲线的建立  72-75
    4.4.2 微囊藻PCIGS拷贝数检测  75-76
    4.4.3 微囊藻噬藻体g91基因定量检测  76-77
  4.5 结果讨论  77-80
    4.5.1 滇池海埂全年水样PCIGS与g91基因拷贝数检测  77-78
    4.5.2 滇池全湖水样PCIGS与g91基因拷贝数检测  78-80
  4.6 本章小结  80-81
第五章 总结  81-83
致谢  83-84
参考文献  84-91
附录A  91

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境污染及其防治 > 水体污染及其防治 > 湖泊、水库
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