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【6h】

利用Faecalibacterium菌16S rDNA基因标记检测环境水体中鸭粪便污染的研究

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目录

1 绪 论

1.1 畜禽粪便污染

1.2 鸭粪便污染

1.2.1 鸭粪便对空气的污染

1.2.2 鸭粪便对土壤的污染

1.2.3 鸭粪便对环境水的污染

1.3 粪便污染特点

1.4 鸭粪便污染的解决途径

1.5 水体中粪便污染源的检测方法

1.5.1 MST的指示物选择

1.5.2 MST的源指示物检测技术

1.5.3 MST的源解析方法

1.6 检测水体粪便污染的新型指示菌

1.7 粪便指示菌在水体中的稳定性研究

1.8 研究目的与意义

1.9 技术路线

1.10 研究创新点

2 实验材料和方法

2.1 实验材料

2.1.1 粪便样品的采集

2.1.2 环境水样采集

2.1.3 实验试剂与耗材

2.1.4 实验试剂盒

2.1.5 主要仪器设备

2.1.6 实验主要溶液及配制方法

2.2.1 粪便样品基因组DNA提取

2.2.2 粪便基因组DNA的验证

2.2.3 高通量测序

2.2.4 基因标记物设计

2.2.5 不同鸭粪便样品间的微生物多样性分析

2.2.6 基因标记物特异性验证

2.2.7 测定基因标记物阳性率

2.2.8 确定基因标记物灵敏度

2.2.9 确定最佳鸭粪便Faecalibacterium菌特异性引物

2.2.10 基因标记物稳定性的初步探究

2.2.11 环境水样验证

3 实验结果与讨论

3.1 基因组DNA提取结果

3.1.1 基因组DNA结果分析

3.2 微生物多样性

3.2.1 高通量测序结果

3.2.2 不同物种粪便微生物多样性

3.2.3 不同物种粪便微生物多样性分析

3.2.4 不同鸭粪便样品的微生物多样性

3.2.5 不同鸭粪便样品的微生物多样性分析

3.2.6 Faecalibacterium菌在各物种中的占比

3.3.1 特异性结果

3.3.2 特异性结果分析

3.3.3 阳性率结果

3.3.4 阳性率结果分析

3.4.1 重组质粒的测序检测

3.4.2 连接转化实验讨论

3.4.3 灵敏度结果

3.4.4 灵敏度结果分析

3.4.5 确定最佳鸭粪便基因标记物

3.5 基因标记物稳定性探究结果

3.5.1 水环境和温度对基因标记物稳定性的影响

3.5.2 光照时间对基因标记物稳定性的影响

3.5.3 基因标记物稳定性探究结果分析

3.6.1 环境水样检测结果

3.6.2 环境水样检测结果分析

4 结论与展望

4.1 总结

4.2 讨论

4.3 后续探究工作展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 学位论文数据集

致谢

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摘要

随着畜禽食品需求的快速增长,畜禽养殖业也得到了高速发展,然而大规模养殖造成的动物粪便污染问题不容小觑。粪便中含有大量致病菌和病原体,严重威胁了生态环境和人类健康。因此,研究出一种能高效精确地检测水体粪便污染源的技术迫在眉睫,传统的粪便指示菌(如大肠杆菌、肠球菌等)能够在宿主体外适宜的环境中生存繁殖,难以真正反映水体污染的情况。故本研究根据Faecalibacterium菌16S rDNA基因序列在不同宿主间的宿主序列差异来设计鸭特异性基因标记物,从而对水体鸭粪便污染进行检测。  本实验共采集了六个常见物种的 246 份粪便样品,分别为人、鸭、鸡、猪、狗、牛。高通量测序共获得646,587条有效16S rDNA序列,并分析个体粪便微生物多样性。结果显示:丰度最高的分别是厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门,其中厚壁菌门在不同动物粪便微生物的占比约为 35.45%-68.68%,拟杆菌门约占12.86%-47.3%,变形菌门约占 0.71%-34.41%;人、鸭、鸡、猪、狗、牛粪便微生物中香农指数(Shannon-wiener)平均数分别为0.9392、1.2174、1.2148、0.8324、1.1547、1.2293,辛普森指数(Simpson)平均数分别为0.5529、0.6321、0.6257、0.4591、0.5418、0.6422,皮卢指数(Pielou)平均数分别为0.4241、0.3652、0.3893、0.3397、0.3966、0.4419。而对不同地区的鸭粪便微生物多样性分析结果为:重庆、贵州、陕西和四川的鸭粪便微生物香农指数平均数依次为:1.2217、1.2473、1.2151、1.1869,辛普森指数平均数依次为:0.6431、0.6647、0.6358、0.6032,皮卢指数平均数依次为:0.3772、0.3863、0.3744、0.3512。  本研究所设计的两组鸭特异性Faecalibacterium菌引物(FDu-1和FDu-2)的特异性均为 100%,阳性率分别为 93.75%、90.63%,灵敏度分别为 7.95×107拷贝数/100 mL、1.89×109拷贝数/100 mL,由于FDu-1的阳性率和灵敏度都高于FDu-2,因此确定FDu-1为最佳引物。  为探究 FDu-1 在水体中的稳定性,实验室模拟了鸭粪便污染水体,选择不同水质(河水、蒸馏水)、不同温度(10℃、30℃)、光照条件(光照、黑暗)作为变量。结果显示:10℃、黑暗条件下,FDu-1在河水和蒸馏水中的衰变时长分别为108 h、132 h;30℃、黑暗条件下,FDu-1在河水和蒸馏水中的衰变时长分别为48 h、84 h;河水中、光照条件下,FDu-1在10℃和30℃衰变时长分别为96 h、36 h。  最后,随机采集了不同地区的实际环境水样对 FDu-1 进行实用性检测,鸭粪便污染水样的检测结果为阳性,非目标粪便污染水样为阴性;另外,距离鸭粪便采样点距离越远的水样,阳性率越低。  本文设计并验证的鸭特异性Faecalibacterium菌基因标记物能独立检测、追踪水体中鸭粪便污染,为水环境中的粪便污染源检测提供了一种新的工具和方法。

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