凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖水体中生物絮团菌群结构及功能分析

来源 :浙江海洋大学 | 被引量 : 12次 | 上传用户:lavina0526
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细菌是生物絮团的构建者,为更深入了解生物絮团技术,以更好服务于凡纳滨对虾养殖业,本文欲对形成于凡纳滨对虾养殖中的生物絮团内部细菌进行研究。相关实验共分为三个部分,包括了生物絮团菌群结构的分析,及生物絮团内部高效功能菌株的研究。第一部分:为明晰凡纳滨对虾养殖中生物絮团形成初期的菌群结构及功能,本实验对絮团细菌16S rDNA V4区,进行Illumina MiSeq高通量测序。结果显示,形成初期的生物絮团菌群丰度较高,群落丰度指数ACE、Chao1分别为5273.65和2862.07,而菌群多样性较低,多样性指数Shannon、Simpson为2.17和0.22;菌群在菌门水平的分布主要以变形菌门(58.33%)与厚壁菌门(39.91%)为主;菌纲水平的分布主要为γ-变形菌纲(46.77%)、芽孢杆菌纲(39.36%)与β-变形菌纲(8.81%);菌属水平的分布主要为微小杆菌属(37.72%)、柠檬酸杆菌属(21.46%)、不动杆菌属(13.13%)、假单胞菌属(8.52%)与Ramlibacter(7.6%),以上菌属对于生物絮团的构建,以及同化无机离子、调控水质具有重要作用,在养殖初始,定向培育这些微生物将有助于生物絮团形成。第二部分:为了解凡纳滨对虾养殖水体中不同粒径生物絮团的菌群结构及功能,本实验对絮团细菌16S rDNA V4区,进行Illumina MiSeq高通量测序,比较未筛选粒径(1)、粒径>212um(2)、106-212um(3)及<106um(4)等4组生物絮团的菌群特征。结果显示,各组菌群丰度指数ACE、Chao1值3>1>2>4;菌群多样性指数Shannon值3>1>2>4,Simpson值4>1>2>3。粒径106-212um的生物絮团菌群具最高丰度及多样性,而<106um的絮团丰度及多样性最低。4组菌群门水平组成差异不是很明显,以变形菌门(Proteobacteria)为主要优势类群,拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)为次要类群。而菌属水平分布有较大差异,各组特有优势操作分类单元(OTU)数分别为459、452、494及420个。此外,第4组(粒径<106um)含有较高丰度的潜在致病菌Vibrio(24.72%)、Arcobacter(9.17%),而第3组(粒径106-212um)中致病菌丰度较低,Vibrio(11.04%)、Arcobacter(2.91%),且具有较高丰度的潜在有益菌Oceanicola、Loktanella。通过PICRUSt法在1-4组中检测到关于碳水化合物、无机离子转运和代谢,及细胞生长、分裂的基因功能。各组基因功能丰度排列3>1>2>4,粒径106-212um的絮团具最高丰度的基因功能。结果表明,生物絮团粒径大小将影响絮团菌群结构,合适粒径的絮团对于菌群丰度、多样性、潜在致病菌的抑制及菌群的功能表达具有有益影响。第三部分:为了高效进行水体脱氮,本实验从形成于凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖水体的生物絮团中分离到一株具产絮能力的脱氮菌xt1,经16S rRNA基因测序与生理生化分析确定菌株xt1为短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)。在此基础上,本文研究了该菌的脱氮特性。结果表明:菌株xt1最佳碳源为葡萄糖,以其为底物对氨氮、硝态氮去除率分别达95.56%和57.40%。以蔗糖为碳源亦具较高脱氮率,对氨氮、硝态氮去除率分别达69.95%和49.50%;该菌能利用有机氮加速生长,添加0.25%、0.5%、1%和2%的蛋白胨能促进OD600,分别达到0.925、1.034、1.103和1.314,均高于未加蛋白胨下的生长,且氨氮去除率均超过90%,硝态氮去除率均超过88%;该菌能适应20—200mg/L无机氮浓度;该菌能以NH4+-N、NO2--N或NO3--N为唯一氮源进行异养硝化-好氧反硝化,反应84h去除率分别达到94.16%、47.60%和91.17%。其中,该菌的硝化形式是将氨氮转化为气态氮脱除,其硝态氮反硝化形式是先将硝态氮转化为亚硝氮,再以气态氮脱除。在进行异养硝化-好氧反硝化同时,菌株xt1体现絮凝特性,絮凝率最高分别达到82.28%、73.15%和75.60%;此外,添加该菌于养殖水体中能加速生物絮团形成,同时提高脱氮率。各项结果表明,菌株xt1可作为水产养殖水体脱氮的备选菌株。
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