富营养化湖泊沉积物中营养盐与微生物群落结构相关性研究

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湖泊沉积物是湖泊演化的产物,能够反映湖泊的类型,沉积记录能反映湖泊区域环境的变迁。有机碳、氮、磷是湖泊沉积物中主要的营养元素,其在沉积物中的小循环不仅影响到湖泊上覆水的水质,还对湖泊中营养元素的循环和污染物的迁移转化有着重要的意义。微生物对有机碳、氮、磷在自然界的循环具有重要的影响力,过去对其研究大多限于个别菌株的研究,对环境中的优势种群和微生物群落结构的研究相对比较少。本研究对沉积物柱芯的理化性质及氮、磷和有机质进行了测定分析,对微生物群落结构剖面分布、季节性变化进行了初步调查研究,对不同基质沉水植被重建和生态修复进行研究,可望对湖泊的修复提供生态学依据。 对太湖营养类型不同的两个湖区梅梁湾、贡湖湾四个季度沉积物Eh、pH、总氮、总磷以及有机质含量的剖面分布特征进行了分析,结果表明位于梅梁湾生态系统试验区内的采样点沉积物中氧化还原电位较低,总磷、总氮以及有机质含量均高于生态系统试验区外的采样点,同时梅梁湾湖区采样点高于贡湖湾采样点。夏秋两季沉积物中氧化还原电位低于春冬两季,而营养盐含量变化相反。在不同采样点,沉积物总氮、总磷和有机质含量剖面有很大的差异,总的趋势是剖面自上至下含量逐渐降低。 对不同16S rDNA靶序列分析沉积物微生物多样性影响进行研究,结果表明利甩DGGE分析微生物群落时,不同的16S rDNA靶序列对群落多样性和动态变化分析产生明显影响。虽然两对引物分析湖泊沉积物样品均能得到丰富的微生物多样性信息,但应该根据研究目的的需要,选择合适的靶序列的进行分析进行分析更有意义。对不同类型湖泊沉积物微生物群落进行了研究,结果表明采用相同的分析方法得到沉积物样品DNA的提取量和纯度受湖泊沉积物的类型、湖泊理化性质和水体生物量丰富程度等影响。其中玄武湖和莫愁湖沉积物样品DNA得率较高,为10 μg/g左右。城市湖泊和天然湖泊微生物群落结构具有明显差异,且太湖不同采样点的微生物群落也有较大的差异。不同类型湖泊之间既有共同的微生物种类,也有自己独特的微生物种属,形成了各自特定生态位的群落结构。 对太湖不同湖区沉积物柱芯微生物群落剖面进行了研究,结果表明沉积物样品中微生物群落结构显示了明显的空间分布多样性差异,相邻深度沉积样品群落结构相似性大,微生物群落结构在25cm深度左右变化明显,群落结构在此深度发生明显的转变和过渡。不同湖区群落结构之间的相似性和动态变化是不一致的。理化指标、营养盐含量与微生物群落多样性指标之间在P≤0.05水平上不存在显著的相关性。 对太湖不同季节沉积物柱芯微生物群落剖面进行了研究,结果表明受季节环境因数和温度的影响,微生物群落结构呈现明显季节性变化。沉积物理化性质,总氮、总磷和有机质的含量随季节变化有周期性的变动。 对不同富营养基质沉水植被净化效果进行了研究,结果表明,伊乐藻、苦草、菹草等水生植物对营养盐有较好的去除效果。对以梅梁湾和东太湖的沉积物为基质的水体,其中以菹草对总氮去除效果最好,去除率达84.3%和77.6%;苦草对总磷的去除效果最好,去除率达90%和83.7%。三种沉水植物能够显著提高水体的溶氧量和pH值,可有效地减缓因因水生植被衰败等引起的水体溶氧和pH值降低,有利于形成水体的弱碱环境。水生植物可通过自身输导组织将氧气通过根部呼吸作用释放到沉积物中,提高沉积物中氧化还原电位。 受富营养化的困扰的太湖其水生生态系统在不断演替,导致水质不符合饮用水源地和旅游等湖泊水功能的要求,亟待治理恢复。加强对湖泊的长期观察,获得基本数据以准确确定湖泊的状态,是推进研究的基础。微生物作为物质循环和能量流动的主要参与者,在湖泊生态系统中起着特别重要的作用。近年来,随着分子生物学的发展,可用于湖泊微生物生态研究的新方法新手段不断出现,以PCR技术为主的分子生物学技术的广泛应用,为从分子水平揭示微生物多样性提供了新的方法,开拓了分子生物学与生态学的交叉领域。但在实际工作中,用单一的分子生态学方法并不能完全达到预期的目的,常常需要综合运用多种分子生态学手段,有时甚至要结合传统方法,对复杂的微生态系统才有可能得到比较全面的了解。
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