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《南京大学》 2017年
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江苏宜兴大港河水质变化对苦草遗传多样性和遗传结构影响分析

王丹碧  
【摘要】:太湖是中国五大淡水湖之一,位于长江三角洲南缘。太湖流域人口密度大,工农业迅速发展,生活污水、农业废水等排放量增加,导致流入污染物的总量远远超过太湖整体纳污能力。太湖水质持续为V类甚至劣V类,富营养化程度严重。相关研究表明,入湖河道污染物的输入是造成太湖污染的主要来源之一,由入湖河道输入太湖的污染物占总量的80%,其中总氮输入量达90%以上。对入湖河道的生态治理是控制太湖污染和富营养化的重要工程。太湖共连接200多条河流,其中大港河是主要入湖支流之一,位于宜兴市丁蜀镇大港村,全长9.4km。河流两岸由西至东分布有林地、农田、村庄,是一条典型的集生活污水和农业面源污染的河流,水质具有明显的梯度变化特征。通过对大港河水质变化进行研究,可为大港河水生态修复和水资源管理提供参考依据。在富营养化水体中,水生植物生长、繁殖受到抑制,种群数量和种类大量减少,导致水生态系统失衡等严重生态问题。水生植物中沉水植物对于环境变化的反应较为敏感,对水环境质量具有比较强的指示作用。苦草(Vallisneria natans)为水鳖科(Hydrocharitaceae)苦草属多年生无茎沉水植物,是湿地生态修复的重要工具种之一。水体营养盐浓度显著影响苦草生长,当营养盐浓度过高时,将会削弱苦草光合作用,降低苦草根系活力等。为探究大港河水质梯度变化过程中,苦草种群数量减少以及其适应性下降的遗传基础。本实验在大港河从源头汇水区至入湖河口区采集水样、苦草植株以及底泥,对样品的氮、磷营养盐含量变化进行分析。同时,采用nSSR和cpSSR微卫星分子标记研究大港河顺流分布的6个苦草居群遗传多样性和遗传结构。得出以下主要结果:(1)大港河主河道各样点7个指标主要为逐渐增加的变化趋势。根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002),大港河TN在第1样点平均值为0.88 mg/L,优于Ⅲ类水质标准,而第10样点已高达4.76mg/L,为劣Ⅴ类水质标准;水体中TP含量第1样点为0.21mg/L,为Ⅲ类水质标准,而第10样点上升至0.6 mg/L,,远高于Ⅴ类水标准,为劣V类;COD、NH3-N、NO3-N、PO43-均值在六个样点间呈明显逐渐上升趋势,而溶解氧变化趋势不明显。在大港河主要7条入河支浜的水质监测结果中,分布于农田、村庄、林地的支浜,其TN为Ⅴ类-劣Ⅴ类水质标准,TP总体为Ⅲ类水质标准。大港河水质由Ⅲ逐渐恶化为Ⅴ类-劣Ⅴ类。(2)6个样点的苦草所含TN、TP含量变化趋势是顺着水流方向逐渐升高。样点Ⅰ苦草TN为19 mg/g,至样点Ⅵ升高为25.7 mg/g;样点Ⅰ苦草所含TP含量为1.57 mg/g,样点Ⅵ升高至2.46 mg/g。(3)底泥营养盐在6个样点间呈依次递增的变化趋势,分别在样点Ⅰ为最低值,而在样点Ⅵ达到最高值。样点Ⅰ底泥所含TN含量为0.8 mg/g,样点Ⅵ升高至2.1 mg/g;样点Ⅰ所含TP含量为0.632 mg/g,样点Ⅵ升高为1.199 mg/g;样点Ⅰ所含有机碳含量为10.3 mg/g,样点Ⅵ升高为20.0 mg/g。(4)大港河六个苦草居群nSSR分析中,共检测出140个等位基因,其中每个微卫星位点有2—7个等位基因数,并且7对有多型的引物共可扩增出49个多态性片段,期望杂合度 He 分别为 0.436、0.375、0.353、0.298、0.294、0.297、0.342。苦草居群cpSSR分析中,共检测出187个等位基因,其中每个位点有2—7个等位基因数,平均为3.12个,且10对有多型的引物共可扩增出48个多态性片段,期望杂合度He结果分别为0.450、0.474、0.431、0.350、0.299、0.276。(5)核基因组遗传分化系数Fst为0.0715,即苦草种群有92.85%的遗传变异存在于种群内,仅有7.15%存在于种群间;叶绿体基因组遗传分化系数Fst为0.0675,显示有93.25%遗传变异主要存在于种群内,6.75%的遗传变异存在于种群间。(6)大港河流域人口密度大以及农业生产活动强度高,导致生活污水和农业面源污染增加,造成河流下游区水体恶化,富营养化程度严重。苦草受高浓度营养盐影响,其生存受到影响,种群遗传多样性水平降低,对环境变化的适应能力和竞争力减弱。
【关键词】:入湖河道 大港河 苦草 水质 微卫星 遗传多样性
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X52;Q943.2
【目录】:
  • 摘要5-8
  • Abstract8-13
  • 第一章 绪论13-30
  • 1.1 研究背景与意义13-15
  • 1.2 研究内容与目标15
  • 1.3 相关研究综述15-30
  • 1.3.1 水生植物濒危现状15-19
  • 1.3.2 分子标记19-23
  • 1.3.3 保护遗传学23-24
  • 1.3.4 水生植物濒危原因24-30
  • 第二章 大港河水质变化情况分析30-48
  • 2.1 引言30-31
  • 2.2 材料与方法31-34
  • 2.2.1 研究区概况31-32
  • 2.2.2 实验材料32-33
  • 2.2.3 样品采集与测定分析33-34
  • 2.2.4 数据分析34
  • 2.3 结果与分析34-44
  • 2.3.1 水质指标含量变化34-37
  • 2.3.2 苦草TN、TP含量变化37-39
  • 2.3.3 底泥TN、TP、有机碳含量变化39-41
  • 2.3.4 水体与苦草TN、TP含量变化的相关性分析41-42
  • 2.3.5 水体与底泥TN、TP含量变化的相关性分析42-43
  • 2.3.6 苦草与底泥TN、TP含量变化的相关性分析43-44
  • 2.4 讨论44-48
  • 第三章 苦草遗传多样性和遗传结构的SSR分析48-65
  • 3.1 引言48
  • 3.2 材料与方法48-57
  • 3.2.1 实验材料48-49
  • 3.2.2 实验方法49-57
  • 3.3 结果与分析57-62
  • 3.3.1 基于nSSR分析苦草种群遗传多样性57-59
  • 3.3.2 基于nSSR分析苦草种群遗传结构59
  • 3.3.3 基于cpSSR分析苦草种群遗传多样性59-61
  • 3.3.4 基于cpSSR分析苦草种群遗传结构61-62
  • 3.4 讨论62-65
  • 3.4.1 苦草的遗传多样性62
  • 3.4.2 苦草的遗传结构62-63
  • 3.4.3 水质变化对苦草遗传多样性的影响63-65
  • 第四章 总结和展望65-69
  • 4.1 总结65-67
  • 4.1.1 研究区域大港河河流营养盐含量分析65-66
  • 4.1.2 苦草种群微卫星位点筛选66
  • 4.1.3 大港河苦草种群遗传多样性和遗传结构66-67
  • 4.1.4 大港河水质变化对苦草种群遗传多样性的影响67
  • 4.2 展望67-69
  • 参考文献69-81
  • 硕士期间论文发表情况81-82
  • 致谢82-83

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