摘 要

土壤环境中的重要组成部分便是微生物，它是土壤物质循环和营养转化的主要参与者。其微生物的多样性是指种类和种间差别，可以作为表征土壤生态系统群落结构和稳定性的主要参数之一。通过快速检测土壤微生物的种类和数量可以说明城市内土壤环境状况的好坏。但由于土壤种类的多样性及其微生物的复杂性，传统的纯培养、电泳等技术已经落伍，通过PCR扩增技术直接进行高通量测序的方法变得更加简便快速，逐渐被更多人接受。

利用PCR技术和高通量测序技术，研究南湖湖底沉积物的菌落结构及多样性。结果表明，微生物的群落结构较为丰富，有15个门，39个属。相对丰度较高的优势菌种由高至低分别为变形菌门占42.0%，拟杆菌占9.88%，酸杆菌门占比5．36% 。此外，蓝藻菌门也在样品中占据一定比例，可与水体微生物检测相配合，为水华爆发提供一定预警。

关键词：武汉南湖；沉积物菌落；16SRNA；高通量测序

Abstract

An important part of the soil environment is micro-organisms, which are the main players in the recycling of soil material and nutrient conversion. The diversity of microorganisms refers to species and species differences, and can be used as one of the main parameters to characterize the community structure and stability of soil ecosystems. The rapid detection of the type and quantity of soil microorganisms can explain the quality of the soil environment in the city. However, because of the diversity of soil types and the complexity of microorganisms, traditional techniques such as pure culture and electrophoresis are outdated. The method of directly performing high-throughput sequencing by PCR amplification technology has become simpler and faster, and has gradually been accepted by more and more people. .

Using PCR technology and high-throughput sequencing technology, the colony structure and diversity of sediments in Lake Nanhu were studied. The results showed that the community structure of microorganisms was abundant, with 15 gates and 39 genera. The dominant species with relatively high relative abundance were 42.0% for Proteobacteria, 9.88% for Bacteroides, and 5.36% for Acidobacteria. In addition, the cyanobacteria phylum occupy a certain proportion in the sample, which can cooperate with the detection of microorganisms in the water to provide an early warning for the outbreak of water blooms.

Key words: Wuhan South Lake；Soil Environmental Colonies；16SRNA；High-throughput Sequencing

目 录

摘 要 I

Abstract II

1 绪 论 1

1.1武汉南湖底泥环境概况 1

1.2土壤环境微生物群落 2

1.3基因测序研究 3

2 材料与方法 7

2.1样品的采集 7

2.2 样品的处理 8

2.2.1土壤理化性质 8

2.2.2样品基因提取 8

2.2.3样品PCR扩增 9

2.3 高通量测定方法 9

2.4 实验所用试剂及仪器 11

2.4.1实验主要使用试剂 11

2.4.2实验主要使用仪器 11

3 结果与讨论 12

3.1 南湖底土理化参数 12

3.2底土菌落多样性分析 12

3.2底土优势菌门属的分布特征 12

4 总结与展望 15

4.1研究讨论 15

4.2展望 15

参考文献 16

致谢 18

第1章 绪 论

土壤是一种复杂的立体的体系，它影响着人类，动物，植物的生存。土壤中的碳、氮循环，营养循环，有机质分解都有着土壤微生物的介入。土壤微生物对全球的气候变化有着重要影响，土壤微生物群落能够直观快速的预测土壤各方面的变化，通过检测微生物继而监测土壤变化能够为土壤环境保护做出重要贡献，因此一套行之有效且快速的微生物检测技术便十分重要了。武汉南湖淤泥的微生物群落结构可以为南湖水质检测提供参考标准。

利用16S rDNA 高通量测序和PCR 技术，研究武汉南湖底泥湿土中微生物细菌群落结构在夏季蓝藻暴发期间的变化，扩展浅水湖泊微生物在富营养化下改变的认知，为揭示水华暴发的预警预测和富营养化水体下淤泥中细菌群落结构提供参考意见。

1.1武汉南湖底泥环境概况

武汉处于华中腹地，长江与汉江交接之畔，在江汉平原之东，属于一个山水城市^[1]。另外，据2016年武汉市环保局环境状况公报，武汉市的一般工业固体废物产生量1205.37万吨,工业危险废物产生量31.15万吨，医疗废物产生量1.63万吨，共处理生活垃圾356.52万吨。武汉表层土壤污染可能超出了地质环境对有害废弃物的容纳能力。

武汉市南湖属长江中游浅水湖泊，位于武汉市洪山区，上个世纪南湖水质干净污染较少，并且以前湖泊面积近一千公顷，这些湖泊构成了良好的自我控制和调节的水生态系统。这几年来，因为武汉的各方面迅速发展，经济开发日趋增快，这致使南湖现有的湖泊面积不到五百公顷，加上湖周边人口增加，使湖泊面积越来越少；因为在浅水湖泊营养成分较髙，加上大量的工农业的三废和生活污水流入湖中，所以水体的富营养加剧，生态系统的结构也随之发生恶性变化，生物多样性水平降低，这一切导致武汉南湖常年出现水华和水生生物大量死亡。不仅仅让经济发展停滞，也导致交通混乱、空气污染和水体恶化，南湖治理将成为武汉市湖泊治理的下一方针^[2]。

武汉洪山区属于堆积平原区，其土壤主要为长江冲积物构成，地层有全新统黏性土，砂性土及砂卵石层构成。同时，洪山区内存在南湖，及一些残存的沼泽地，地下水也十分充沛，这导致其水文地质条件较为复杂。