单细胞拉曼光谱技术在氨氧化微生物代谢活性研究上的应用初探

论文摘要

氮元素循环在臭氧层破坏、水体富营养化和温室效应等生态环境问题方面起着重要作用。氨氧化微生物（Ammonium Oxidation Microbes,AOMs）所驱动的氨氧化过程是氮循环中的限速步骤之一。在2005年之前,一般认为海洋中氨氧化的驱动者主要是氨氧化细菌（Ammonium Oxidation Bacteria,AOB）。氨氧化古菌（Ammonium Oxidation Archaea,AOA）的发现拓展了人们对氨氧化过程的认识。然而,AOA与AOB在不同环境中活性的变化对氨氧化过程的贡献、以及环境因素对两类生物分布及活性的影响,仍然知之甚少。本文主要探讨以下内容:探讨不同粒径上AOA和AOB在珠江口环境梯度下的分布情况,以及其受环境因素的调控作用。以纯培养的Nitrosopumilus maritimus SCM1为模式菌株,用D2O、NaH13CO3和15NH4Cl稳定同位素标记（Stable Isotope Probing,SIP）培养SCM1,通过检测同位素标记后Raman峰的变化来计算SCM1的生长速率;从而建立基于Raman-SIP分析AOA代谢活性的新方法。为评估AOA和AOB在海洋氮循环中的贡献打下基础。研究结果显示:（1）从淡水区到低盐度混合区,AOB的含量降低（P=0.03）,从低盐度混合区到高盐度混合区,AOB的含量继续降低（P=0.031）,说明AOB适宜在低盐度环境下生存;颗粒附着态（0.7μm）上AOB是自由态AOB的17.9±34.6倍（n=12,P=0.001）,说明颗粒附着态（0.7μm）上AOB含量高于自由态。AOA在珠江口环境梯度下变化较小,颗粒附着态A（0.7μm）上AOA是颗粒附着态B（2.7μm）上AOA的4.0±3.3倍（n=12,P=0.025）,是自由态AOA的4.1±3.4倍（n=12,P=0.013）,说明AOA主要分布在0.72.7μm的颗粒附着态上。从淡水和低盐度混合区到高盐度混合区,所有粒径加和后AOA/AOB呈现增加的趋势[由0.27±0.21（n=9）增加到8.75±9.95（n=3）,P=0.026],表明三个粒径总的AOA对盐度的适应性高于AOB。对AOA与AOB amoA gene含量及两者比例与环境因素的相关分析显示,盐度、酸碱度、溶解氧和温度均对珠江口AOA和AOB的分布有显著影响。（2）本研究同时探究单细胞拉曼光谱测定AOMs代谢活性的方法。研究结果显示,拉曼显光谱法可以在单细胞水平上快速非破坏性地测量SCM1古菌群落,并且可以产生变化幅度可重复的拉曼振动光谱。因此能够得到精确确定主要细胞成分的拉曼光谱,例如苯丙氨酸(997.67 cm-1)、脂类(1443.92 cm-1)、蛋白质(1655.99cm-1)、核酸(855.29 cm-1)和C-H键(2922.81 cm-1)。利用梯度重水（D2O）培养基培养SCM1古菌十五天之后,其细胞拉曼光谱中可检测到20402300 cm-1之间区域出现了增强峰。通过计算C-D峰和C-H峰的积分面积,发现C-D%与生长水中D2O的百分比具有很好的线性相关,相关系数为0.97。因此说明Raman-SIP是一种有前景的快速测定AOA活性的方法,可以利用C-D和C-H特征区域量化SCM1古菌细胞氘掺入的量。原位荧光杂交（Fluorescence In Situ Hybridization,FISH）前后SCM1的Raman光谱没有明显的变化,说明SIP分析也可以用甲醛固定的细胞进行FISH检测,并通过荧光标记的探针直接与SCM1细胞鉴定相结合。Raman-SIP-FISH集成方法对评估不同环境中氨氧化菌的代谢活性具有非常重要的意义。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘聪

导师: 张传伦

关键词: 氨氧化古菌,定量,光谱法,稳定同位素探针,代谢活性

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: Q935

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.003842

总页数: 70

文件大小: 1978K

下载量: 105

相关论文文献

• [1].完全氨氧化菌的分子生态学研究进展[J]. 应用生态学报 2020(08)
• [2].厌氧铁氨氧化在三类污水中对氨去除的探索[J]. 净水技术 2017(09)
• [3].超声波对荧光原位杂交技术检测氨氧化菌的影响[J]. 中国给水排水 2010(02)
• [4].全程氨氧化菌的发现及其进展研究[J]. 现代商贸工业 2020(02)
• [5].河口生态系统氨氧化菌生态学研究进展[J]. 生态学报 2012(18)
• [6].适用于低氨污水的高效氨氧化菌的分离筛选及其氨氧化特性[J]. 环境科学与技术 2020(01)
• [7].畜禽养殖废水来源的自养氨氧化菌筛选及氨氮去除效果研究[J]. 中国畜牧杂志 2020(09)
• [8].纯种氨氧化菌短程反硝化特性[J]. 环境工程学报 2013(04)
• [9].从典型硝化细菌到全程氨氧化微生物:发现及研究进展[J]. 微生物学通报 2019(04)
• [10].环境因素对城市氮污染河流水体氨氧化作用的影响效应[J]. 上海环境科学 2018(06)
• [11].云南地区热泉中氨氧化菌丰度对环境条件的响应[J]. 微生物学报 2010(01)
• [12].硝化过程中影响亚硝酸盐积累的因素[J]. 环境科学与技术 2009(04)
• [13].两株好氧氨氧化菌(AOB)的分离纯化及菌属鉴定[J]. 南华大学学报(自然科学版) 2014(04)
• [14].有机碳对氨氧化细菌及氨氧化古菌的影响[J]. 江苏水利 2019(01)
• [15].奇人趣事[J]. 环球人物 2014(16)
• [16].浅水湖泊(阳澄湖)沉积物氨氧化菌的分子证据[J]. 环境科学学报 2012(01)
• [17].河蚬(Corbicula fluminea)扰动对表层沉积物中氨氧化菌群落结构和丰度的影响[J]. 环境科学 2014(06)
• [18].辽河口芦苇湿地氨氧化菌群落结构与土壤盐分的关系[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版) 2013(04)
• [19].污水处理工艺对氨氧化菌及细菌群落的影响[J]. 中国环境科学 2009(06)
• [20].羟胺对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的竞争性选择[J]. 环境科学 2020(08)
• [21].2类氨氧化菌的生态特性及其应用研究进展[J]. 华南师范大学学报(自然科学版) 2016(04)
• [22].重庆紫色水稻土中“全程”和“半程”氨氧化微生物的垂直分异[J]. 微生物学报 2019(02)
• [23].平原河网典型入河支流氨氧化菌分布特征[J]. 浙江农业科学 2019(07)
• [24].城市污水处理厂活性污泥中氨氧化菌群落结构研究[J]. 环境科学 2009(10)
• [25].纳帕海高原湿地氨氧化微生物群落结构及多样性研究[J]. 昆明理工大学学报(自然科学版) 2019(01)
• [26].一株氨氧化菌的分离鉴定及其活性影响因子分析[J]. 宁波大学学报(理工版) 2011(03)
• [27].辽河口芦苇湿地土壤氨氧化菌的时空变化[J]. 中国环境科学 2011(11)
• [28].污水生物处理系统中全程氨氧化菌的研究进展[J]. 北京工业大学学报 2020(04)
• [29].氨氮的浓度对短程硝化的影响及其动力学研究[J]. 环境科学与技术 2019(11)
• [30].固定化氨氧化菌短程硝化的启动研究[J]. 中国给水排水 2009(05)

标签：氨氧化古菌论文;  定量论文;  光谱法论文;  稳定同位素探针论文;  代谢活性论文;