Biolog和PCRDGGE技术解析椒江口沉积物微生物多样性

第32卷第6期2012年6月环　境　科　学　学　报　ActaScientiaeCircumstantiaeVol.32,No.6Jun.,2012基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(No.2010CB428903);中国近海海洋综合调查与评价专项(No.ZJ908-01-01-3,ZJ908-02-02,ZJ908-04-02);浙江省自然科学基金(No.Y5100401);国家海洋局青年海洋科学基金(No.2010125);国家海洋局第二海洋研究所基本科研业务费专项资助项目(No.JG200819)SupportedbytheNationalKeyBasicResearchProgramofChina(No.2010CB428903),theNationalOffshoreMarineIntegratedResearchandAssessmentProgram(No.ZJ908-01-01-3,ZJ908-02-02,ZJ908-04-02),theNaturalScienceFoundationofZhejiangProvince(No.Y5100401),theYoungPeopleMarineScienceFoundationofStateOceanicAdministration(No.2010125)andtheBasicScientificResearchBusinessExpensesoftheSecondStateOceanicAdministration(No.JG200819)作者简介:杜萍(1985—),女,E-mail:[e-mail];∗通讯作者(责任作者),E-mail:[e-mail]:DUPing(1985—),female,E-mail:[e-mail];∗Correspondingauthor,E-mail:[e-mail]杜萍,刘晶晶,沈李东,等.2012.Biolog和PCR-DGGE技术解析椒江口沉积物微生物多样性[J].环境科学学报,32(6):1436-1444DuP,LiuJJ,ShenLD,etal.2012.DiversityofmicroorganismsinsedimentsoftheJiaojiangEstuaryasestimatedbyBiologandPCR-DGGE[J].ActaScientiaeCircumstantiae,32(6):1436-1444Biolog和PCR-DGGE技术解析椒江口沉积物微生物多样性杜萍1,刘晶晶1,沈李东2,胡宝兰2,曾江宁1,陈全震1,∗,寿鹿1,廖一波11.国家海洋局第二海洋研究所国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点实验室,杭州3100122.浙江大学环境工程系,杭州310029收稿日期:2011-08-11　　　修回日期:2011-09-18　　　录用日期:2011-10-09摘要:采用Biolog和PCR-DGGE技术对椒江口6个站位表层沉积物群落水平的微生物代谢功能和以16SrRNA基因标记的细菌遗传多样性进行分析,并对其代谢功能和群落结构与沉积物污染物等参数进行冗余梯度分析(Redundancygradientanalysis,RDA)和典范对应分析(Canonicalcorrespondenceanalysis,CCA).Biolog分析结果表明,微生物群落整体代谢活性由高到低的顺序为:潮间带(B1、B2)、入海口处(A3)入海口内(A1、A2)入海口外(A4);碳源代谢的Shannon-Wiener多样性指数范围为2.09~3.25,由高到低的顺序为:潮间带(B1、B2)、入海口处(A3)河道内(A1)近入海口处(A2)入海口外(A4);潮间带、入海口处及河道内的微生物对各类碳源的相对利用率较平均,而近入海口处和入海口外的微生物群落对聚合物的相对利用率较高,对氨基酸类和胺类的相对利用率较低.DGGE图谱分析表明,细菌群落结构沿河口盐度梯度存在空间异质性,但两潮间带站位的相似度高(82.27%);遗传基因的Shannon-Wiener多样性指数范围为1.68~2.87,由高到低的顺序为:潮间带入海口处入海口外近入海口处河道内.群落代谢功能与理化因子的RDA显示,有机质和硝基苯的分布能较好地解释微生物群落代谢功能的变化;群落遗传结构与理化因子的CCA显示,硝基苯和多环芳烃的分布能较好地解释细菌群落遗传结构的变化.综上结果认为,椒江口沉积物的微生物代谢及遗传多样性符合典型的河口特征,但入海口内微生物沉积环境已表现出对某些化工污染物的响应.关键词:Biolog;PCR-DGGE;椒江口沉积物;微生物代谢功能;细菌群落结构;多样性文章编号:0253-2468(2012)06-1436-09　　　中图分类号:X171　　　文献标识码:ADiversityofmicroorganismsinsedimentsoftheJiaojiangEstuaryasestimatedbyBiologandPCR-DGGEDUPing1,LIUJingjing1,SHENLidong2,HUBaolan2,ZENGJiangning1,CHENQuanzhen1,∗,SHOULu1,LIAOYibo11.LaboratoryofMarineEcosystemandBiogeochemistry,SOA,SecondInstituteofOceanography,Hangzhou3100122.DepartmentofEnvironmentalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310029Received11August2011;　　　receivedinrevisedform18September2011;　　　accepted9October2011Abstract:BiologandPCR-DGGEmethodswereusedtoestimatethecatabolicandgeneticdiversityofmicroorganismsinthesurfacesedimentsatsixsitesintheJiaojiangEstuary.ThepackageCANOCOwasusedtodeterminethecorrelationbetweenmicrobialdiversityandphysiochemicalparameters.ItwasshownbyBiologthatthemicrobialmetabolicactivitywasintheorderofintertidalzoneandmouthoftheestuarywithinthemouthoutsidethemouth.ThevaluesofShannon-Wienerindexformicrobialcarbonsourcesrangedfrom2.09to3.25intheorderofintertidalzoneandmouthoftheestuarywithintherivercoursenearthemouthoutsidethemouth.Theuseefficiencyofdifferentcarbonsourcesformicroorganismswassimilarintheintertidal6期杜萍等:Biolog和PCR-DGGE技术解析椒江口沉积物微生物多样性zone,mouthoftheestuaryandwithintheestuary.However,differentuseefficienciesofcarbonsourceswereobservednearandoutsidethemouth,wheretheuseefficiencyofpolymersformicroorganismswasmuchhigherthanthoseofaminoacidsoramine.TheDGGEresultsindicatedhighspatialheterogeneityofbacterialcommunitystructuresalongthesalinitygradientandhighsimilarity(82.27%)ofthebacterialcommunitystructurebetweenthetwosamplingsitesintheintertidalzone.ThevaluesofShannon-Wienerindexforbacterialcommunitystructurerangedfrom1.68to2.87intheorderofintertidalzonemouthoftheestuaryoutsidethemouthnearthemouthwithintherivercourse.Redundancygradientanalysis(RDA)showedthatthedistributionoforganicmatterandnitrobenzenemainlyexplainedthechangeofmicrobialcatabolism.Ontheotherhand,Canonicalcorrespondenceanalysis(CCA)showedthatthebacterialcommunitystructuremightbesignificantlyinfluencedbynitrobenzeneandPAHs.Therefore,weconcludedthatthediversityofmicrobialcatabolismandcommunitystructureinthesurfacesedimentsofJiaojiangEstuarywasinfluencedbyboththeestuarinephysicochemicalconditionsandanthropogenicpollution.Keywords:Biolog;PCR-DGGE;sedimentofJiaojiangEstuary;microbialcatabolism;bacterialcommunitystructure;diversity1　引言(Introduction)微生物是生态系统中的生产者、消费者,也是分解者,在维持河口环境稳定的过程中起着动植物无法取代的作用.生物多样性是地球生命系统的基础,而微生物多样性包括物种、遗传、化学和代谢多样性,正是这些多样性体现了微生物在生物圈中的重要地位(张偲等,2010).研究河口微生物多样性有助于了解河口微生物的生命特征和环境适应机制,有利于河口的开发利用,符合我国海洋学科发展的需要,同时也关乎生态环境安全与健康修复,具有重要的理论价值和现实意义(张偲等,2010).椒江口位于浙江中部台州市,两岸聚集了大量的化工、制药和火力发电等企业,使该区域在经济高速发展的同时,也承载了巨大的环境压力.研究显示,两岸化工废水的排放和火力发电厂的燃煤已导致近岸水体和沉积物中苯胺、硝基苯和多环芳烃(PAHs)等特征污染物的积累(江锦花等,2006),并引起了潮间带大型底栖动物多样性的下降(赵永强等,2009).在椒江口环境污染胁迫下,动植物多样性有所降低,但微生物多样性是否也受到影响,目前尚不清楚.因此,本文采用Biolog-Eco和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术,从代谢活性和遗传基因两个方面研究椒江口微生物多样性的变化情况,在此基础上,综合分析微生物多样性变化与主要环境因子之间的相关性.以期了解椒江口沉积物微生物代谢和基因多样性的分布现状,探索化工污染对沉积环境的潜在影响,为指导我国河口合理开发利用和生态环境保护工作提供理论依据.2　材料与方法(Materialsand