张淑萍[1]2001年在《芦苇分子生态学研究》文中进行了进一步梳理本文以黄河下游典型湿地类型的芦苇种群为研究对象，选取了从河口盐沼到内陆淡水湖泊、河流的14个芦苇种群（HS01～HS06、KD、GD、LZH、LJ、BZH、DLH、ZHG、DPH），并从淮河水系的南阳湖取一个淡水芦苇种群（NYH）作为对照。结合形态统计和RAPD、等位酶标记，分析了不同层次上种群形态、遗传变异的水平与模式，讨论了形态变异、遗传变异与主导生态因子的关系，以及形态变异与遗传变异的关系，进而讨论了研究区域芦苇种群的生态适应与生态型分化机制。 对来自每个种群的30个个体的基径、株高、中部叶长、中部叶宽、中部节间长、节间数、穗长7个形态特征的统计分析表明：各形态特征平均值在种群间的分布趋势相似，但变化幅度不同，株高、叶长等营养特征变化较大大，生殖特征穗长的变化较小；7个形态指标在种群内的平均变异度从大到小依次为中部节间长、中部叶宽、穗长、中部叶长、基径、节间数、株高，种群内的平均形态变异度与生境异质性有关；7个形态指标在种群间均差异显着，但多重比较分析显示显着差异主要存在于BZH、淡水生境种群和盐渍化生境种群之间，在相似生境种群间的形态差异不显着；以形态特征为依据的聚类分析支持将15个种群分为叁类：盐生芦苇、淡水芦苇和巨型芦苇。 RAPD通过12个引物扩增到194个显性位点，有少部分位点表现出生境或种群特异性的分化，对8个酶系统的淀粉凝胶电泳共检测到17个位点，仅有IDH一个位点显示与生境相关的基因分化；RAPD检测到来自ZHG种群的一个克隆的10个分株（ramet）之间存在遗传变异，这是首次用RAPD检测到芦苇的体细胞变异；RAPD与等位酶分析均检测到芦苇种群内的遗传多样性水平和种群间的基因分化度高于同类物种的平均水平，但RAPD比等位酶检测到的遗传多样性指数和基因分化度指数偏高；RAPD在所有种群中均未检测到基因型完全相同的样本（克隆数=样本数），等位酶分析检测到的种群内的克隆数均少于样本数（克隆数＜样本数）；基于RAPD数据的聚类分析支持将15个种群分为盐生芦苇、淡水芦苇和巨型芦苇叁类，基于等位酶数据的聚类分析支持将11个种群（HS01-LJ、DPH）分为盐生芦苇和淡水芦苇两类。 相关分析表明：种群内各形态特征的平均值均与水盐联合影响因子（WSF）显着负相关，但种群内形态变异系数与水盐联合影响因子普遍相关不显着；种群遗传多样性指数与水盐联合影响因子相关不显着，但部分生境倾向型的RAPD位点的显性频率和来自等位酶分析的克隆多样性水平与水盐联合影响因子显着相关；形态变异系数与遗传多样性指数相关不显着，但相关系数均为正值。以形态特征和遗传变异为基础的聚类分析均支持将研究的15个芦苇种群分为两类叁个生态型：盐生芦苇和淡水芦苇是常见的优势类型，巨型芦苇仅有BZH一个种群。 在主导因子的量变范围内，可塑性可能是芦苇形态变异的主要原因，超过量变范围，可能产生有遗传基础的稳定的形态分化；种子繁殖和体细胞突变是芦苇种群遗传多样性产生的主要途径，杂合子的选择优势可能是遗传多样性维持的重要机制之一。
邱天[2]2017年在《松嫩平原异质生境芦苇表型变异及其分子生态学研究》文中研究指明物种形成虽然是一个漫长的时间过程,但经常从占据不同生态环境的种群的适应性分歧开始。遗传分化是生物适应异质生境的重要机制之一。异质生境间和生境内植物的遗传变异、表观遗传变异为自然选择和适应性进化提供了原材料。探讨植物在异质生境间和生境内表型差异的遗传、表观遗传机理及其与适应性进化的关系是分子生态学的主流研究内容之一。然而在小空间尺度上这方面的研究还不多见。芦苇(Phragmites australis)是世界广布种,在松嫩平原的湿地、沙地和草地广泛生长,其营养生长期为各种家畜采食的优良牧草,也是当地盐碱化草甸生态恢复的主要植物。本研究以小空间尺度上松嫩平原异质生境的芦苇(Phragmites australis)、毛芦苇(Phragmites hirsuta)为材料,通过野外调查、实验室测定、AFLP(Amplified fragment length polymorphism)和MSAP(Methylation-sensitive amplified polymorphism)分子标记检测和同质园实验,运用分子生态学的统计分析方法,探究异质生境基础上的表型差异及其遗传、表观遗传基础,以及适应性进化的意义。得到主要结果如下:(1)在土壤理化特征差异明显的4种生境,芦苇表型数量特征差异显着。季节性积水的低洼碱化草甸土生境(H1)和沙地生境(H4)的株高、叶片等生长特征和生物量明显大于典型碱化草甸土的羊草(Leymus chinensis)芦苇混生群落的生境(H3)和明碱斑的生境(H2),大多数情况下H2最低。H1和H3的茎生物量分配较大,H4的叶生物量分配较大,H2的叶鞘生物量分配较大。土壤含水量、全磷、全氮均与芦苇的生长呈正相关,它们和有机质含量与茎生物量分配呈正相关,与叶生物量分配呈负相关;土壤pH、电导率、硝态氮、Cl-、SO42-、Na+或K+与芦苇生长呈负相关,随着土壤电导率、Cl-、Na+或K+的增加,茎生物量分配呈先增后减的趋势,叶生物量分配呈先减后增、叶鞘生物量分配呈增加的趋势;Mg2+和Ca2+与芦苇生长呈正相关。叶生物量分配与茎生物量分配之间存在权衡现象。数量性状之间、生物量分配之间的相关关系以及异速生长规律在生境间存在显着差异。(2)在小空间尺度上,异质生境内和种群内芦苇存在遗传多态。H1和H3芦苇比H2和H4有更高的遗传多样性,这和生境幅度变异假说一致。生境基础上碱地(H1、H2、H3)与沙地(H4)间遗传分化更为明显。应用修饰的FDIST,Bayescan和Samβada3种方法探测到33个异常值位点,土壤Ca2+、全磷、Mg2+、pH等是自然选择压力主要环境因子。本章结果支持“带有基因流的分歧”(“divergence-with-gene-flow”)模型,为进一步研究局域适应提供了基因组水平的数据。(3)在MSAP分析中约有2/3的位点是甲基化敏感位点(MSL)。异质生境间4种类型甲基化模式所占比例不同。生境内、种群内表观遗传多样性较高,H1、H2和H3明显高于H4。4种生境间表观遗传分化显着,碱地与沙地之间更明显。H1与H3、H2与H3的表观遗传分化明显大于遗传分化。遗传变异与表观遗传变异显着相关。生境间表观遗传分化与适应性遗传分歧之间相关。植株表型特征与表观遗传多样性的关系要比与遗传多样性的关系更为密切;遗传多样性参数与土壤全磷、Cl-、Ca2+含量呈显着相关关系,而表观遗传多样性参数与土壤含水量、全磷、全氮以及有机质呈显着相关关系,表观遗传多样性受土壤营养成分的影响更大。(4)通过AFLP标记,采用UPGMA、STRUCTURE、主坐标分析方法对芦苇、毛芦苇和日本苇(Phragmites japonica)做分子水平分析,结果显示,芦苇、毛芦苇组内H3和H4明显分开,长春市南湖公园芦苇和H3、H4的芦苇遗传距离较近,意味芦苇和毛芦苇之间的分化是先于地理分化、生境分化的。MSAP标记显示芦苇和毛芦苇显着的表观遗传分化,芦苇、毛芦苇组内H3和H4也明显分开,反映出芦苇与毛芦苇之间以DNA甲基化为基础的表观遗传位点经历了比异质生境引起的分化更为强烈的分化。推测毛芦苇处在从芦苇中分化出来的早中期。(5)野外调查发现H2(碱斑)中芦苇的叶绿素a(Chla),叶绿素b(Chlb),总叶绿素(Chl(a+b)),类胡萝卜素(Car)浓度以及总叶绿素/类胡萝卜素(Chl(a+b)/Car ratio)均显着低于H1。只有Chla/Chlb没有显着变化。同质园实验中小空间尺度上Chla,、Chlb、Chl(a+b)、和Car浓度存在局域适应现象。应用种群基因组方法FDIST,Bayescan和Bayenv探测到异常值位点(outlier loci)和形态分化系数-遗传分化系数(QST-FST)比较分析均支持局域适应的结论。土壤含水量、pH和电导率均可形成自然选择压力而引起光合色素的适应性分歧。本研究有助于小尺度异质生境不同表型芦苇的遗传和表观遗传基础的理解,丰富了芦苇分子生态学的研究内容,可为生态适应性、生物抗逆性、芦苇属分类的研究、以及包括生态恢复、遗传资源保护、遗传改良在内的应用实践提供科学参考或理论依据。
严炎[3]2009年在《人工杨树林对长江中游芦苇滩地细菌多样性影响的研究》文中研究表明滩地作为连接江河水体和内陆生态系统的交错地带,具有显着的边缘效应,是地球上极其独特的生态系统类型。沿江江滩由于季节性变化较大以及开放性的生态环境,成了血吸虫的中间宿主——钉螺的主要孳生环境。由于传统的灭螺方法收效甚微,钉螺大量孳生,特别是生长芦苇的滩地最受关注。但是近几年随着“抑螺防病林”的构建,很多沿江的芦苇滩地形成了成片以杨树为主的人工林,从而改善了滩地的生态环境。土壤微生物作为江河滩地生态系统的重要组分,控制着土壤生态系统的许多过程,而土壤微生物群落的多样性对应于土壤化学特性的变化非常敏感,其微生物多样性指数可作为衡量土壤质量及评价土壤生态系统可持续性的生物学指标。本文重点探讨长江中游湖南省岳阳市君山区段芦苇滩地土壤中细菌种群结构和数量变化,以期从微观的角度来评价人工杨树林构建后对芦苇滩地土壤细菌种群的影响。2008年6月,在同一高程与同一类型土壤上,选择3年生人工杨树林以及自然生长的芦苇地为采样地点,并从土壤表层开始按照0-10 cm、10-25 cm和25-60 cm分叁层采取,并且两种植被下的根际土和根表土也一并采集.利用微生物分离培养计数方法和PCR-DGGE技术重点研究了人工杨树林对芦苇滩地土壤细菌多样性的影响。主要研究结果表明:(1)滩地土壤的PH值均在6.0-6.5之间,呈弱酸性,与芦苇地相比,人工杨树林根际土、根表土和0-10 cm土层中的氮、速效磷和总有机碳的含量都明显降低。(2)人工杨树林下根际土中的微生物数量都比芦苇地的低,对其根表土来说,则是细菌、真菌以及氨氧化细菌的数量比芦苇地的低,而放线菌以及纤维素菌、硝化细菌和反硝化菌的数量却比芦苇地的高。在0-10 cm土层中,人工杨树林的纤维素菌和氨氧化细菌菌的数量高于芦苇地,而其余两种功能菌则低于芦苇地;在10-25 cm土层中,人工杨树林的纤维素菌和硝化细菌含量低于芦苇地,反硝化菌的含量却高于芦苇地,而氨氧化菌含量没有差别;在25-60 cm土层中,除了纤维素菌,其它叁种功能细菌含量都是人工杨树林低于芦苇地。(3) DGGE图谱及Shannon指数显示,人工杨树林根际土、10-25 cm和25-60 cm土层中的细菌多样性比芦苇地的高,而根表土和0-10 cm土层的则低于芦苇地。(4)通过系统进化树分析发现,滩地中的优势细菌类群为α变形菌、β变形菌和硝化螺旋菌,而人工杨树林和芦苇地的根表土、根际土和0-10 cm土层均存在各自专有的细菌种群,说明人工杨树林对芦苇滩地土壤中细菌种群产生了一定的影响。
董亮[4]2006年在《人工湿地中微生物群落结构分子生态学初步研究》文中指出人工湿地中有着非常复杂的化学、物理和生物的反应和循环，这些反应是由湿地中的动植物和微生物共同参与完成的。微生物是人工湿地净化废水的主要作用者，它们把有机质作为营养源转化为组成物质和能量。本研究以上海梦清园内的芦苇人工湿地为研究对象，在水力负荷60-70cm／d条件下，芦苇湿地对苏州河水氨氮、BOD和SS的去除率分别达到30％，50％和60％左右。为了揭示微生物在湿地污染物降解中的作用，我们采用分子生物学方法，分别是ERIC-PCR、PCR-SSCP和PCR-DGGE等研究了湿地底泥中微生物的群落结构并对其中的氨氧化细菌菌群进行了初探，结合水质变化指标，分析了芦苇人工湿地污水处理系统中微生物的变化规律。主要研究结论如下： 1、在底泥DNA提取方法探索中，运用超声波、SDS、苯酚、蛋白酶K结合裂解细胞的方法，成功地将湿地底泥中的总DNA提取出来。并通过控制超声波的作用频率、时间，采用间歇式振打的方式，有效地减少DNA的破碎；大多数纯化DNA的方法都会造成纯化后DNA的严重损失，与其他方法相比，低熔点的琼脂糖方法纯化DNA的损失相对较小。 2、在用ERIC-PCR技术研究复合微生物制剂中微生物群落构成时，当扩增体系中模板DNA量在45-75ng获得了很好的扩增效果，条带清晰，且重现性好，说明菌剂十分稳定。由于环境中可培养的细菌是有限的，使得直接从菌剂中提取的DNA和纯培养后的菌剂DNA扩增图谱存在差异。 3、实验发现不同的凝胶组成、PCR产物的稀释倍数和上样量(所加PCR产物的体积)、电泳温度、电压等因素都会对SSCP电泳的结果产生影响。经过对各种凝胶和电泳条件的比较，得出了针对本实验样品的最佳优化条件：凝胶浓度10％，交联度49：1，5％的尿素，PCR产物稀释4倍，上样量为4μl，凝胶中不加甘油，电压为150V。 4、芦苇人工湿地中优势微生物主要是一些芽孢杆菌，这些菌对环境的适应能力很强，它们在污染物的处理过程发挥着一定的作用，但这些细菌的具体功能有待进一步研究。 5、PCR-SSCP和ERIC-PCR方法对芦苇人工湿地的微生物群落结构研究后得到的结果基本相同，主要结果是(1)芦苇湿地微生物DNA多样性呈现季节性和地带性变化，在夏季温度高时最高，进水口附近的多样性高于出水口，实验围隔高于对照围隔；(2)芦苇湿地各采样点的相似性都很低，各样点微生物在不同采样季节有较大的不同，相比较春夏两季，秋冬季有较高的相似性，说明芦苇人工湿地中微生物在生长繁殖时期更容易受到外界
吴娟[5]2009年在《人工湿地污水处理系统N_2O的释放与相关微生物研究》文中研究说明N_2O不仅是一种重要的温室气体,还参与平流层中臭氧的破坏,大气中N_2O浓度不断增加已成为影响自然生态系统、威胁人类生存的重大问题。污水处理过程中产生的N_2O是大气中N_2O的重要释放源,N_2O既产生于硝化过程又产生于反硝化过程。人工湿地污水处理系统内连续呈现好氧、缺氧及厌氧状态,硝化作用和反硝化作用可以同时进行,因而也被认为是N_2O排放的一个重要源。由于人工湿地具有投资省、运行管理简单、净化效果较好等优点,近些年来得到了广泛应用。因此,积极地研究人工湿地污水处理过程中N_2O的产生过程并控制N_2O释放,具有重要的现实意义。本文采用静态箱-气相色谱法研究了潜流和表面流人工湿地污水处理系统N_2O的空间和时间排放规律、特征,通过对植物、湿地结构、进水浓度、碳氮负荷、干湿交替等各种影响因素的研究,优化氮的迁移转化过程,控制人工湿地污水处理系统中N_2O的释放。并构建了人工湿地系统与N_2O产生相关的微生物DNA文库,采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)研究了与N_2O产生相关的微生物群落结构,为从微生物种群结构方面调控N_2O的逸出提供了基础数据。主要研究内容及结果如下:(1)开展了人工湿地系统N_2O空间、时间排放规律和特征的研究工作。潜流、表面流人工芦苇湿地和潜流、表面流空白湿地系统的N_2O年平均通量分别为296.5、28.2、249.2和10.8μg·(m~2·h)~(-1),总体上均表现为大气N_2O的排放源。潜流人工芦苇湿地N_2O的最高释放量可达762.9μg·m~(-2)·h~(-1)±239.3μg·m~(-2)·h~(-1);潜流人工芦苇湿地N_2O的平均通量大大高于农田、森林、草原和沼泽湿地的,而表面流人工芦苇湿地N_2O平均通量高于森林和草原,但低于其他生态系统。2种类型人工芦苇湿地N_2O通量均有较大的季节性和日变化特征,N_2O的排放通量最高值出现在7月,1 d中的极大值和极小值分别出现在中午和凌晨。芦苇的生长情况和温度对N_2O通量有一定的影响。人工湿地进水端N_2O通量均高于出水端,进水端的硝化和反硝化强度、硝化和反硝化细菌数量均高于出水端;进水端污水浓度较高,充足的碳、氮源促进了硝化和反硝化过程,使得N_2O释放量较高。(2)对影响人工湿地N_2O通量的各因素进行研究。湿地结构、植物种类、进水浓度、碳氮负荷、水质、干湿交替、温度等因素均会影响N_2O的释放。潜流人工湿地N_2O的年平均通量大大高于表面流人工湿地,潜流方式促进了N_2O的释放。芦苇本身直接或间接参与了N_2O的排放,促进了N_2O的释放。香蒲和水葱系统的N_2O年平均释放量较高,芦苇系统的年平均释放量最低,其次为茭白系统。以N_2O形态释放的氮占进水总氮的0.33%(0.0033 kg N_2O-N/kg TN)～0.65%(0.0065 kg N_2O-N/kg TN)。不同植物的湿地系统N_2O季节变化规律不同,但6种植物湿地系统冬季N_2O释放量均最低。随着进水浓度的增加,N_2O的年平均通量增加,但差异不显着。进水碳氮比对N_2O的释放有重要影响,进水COD/N=20的系统,N_2O释放量显着高于其他系统(p＜0.05);当进水COD/N=5时,N_2O释放量较低,而且有较好的污水处理效果。进水COD/N=0的系统,即不添加碳源时,N_2O释放量也较高,且释放规律与其他系统显着不同,表明人工湿地系统中硝化过程可产生大量的N_2O。亚硝态氮的积累和较低的pH值促进了N_2O的释放。采用干湿交替操作的人工湿地放水后N_2O的释放量增加。温度会对N_2O产生一定的影响。通过选择表面流湿地类型、稳定进水碳氮负荷(控制进水COD/N=5或10)、避免干湿交替、控制污水pH值、减少亚硝态氮的积累等措施可以有效地控制N_2O释放。从N_2O释放和水质净化效果两方面综合考虑,芦苇可以作为当地构建人工湿地污水处理系统优先考虑的植物。(3)构建了人工湿地系统中总细菌16S rDNA文库。芦苇人工湿地存在的微生物具有高度的多样性,包含根际微生物、脱氮和固氮菌。构建了人工湿地系统中amoA功能基因文库,结果表明人工芦苇湿地中的氨氧化细菌大多属于Nitrosomonas sp.和Nitrosospira sp.,这两类细菌与人工湿地污水处理系统中N_2O的产生相关。(4)开展了人工湿地基质微生物群落多样性的研究工作。PCR-DGGE图谱表明植物种类、进水浓度、干湿交替对人工湿地系统中微生物群落结构产生了明显的影响,微生物群落结构之间的相似性较差。不同处理的湿地系统中,既存在共同的微生物种属,也存在着各自独特的微生物种属。不同的引物扩增的靶序列得到的微生物多样性是不同的,采用引物对F357/R518得到的DGGE图谱较F968/R1401的条带丰富,多样性好。在利用DGGE分析人工湿地基质样品时采用引物F357/R518是比较适宜的。对于芦苇湿地系统和保持淹水的湿地系统,nosZ的DGGE图谱在变性剂浓度为40%～42%之间条带丰富,且亮度高,表明在系统内对应的反硝化优势种属多,且数量丰富。由于nosZ是反硝化过程中氧化亚氮还原酶对应的功能基因,说明这类湿地系统内存在大量的还原N_2O的微生物,将系统内产生的N_2O还原为N_2,所以这类湿地系统中N_2O年释放量低。
闫文德, 乌云塔娜, 田大伦[6]2007年在《分子生态学在森林生态系统研究中的应用》文中指出植物的生态反应往往与其分子水平的适应和调节密切相关.在介绍分子生态学的内涵的基础上,综述了分子生态学在森林植物生态学中的应用,即森林植物种群遗传多样性、森林植物种群生态适应和进化、森林植物种群抗逆性、森林植物微生物的分子生态学,展望了分子生态学在森林植物研究中的应用前景.
薛钧尹[7]2014年在《含油废水人工湿地系统微生物研究》文中提出伴随着含油废水外排量的不断增加，石油类污染物严重干扰着外界自然环境。因此，对石油和石化等行业产生的含油废水进行有效处理刻不容缓。人工湿地作为一种有效的生态废水处理工艺，可用作含油废水常规理化处理工艺的补充。本论文通过监测含油废水人工湿地系统中的水体理化因子指标，验证含油废水人工湿地系统运行的稳定性，同时对水体微生物进行数量统计，并构建16SrDNA克隆文库，从分子水平上研究该系统水体中的微生物种群丰富度及其多样性，其主要研究成果如下：（1）人工湿地系统对含油废水具有较好的净化效果，其中石油类去除率高低顺序为：菖蒲组>芦苇组>海寿花组>对照组，菖蒲组与石油类去除率与水温、pH（6.48-7.72）和DO（0.87-2.94mg/L）呈显着正相关(P<0.01)；COD去除率高低顺序为：菖蒲组>芦苇组>海寿花组>对照组，COD去除率与pH和DO显着正相关（P<0.01；P<0.05），该系统中出水水质中的石油类、COD均可达到二级排放标准。TN去除率高低顺序为：菖蒲组>芦苇组>对照组>海寿花组，其出水TN的浓度均可达到一级排放标准，其中种有湿地植物的系统中TN去除率与DO显着正相关（P<0.05）；TP去除率高低顺序为：芦苇组>菖蒲组>海寿花组>对照组，较石油类、COD、TN而言，含油废水人工湿地系统对TP的去除作用较弱。（2）含油废水人工湿地系统运行期间，细菌、真菌、放线数量均随时间变化呈现增长趋势，且根据多重比较检验结果表明，4组垂直潜流系统中微生物数量均无显着性差异（P>0.05）。对照组、海寿花组、芦苇组和菖蒲组垂直潜流系统中，水温与微生物数量显着性相关（P<0.01）；种有湿地植物系统的微生物数量与pH（6.48-7.72）显着正相关（P<0.01）。微生物数量与DO（0.87-2.94mg/L）的相关性分析中，细菌数量与DO显着正相关（P<0.01）；芦苇组和菖蒲组的真菌数量与DO显着正相关（P<0.01；P<0.05）；种有湿地植物系统的放线菌数量与DO显着正相关（P<0.01；P<0.05）。微生物数量与COD、TN去除率显着正相关（P<0.01；P<0.05）；菖蒲组微生物数量与石油类去除率显着正相关（P<0.01）。（3）通过分子发育树的初步分析可知，对照组、海寿花组、芦苇组和菖蒲组垂直潜流系统中，细菌主要含有不动杆菌属（Acinetobacter）、根瘤菌属（Rhizobium）、红杆菌属（Rhodobacte）和绿脓杆菌属（Pseudomonas）。冬季样品中，不动杆菌属（Acinetobacter）占有绝对优势；春季和夏季样品中明绿脓杆菌属（Pseudomona）和红杆菌属（Rhodobacte）属于优势菌种；夏季海寿花组中，鉴定出根瘤菌属。夏季菖蒲组中细菌种类最为丰富。利用Miseq高通量测序技术对菖蒲组垂直潜流系统春季和夏季的2个水样的微生物多样性和群落结构进行分析。从门的水平上而言，样品中Proteobacteria （变形菌门）占据绝对优势；从纲的水平上而言，样品中，Alphaproteobacteria（-变形菌纲）占据主导地位；夏季样品的细菌丰富度和群落多样性均高于春季。菖蒲组垂直潜流系统中，DO与Chao1指数、Ace指数、Shannon指数显着相关（P<0.01；P<0.05）；水温、TN去除率和石油类去除率与Chao1指数、Ace指数显着相关（P<0.05）。
王艳霞[8]2013年在《木质素分解复合菌系的筛选及其在生物机械制浆技术中的应用》文中研究说明木质素为一种由苯丙烷结构组成的高聚合度物质，其作为木质纤维素的组成成分之一，在造纸制浆技术中，影响着制浆、漂白等过程，制约着植物纤维原料的有效利用。对于木质素的微生物分解，真菌，尤其是白腐真菌研究较多，细菌研究较少，且对于细菌的木质素分解研究，主要围绕探索不同种类细菌对木质素是否有分解作用以及单菌木质素分解机制而展开，对于细菌复合菌系的木质素分解研究极为鲜见；但据研究表明，细菌复合菌系对木质纤维素的分解十分有效，因此探索细菌复合菌系对木质素的分解作用，十分具有研究价值。本研究利用限制培养法，从大庆芦苇湿地中筛选出一个具有高效分解木质素的复合菌系LDC，优化其培养条件与培养基成分，提高了其分解效率；采用平板分离技术、16S rDNA克隆文库技术、限制性酶切技术（ADRAR）分析了其微生物组成多样性；利用微波·超声·碱液以及爆破·碱液预处理技术对非木材造纸原料—芦苇进行预处理，优化了LDC应用于芦苇制浆的预处理条件；结合机械制浆技术，将生物预处理后的半料进行制浆，比较了其与化机浆成浆特性的条件与差别，探索了利用LDC生产生物机械浆的可行性。其具体结果如下：(1)从芦苇湿地中筛选了1个木质素分解复合菌系LDC，在培养时间为15d，初始培养温度为30℃，培养基初始pH为8.3的情况下，可分解20.7%的碱性木质素，60.9%芦苇中的木质素，43.0%芦苇中的半纤维素与2.0%芦苇中的纤维素；经培养条件优化后，其可在培养7d，培养温度为32.0℃，培养基初始pH为8.0的条件下，分解70.0%芦苇中的木质素，43.0%芦苇中的半纤维素，而芦苇中的纤维素很少被分解。(2)利用平板分离法，从木质素分解复合菌系LDC中共得到6株纯培养菌株，其包括两株类芽孢杆菌（Paenibacillus sp.），两株假单孢菌（Pseudomonas sp.），一株微杆菌属细菌（Microbacteriumpumilum），一株不动杆菌属细菌（Acinetobacter sp.），以上菌株都可以利用愈创木酚，其中只有类芽孢杆菌与假单胞菌可利用碱性木质素，但此6株单菌均可在以芦苇为碳源的培养基中生长；16S rDNA克隆文库技术与ADRAR结果证明：LDC在木质素分解培养基中，由18种OTUs组成，包括梭菌属（Clostridiales），地弧菌属（Geovibrio thiophilus），脱硫菌属（Desulfomicrobium），假单胞菌（Pseudomonassp.)，固氮弓菌属(Azoarcus sp.)，索氏菌属(Thauera)，类芽孢杆菌属(Paenibacillus sp.)，腰豆柯恩氏菌(Cohnella sp.),不动杆菌属(Acinetobacter sp.),微杆菌属(Microbacterium)以及未培养细菌，其中以假单孢菌与脱硫菌属细菌所占比例最高，其比例分别为25.2%与10.9%。而在纤维素分解培养基中，其由9种OTUs组成，包括脱硫菌属，假单胞菌，固氮弓菌属、拟杆菌属(Bacteroidetes)，梭菌属以及未培养细菌，其中假单胞菌与梭菌属所占比例最高，其比例分别为34.8%与31.4%。(3)通过Plackett-Burman试验，探索在微波、超声、碱液预处理条件中，对芦苇中木质素去除率影响最为显着的因素为碱液；通过Box-Behnken响应面试验，得出爆破与碱液预处理的最佳预处理条件为爆破压力为0.62MP，用碱量为2.45%，处理时间为23.7h，而此爆破条件抑制LDC的生长，因此只取用碱量为3.00%，芦苇处理时间为24h，作为芦苇秸秆微生物分解的预处理条件。(4)对LDC预处理后的芦苇半料进行机械制浆，生物预处理3d的样品成纸性能较好，且其同比条件下，纸张性能与化学常压预处理（用碱量6%、处理时间150min、处理温度100℃、液比1:4）和化学高压预处理（用碱量6%、处理时间20min、处理温度130℃、液比1:4）性能相当，从而验证了利用LDC生产生物机械制浆的可行性。
Jemaneh, Zeleke, Habtewold[9]2013年在《长江河口湿地产甲烷菌及甲烷氧化菌的分子生态学研究》文中研究说明河口湿地是与全球甲烷排放相关的重要生态系统类型,深入理解其在全球甲烷循环过程中的作用对于认识全球温室气体的产生具有重要作用。目前,有关此类环境的净甲烷释放量的文献报道已有很多,但对甲烷相关微生物群落特征及其丰富度的研究却鲜见报道。本研究通过对湿地土壤因子的现场测定、相关微生物的第二代高通量测序(Next Generation Sequencing, GS FLX Titanium)和实时定量PCR (Quantitative Real-Time PCR, qPCR)分析等方法,对崇明岛东滩潮间带滩涂(无植被生长)和盐沼地(有植物生长)沉积物中产甲烷菌和甲烷氧化菌群落进行了分析。对产甲烷菌和甲烷氧化菌相关的甲基辅酶M还原酶基因(Methyl Coenzyme M Reductase A, mcrA)、甲烷氧化单加氧酶基因α亚基(Particulate Methane Monooxygenase,pmoA)和硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing Microorganisms, SRM)相关的异化硫酸盐还原酶基因B (Dissimilatory Sulfate Reductase B, dsrB)以及所有细菌和古生菌的16S rRNA基因进行研究以便全面了解甲烷循环相关的微生物群落特征。滩涂沉积物中检测到大量产甲烷的微生物,包括一些未培养微生物类群,如ZC-I。然而Methanosarcinales和Methanomicrobiales在表层至100cm深的沉积物中是主要的类群。对不同深度沉积物中mcrA基因定量分析表明,产甲烷菌的丰富度随着深度的增加明显增高。滩涂沉积物中,产甲烷菌比硫酸盐还原菌丰富度更高,可能表明产甲烷菌群落在滩涂生化过程中发挥着重要作用。多样性指数结果表明：较深区域的产甲烷菌多样性较低。较深沉积物中产甲烷菌的较高丰富度和较低多样性可能因为深度对一些特殊的甲烷氧化菌类群具有选择性富集作用。氢营养的产甲烷菌类群,如Methanomicrobiales,竞争力虽不如硫酸盐还原菌,但是在硫酸盐水平较低的深层沉积物中其丰度却相对较高。因Methanosarcinales中含有一些能广泛利用底物的产甲烷菌类群,在表层沉积物中此类菌数量也较多。崇明东滩盐沼地主要有芦苇(Phragmites australis)和互花米草(Spartina alterniflora)两种植物生长。芦苇是该区域的土着植物而互花米草则是当初为围垦造田人为引进的外来物种。目前,该地区的芦苇正在被互花米草侵略性地更替。对这两种植物的甲烷释放率测定结果表明,互花米草比芦苇的甲烷释放速率更高,进一步证实了有关互花米草具有更高甲烷释放通量的报道。这与互花米草的生物量密度、气体疏导能力以及互花米草对产甲烷菌具有促进作用等可能有密切的关系。底物促进产甲烷菌和硫酸盐还原菌的生长极可能是因为互花米草生长沉积物中总碳和总氮含量高于芦苇地,也可能与互花米草生长的沉积物中微生物可利用底物含量较高,能有效地促进微生物生长有关。互花米草的入侵在不同程度上影响了产甲烷菌和硫酸盐还原菌的群落多样性。互花米草生长的盐沼沉积物中产甲烷菌多样性小于芦苇生长的沉积物,互花米草对产甲烷菌群落可能具有一定的选择压力。互花米草盐沼沉积物中Methanomicrobiales群落的增加以及Methanococcales群落降低证实了这一结果。互花米草的入侵对硫酸盐还原菌没有表现出明显的影响。甲烷的净释放通量是甲烷产生和被氧化相平衡的结果,我们对滩涂沉积物和盐沼沉积物中甲烷氧化菌群落进行检测。好氧甲烷氧化菌在滩涂沉积物和盐沼沉积物中的分布具有较大的差异。采用甲烷氧化单加氧酶α亚基pmoA基因保守的PCR引物(A189f/Mb661r)从滩涂沉积物中很难检测到甲烷氧化菌的存在,然而在盐沼沉积物中却很容易检测到。滩涂沉积物中无法检测到好氧甲烷氧化菌,可能是由于滩涂无植被生长,无法通过植物根系为土壤微环境提供氧气。该区域我们检测到了较高丰度的产甲烷菌,因此滩涂表层微氧区域极有可能存在甲烷氧化菌。当利用能同时覆盖氨氧化单加氧酶a亚基(Ammonia Monooxygenase, amoA)和甲烷氧化单加氧酶α亚基pmoA的高兼并引物可以检测到滩涂沉积物中存在与Crenothrix相关的微生物。Crenothrix是一种好氧的丝状甲烷氧化菌,携带有特殊的pmoA基因,很早前就有报道曾在水生环境中检测到它的存在。然而,我们发现在崇明东滩滩涂沉积物中Crenothrix丰度也很高。目前正在进行进一步实验研究其分布特征以及生理特性。虽然Crenothrix相关的甲烷氧化菌在滩涂沉积物中丰度较高,但常用的pmoA基因引物却无法覆盖这种甲烷氧化菌因而不能检测到。此外我们还采用了两组引物组合A189f/Mb661r (普通pmoA基因引物)和A414f/Mb616r(Crenothrix特异的引物)检测盐沼沉积物中好氧甲烷氧化菌的分布情况。结果表明,Crenothrix相关的pmoA基因在盐沼地沉积物中丰度较高,但常见的甲烷氧化菌类群丰度也很高。在盐沼沉积物中同时检测到了Ⅰ型和Ⅱ型的甲烷氧化菌,Methylosarcina、Methylomonas和Methylocystis是占主导的属。互花米草的入侵促进了甲烷氧化菌的丰度增加而对其多样性几乎没有产生影响。本研究首次揭示了崇明东滩河口滩涂及盐沼沉积物中产甲烷菌和甲烷氧化菌群落结构及丰富度特性。还证实了互花米草入侵该河口湿地对甲烷循环相关微生物产生明显影响。
佘晨兴[10]2014年在《闽江河口潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌和硫酸盐还原菌群落结构和丰度的研究》文中认为应用PCR-RFLP技术、克隆测序及实时定量PCR技术对闽江河口鳝鱼滩湿地3个不同优势沼泽植被带土壤中产甲烷菌和硫酸盐还原菌的群落结构、丰度及其空间分布特征进行了研究,同时分析了产甲烷菌和硫酸盐还原菌的群落结构、丰度与土壤理化因子、甲烷产生速率之间的关系。闽江河口芦苇、短叶茳芏、互花米草湿地土壤(0-30cm)中检测到的产甲烷菌类群包括：甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷微菌目(Methanomirobiales)、甲烷八迭球菌目(Methanosarcinales)和甲烷球菌目(Methanococcales)。甲烷微菌目(Methanomirobiales)是闽江河口鳝鱼滩湿地3个优势植被带沼泽湿地的优势类群,暗示闽江河口湿地0-30cm土层甲烷产生的主要途径为H2/CO2.不同植被类型的湿地土壤中,产甲烷菌的主要菌属各不相同；在同一植被类型湿地不同土壤深度中,产甲烷菌群落的分布也呈现出垂向变化的特征。Methanoregula在3种植被类型湿地中均为优势菌属。芦苇、短叶茳芏、互花米草湿地土壤(0-30cm)中产甲烷菌数量的平均值依次为3.72×108copies g-1dws、3.39×107copies g-1dws和5.68×107copies g-1dws。芦苇沼泽湿地土壤(0-30cm)产甲烷菌的平均丰度显着高于短叶茳芏沼泽湿地产甲烷菌的平均丰度(F(1,16)=20.581,P<0.001)和互花米草沼泽湿地产甲烷菌的平均丰度(F(1,16)=17.751,P<0.001)。此外,同一植被类型不同土壤深度中产甲烷菌的丰度也呈现出垂向变化特征。闽江河口芦苇、短叶茳芏和互花米草沼泽湿地土壤(0-30cm)中检测到硫酸盐还原菌的类群包括：脱硫弧菌目(Desulfovibrionales)、脱硫杆菌目(Desulfobacterales)、互营杆菌目(Syntrophobacterales)和梭菌目(Clostridiales),其中脱硫杆菌目(Desulfobacterales)是优势类群。不同植被类型湿地土壤中硫酸盐还原菌的主要菌属各不相同,在同一植被类型湿地不同土壤深度中硫酸盐还原菌群落的分布也呈现出垂向变化的特征。Desulfosarcina和Desulfobacterium在3种植被类型湿地中均为优势菌属。芦苇、短叶茳芏、互花米草沼泽湿地土壤(0-30cm)中硫酸盐还原菌数量的平均值依次是8.95×107copies g-1dws、1.55×107copies g-1dws和2.40×107copiesg-1dws。芦苇沼泽湿地土壤(0-30cm)硫酸盐还原菌的平均丰度显着高于短叶茳芏沼泽湿地的平均丰度(F(1,16)=26.449,P<0.001)和互花米草沼泽湿地的平均丰度(F(1,16)=19.013,P=0.001)。同一植被带不同土壤深度中硫酸盐还原菌的丰度也呈现出垂向变化的特性。通过回归及相关分析发现,产甲烷菌的丰度与土壤有机碳含量符合冥函数方程硫酸盐还原菌的丰度与土壤有机碳含量符合对数函数方程而与其它土壤理化因子相关性不显着(P>0.05)。RDA和CCA分析表明：产甲烷菌群落组成与盐度具有极显着的相关性(P=0.002),与pH具有显着的相关性(P=0.036),与SOC、TN、SOC/TN不具有显着的相关性(P>0.05)；硫酸盐还原菌的群落组成与pH具有极显着的相关性(P=0.004),与土壤含水量(SMC)具有显着的相关性(P=0.022),与SOC、TN、SOC/TN、盐度不具有显着的相关性(P>0.05)。3种植被带土壤综合分析显示甲烷产生速率随产甲烷菌和硫酸盐还原菌丰度的增加而显着提高(但相关性较弱,R2和P值分别为：和对单个植被带进行回归分析,仅短叶茳芏沼泽土壤甲烷产生速率与产甲烷菌丰度有显着的线性回归关系单个植被类型沼泽湿地土壤甲烷产生速率与硫酸盐还原菌丰度均没有显着的相关关系(P>0.05,n=9)。
参考文献：
[1]. 芦苇分子生态学研究[D]. 张淑萍. 东北林业大学. 2001
[2]. 松嫩平原异质生境芦苇表型变异及其分子生态学研究[D]. 邱天. 东北师范大学. 2017
[3]. 人工杨树林对长江中游芦苇滩地细菌多样性影响的研究[D]. 严炎. 安徽农业大学. 2009
[4]. 人工湿地中微生物群落结构分子生态学初步研究[D]. 董亮. 华东师范大学. 2006
[5]. 人工湿地污水处理系统N_2O的释放与相关微生物研究[D]. 吴娟. 山东大学. 2009
[6]. 分子生态学在森林生态系统研究中的应用[J]. 闫文德, 乌云塔娜, 田大伦. 中南林业科技大学学报. 2007
[7]. 含油废水人工湿地系统微生物研究[D]. 薛钧尹. 中国矿业大学. 2014
[8]. 木质素分解复合菌系的筛选及其在生物机械制浆技术中的应用[D]. 王艳霞. 黑龙江八一农垦大学. 2013
[9]. 长江河口湿地产甲烷菌及甲烷氧化菌的分子生态学研究[D]. Jemaneh, Zeleke, Habtewold. 复旦大学. 2013
[10]. 闽江河口潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌和硫酸盐还原菌群落结构和丰度的研究[D]. 佘晨兴. 福建师范大学. 2014
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