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杭州西湖水域微生物结构与功能的研究

作　者: 吴根福
导　师: 周雪平
学　校: 浙江大学
专　业: 植物病理学
关键词: 杭州西湖可培养异养细菌氮利用细菌磷细菌纤维素分解菌 165 rRNA基因限制性营养因子固氮菌生长潜力
分类号: Q938
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

于2001～2002年度对杭州西湖水域中微生物的结构与功能进行了研究。水体中可培养异养细菌(氨化细菌)和固氮菌的年平均值分别为510和236CFU／mL，氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、硝酸盐还原菌和脱氮菌的数量分别为8.5、16、587和16 MPN／mL；无机磷和有机磷分解菌分别为89 CFU／mL和37 MPN／mL；好氧性纤维素分解菌和厌氧性纤维素分解菌只有7和5 MPN／mL。而表层底泥中这10类功能微生物菌群的数量分别为2.27×10~5、7×10~4 CFU／g，6.8×10~3、2.3×10~5、1.1×10~5、1.01×10~4 MPN／g，5.15×10~4 CFU／g、3.69×10~3 MPN／g，292和400 MPN／g(以干泥计)。从季节变化来看，大多数微生物菌群在温度较低的季节反而较多；从湖区变化来看，总体说来异养型细菌在富营养较重的西里湖数量稍多，而自养型的硝化细菌在水质相对较好的湖心丰度较高。对各功能菌群中的优势菌的鉴定表明，优势的氨化细菌为希瓦氏菌属，产碱菌属，黄杆菌属，芽孢杆菌属或气单胞菌属；分离到的4个优势固氮细菌菌株中，一株为基瘤固氮根瘤菌，属于α-变形菌亚门，而另外3株都属于肠杆菌科，归于γ-变形菌亚门。2个硝酸盐还原菌菌株分别为气单胞菌属和柠檬酸杆菌属的菌株，它们也都归于γ-变形菌亚门。对3株有代表性的无机磷分解菌和6株占优势的有机磷分解菌的鉴定显示，3株无机磷分解菌与巨大芽孢杆菌、大地杆菌和Janthinobacterium lividum最相近，而6株有机磷分解菌分别为固氮螺菌，产气肠杆菌，Blastobacter aggregatus，表皮葡萄球菌，溶血不动杆菌和念珠菌。实验室试验表明，无机磷分解菌在合适条件下培养每天可释放出50μg／mL的磷，而有机磷分解菌每天只能释放出2μg／mL水溶性磷。这些功能菌群较低的生物量和不太丰富的生物多样性预示着湖泊弱的水体自净能力。为了探明西湖水体中细菌生物量低的原因，通过添加不同营养盐类的纯种和自然培养试验，对异养细菌生长的限制因子进行了研究。结果表明生物可利用的有机碳是主要的限制性营养因子，而氮源和磷源的影响较小；湖水的高pH以及丰富的藻类和浮游动物生物量也制约了异养细菌的生长。另外，湖水进行实验室培养时细菌的最大生长量可达10~5个／mL。此外，根据固氮菌的主要限制性因子是磷这一特性，设计了一种被称为“固氮细菌生长潜力试验”的评价水体限制性营养因子的新方法。该方法主要包括4个步骤：将样本在合适的条件下培养，让土著微生物得到最大限度的生长，然后过滤或离心去除初级生物量，在滤液中接入固氮细菌，并测定固氮细菌的生长潜能。用在杭州西湖水域分离到的一固氮菌株Azomonas sp．WS6，对富营养水体样本和自来水样本进行了限制性营养因子的监测，结果与传统的藻类生长潜力试验(A GP)和细菌再生潜力试验(B即)相符，说明“固氮细菌生长潜力试验”是评价环境质徽的一种有用的方法。

全文目录

致谢  4-5
中文摘要  5-7
英文摘要  7-12
第一篇杭州西湖水体的富营养现状(综述)  12-27
  1 引言  12
  2 自然地理  12-14
  3 社会环境  14-15
  4 西湖形成和变迁概况  15-18
  5 西湖引水工程  18-19
  6 西湖水环境现状  19-22
  7 杭州西湖富营养化的发展过程  22-24
  8 关于杭州西湖的研究论文及论文集  24-27
第二篇分子生物学技术在湖泊生态研究中的应用(综述)  27-37
  1 关于微生物群落结构的研究  27-31
    1.1 通过分析rDNA序列来鉴定环境中的微生物  27-28
    1.2 环境微生物的DNA多态性分析  28-31
  2 微生物功能的研究  31-37
    2.1 Southern杂交技术  32
    2.2 荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization)技术  32
    2.3 数量印迹杂交(quantitative dot blot)技术  32-33
    2.4 DNA芯片(DNA Chip)技术  33-37
第三篇杭州西湖水域的功能微生物菌群  37-99
  第一章杭州西湖水域可培养异养细菌的群落  38-52
    1 材料与方法  40-41
    2 结果与分析  41-49
      2.1 西湖水域可培养异养细菌的季节变化  41-43
      2.2 水体中优势菌群的初步鉴定  43-46
      2.3 异养细菌的分子鉴定及系统发育分析  46-47
      2.4 水体中可培养异养细菌的群落多样性  47-49
    3 讨论  49-52
      3.1 杭州西湖水域异养细菌分布的共性与个性  49-50
      3.2 疏浚后底泥中异养细菌群落的恢复  50-52
  第二章杭州西湖水域的氮利用细菌  52-72
    1 材料与方法  54-57
    2 结果与分析  57-65
      2.1 湖泊水体中含氮物质的分布  57
      2.2 水体中固氮菌的季节分布  57-60
      2.3 水体中氮氧化细菌和亚硝酸氧化细菌的分布  60
      2.4 水体中硝酸盐还原菌和脱氮菌的分布  60-61
      2.5 湖泊沉积物中氮利用细菌  61-62
      2.6 固氮细菌与硝酸盐还原菌的分子鉴定  62-64
      2.7 固氮菌及硝酸盐还原菌的系统发育分析  64-65
    3 讨论  65-72
  第三章杭州西湖水域的磷利用细菌  72-89
    1 材料与方法  74-75
    2 结果与分析  75-84
      2.1 水体中磷的季节变化  75-76
      2.2 底泥中的磷形态  76-77
      2.3 底泥中磷的释放  77-78
      2.4 磷细菌的丰度  78
      2.5 磷细菌的特征  78-82
      2.6 优势细菌的磷分解能力  82-84
    3 讨论  84-89
  第四章杭州西湖水域的纤维素分解细菌  89-99
    1 材料与方法  90-92
    2 结果与分析  92-95
      2.1 西湖水体及沉积物中的好氧纤维素分解菌  92
      2.2 西湖水体及沉积物中的厌氧性纤维素分解菌  92-93
      2.3 西湖水域的CMC分解菌  93-95
    3 讨论  95-99
第四篇杭州西湖水体中异养细菌生长的限制性因子  99-109
  1 材料与方法  100-101
  2 结果与讨论  101-109
    2.1 异养细菌数量及其与TN、TP的关系  101-102
    2.2 N、P对异养细菌生长的影响  102
    2.3 碳源对异养细菌生长的影响  102-104
    2.4 牛肉浸膏及生长因子对异养细菌生长的影响  104
    2.5 细菌的耐碱性试验及pH对细菌生长的影响  104-105
    2.6 在自然培养下的异养细菌生长及组成  105
    2.7 西湖水体中异养细菌的最大可能生长量  105-109
第五篇评价生长限制因子的新方法  109-121
  1 材料与方法  111-112
  2 结果与分析  112-119
    2.1 固氮菌的初步鉴定  112-113
    2.2 Azomonas sp.WS6的最适生长温度和最适生长pH  113
    2.3 N和P浓度对Azomonas sp.WS6菌株生长的影响  113-116
    2.4 NFBGP方法的应用  116-119
  3 讨论  119-121
第六篇结语  121-122

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