酸性礦山水(acid mine drainage,AMD)是硫化物礦物發(fā)生氧化性溶解而形成的,而嗜酸微生物在氧化過(guò)程中起著至關(guān)重要的催化作用。要控制酸性礦山廢水的產(chǎn)生,就需要理解酸性礦山廢水區(qū)域的嗜酸菌群落組成和變化規(guī)律,以及它們?cè)阼F硫化學(xué)元素循環(huán)中所起的作用。因此,本論文以安徽某鐵礦排土場(chǎng)酸性礦山廢水庫(kù)及周邊區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象,用克隆文庫(kù)及高通量測(cè)序等分子生物學(xué)技術(shù)深入研究了區(qū)域內(nèi)嗜酸菌的群落結(jié)構(gòu)特征和時(shí)空演變規(guī)律,解析了各生境中主要的嗜酸菌及其在酸性生態(tài)系統(tǒng)中所扮演的角色,探討了物理化學(xué)因子與嗜酸菌群落結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。研究獲得了以下幾點(diǎn)成果:1.酸水庫(kù)的水質(zhì)呈強(qiáng)酸性,pH值常年小于3.2,氮磷含量很高,而且水體中含有大量的金屬離子以及SO42-。另一處新生成的酸性礦山廢水AMD-12-5,其酸性更強(qiáng)(pH值2.5),硫酸根和鐵離子的濃度分別是酸水庫(kù)的2倍和10倍以上。2.克隆文庫(kù)研究表明,夏季酸水庫(kù)中主要的細(xì)菌類群為變形菌門。Ferrovum myxofaciens是系統(tǒng)中主要的鐵氧化菌。真核微生物群落主要由嗜酸的小球藻和尖毛蟲(chóng)組成。大量生長(zhǎng)的光合藻類為該酸性生態(tài)系統(tǒng)提供了初級(jí)生產(chǎn)力。3.在該排土場(chǎng)所采固體樣品都呈強(qiáng)酸性,pH均在3.0以下。酸桿菌門在所有樣品中都占有很高的比例,它們?cè)谒崴畮?kù)周邊的廢礦石生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。pH值和有機(jī)質(zhì)與細(xì)菌多樣性呈正相關(guān)關(guān)系,而硫酸根和TP與細(xì)菌多樣性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。4.高通量測(cè)序研究表明,秋季酸水庫(kù)嗜酸菌多樣性比冬季高,而環(huán)境條件更嚴(yán)酷的樣品AMD-12-5生物多樣性比酸水庫(kù)低。變形菌門在這兩個(gè)采樣季依然是酸水庫(kù)中第一大細(xì)菌類群,而AMD-12-5中最豐富的細(xì)菌類群則為擬桿菌門。5.Ferrovum myxofaciens在秋冬兩個(gè)季節(jié)仍然是酸水庫(kù)中最主要的鐵氧化菌。樣品AMD-12-5中最主要的菌種為Chitinophaga spp.,所占比例高達(dá)87.2%。據(jù)目前所知,這是首次在極端酸性環(huán)境中大量檢出該屬細(xì)菌。6.秋季酸水庫(kù)中主要的真核微生物為小球藻和棕鞭藻;冬季則為尖毛蟲(chóng)和衣藻。7.該區(qū)域新鮮廢礦石中典型的產(chǎn)酸群落主要包括Sulfobacillus spp、Leptospirillum ferriphilum、Ferroplasma acidiphilum、Acidiferrobacter thiooxydans。8.該區(qū)域的氨氧化作用主要由泉古菌門的氨氧化古菌所驅(qū)動(dòng),而且該區(qū)域存在新的氨氧化古菌類群。
【學(xué)位單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：X751;X172
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 嗜酸菌的分類及主要特征
        1.1.1 化能自養(yǎng)菌
        1.1.2 化能異養(yǎng)菌
    1.2 嗜酸菌催化金屬硫化物的代謝機(jī)制
    1.3 嗜酸菌的鐵硫代謝機(jī)制
    1.4 嗜酸菌的適應(yīng)機(jī)制
        1.4.1 嗜酸菌的耐酸機(jī)制
        1.4.2 嗜酸菌的耐重金屬機(jī)制
    1.5 嗜酸菌生態(tài)學(xué)研究進(jìn)展
        1.5.1 嗜酸菌間的相互作用與相互關(guān)系
            1.5.1.1 競(jìng)爭(zhēng)
            1.5.1.2 捕食
            1.5.1.3 互生
            1.5.1.4 合作
        1.5.2 嗜酸菌的分子生態(tài)學(xué)研究
        1.5.3 高通量測(cè)序技術(shù)及其在微生物分子生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用
            1.5.3.1 高通量測(cè)序技術(shù)
            1.5.3.2 高通量測(cè)序技術(shù)在微生物分子生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用
    1.6 酸性環(huán)境中的氨氧化作用
    1.7 本項(xiàng)目的立題背景和意義
第2章 酸性礦山廢水中嗜酸菌分子生態(tài)學(xué)研究
    2.1 材料與方法
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料
            2.1.1.1 樣品的采集
            2.1.1.2 儀器設(shè)備
            2.1.1.3 實(shí)驗(yàn)試劑
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)方法
            2.1.2.1 AMD樣品物理化學(xué)參數(shù)的測(cè)定
            2.1.2.2 基因組DNA的提取
            2.1.2.3 16S rDNA/18S rDNA基因片段的擴(kuò)增
            2.1.2.4 16SrDNA/18S rDNA基因文庫(kù)的構(gòu)建
            2.1.2.5 16S/18S rDNA基因文庫(kù)的ARDRA分型
            2.1.2.6 序列測(cè)定及系統(tǒng)發(fā)育分析
    2.2 結(jié)果與討論
        2.2.1 AMD樣品的理化特性
        2.2.2 AMD樣品16S rDNA和18S rDNA的擴(kuò)增結(jié)果
        2.2.3 AMD樣品16S rDNA和18S rDNA的克隆文庫(kù)驗(yàn)證結(jié)果
        2.2.4 AMD樣品16S rDNA和18S rDNA克隆文庫(kù)的酶切結(jié)果
        2.2.5 AMD樣品細(xì)菌和真核微生物克隆文庫(kù)飽和度分析
        2.2.6 AMD中細(xì)菌群落研究
        2.2.7 AMD中真核微生物群落研究
    2.3 小結(jié)
第3章 酸性礦山廢水區(qū)域廢礦石中細(xì)菌群落分子生態(tài)學(xué)研究
    3.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法
        3.1.1 樣品采集
        3.1.2 物化參數(shù)的測(cè)定
        3.1.3 16S rRNA基因片段的擴(kuò)增
        3.1.4 克隆文庫(kù)的建立
        3.1.5 系統(tǒng)發(fā)育分析和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
    3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
        3.2.1 樣品的物理化學(xué)參數(shù)
        3.2.2 樣品細(xì)菌克隆文庫(kù)分析
        3.2.3 細(xì)菌群落及物化參數(shù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
        3.2.4 廢礦石樣品中細(xì)菌類群組成及系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析
    3.3 討論
    3.4 小結(jié)
第4章 基于高通量測(cè)序的酸性礦山廢水中嗜酸菌群落結(jié)構(gòu)研究
    4.1 材料與方法
        4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料
            4.1.1.1 樣品的采集
            4.1.1.2 儀器設(shè)備
            4.1.1.3 實(shí)驗(yàn)試劑
        4.1.2 實(shí)驗(yàn)方法
            4.1.2.1 AMD樣品物理化學(xué)參數(shù)的測(cè)定
            4.1.2.2 基因組DNA的提取
            4.1.2.3 18SrDNA基因片段的擴(kuò)增及克隆文庫(kù)的構(gòu)建
            4.1.2.4 16SrDNA基因片段的擴(kuò)增
            4.1.2.5 文庫(kù)構(gòu)建
            4.1.2.6 模板制備與富集
            4.1.2.7 上機(jī)測(cè)序
            4.1.2.8 高通量測(cè)序的數(shù)據(jù)處理
    4.2 結(jié)果與討論
        4.2.1 AMD樣品的理化特性
        4.2.2 基于高通量測(cè)序的嗜酸菌群落結(jié)構(gòu)研究
            4.2.2.1 嗜酸細(xì)菌和古菌群落研究
            4.2.2.2 AMD中真核微生物的群落結(jié)構(gòu)研究
    4.3 小結(jié)
第5章 固體樣品中嗜酸菌群落的高通量測(cè)序解析及氨氧化類群研究
    5.1 材料與方法
        5.1.1 樣品采集
        5.1.2 物化指標(biāo)測(cè)定
        5.1.3 DNA提取、16S rDNA基因擴(kuò)增及高通量測(cè)序
        5.1.4 氨單加氧酶基因(amoA)的擴(kuò)增
        5.1.5 序列數(shù)據(jù)處理
    5.2 結(jié)果與分析
        5.2.1 固體樣品的理化特性
        5.2.2 基于高通量測(cè)序的嗜酸菌群落研究
            5.2.2.1 固體樣品中嗜酸菌類群的組成及與物化參數(shù)的關(guān)系
            5.2.2.2 樣品XK中產(chǎn)酸群落分析
            5.2.2.3 固體樣品中古菌的作用及氨氧化群落初步研究
    5.3 討論
    5.4 結(jié)論
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
個(gè)人簡(jiǎn)歷

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