一种利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法技术

本发明专利技术公开了一种利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法，步骤包括：采样位点布设步骤，高通量测序及微生物种群多样性分析步骤，生物标记筛选步骤和污染来源解析步骤。该湖泊水体污染来源解析方法基于不同来源样品微生物生物标记的差异，利用统计学分析方法量化污染影响程度，以实现基于微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析，为环境水体监测和治理提供技术参考。

A method of source analysis of lake water pollution using microbial biomarkers

【技术实现步骤摘要】
一种利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法
本专利技术涉及一种湖泊水体污染来源解析方法，尤其是一种利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法。
技术介绍
目前，我国面临严峻的水环境问题，水资源短缺、水生态受损等现象十分突出，其原因在于人类活动将大量工业、农业和生活废弃物排入自然水体，使水体受到污染及破坏，严重影响到我国人民用水安全。水环境问题的解决，其关键在于依据水体污染类型制定有效的治理方案，同时有针对性的加强控制力度。其中，最有效的方式就是对污染来源进行追溯与确定，从源头控制污染排放。因此，有必要设计出一种利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法，能够结合高通量测序技术和多种统计学方法对不同污染源之间的微生物多样性差异进行分析，实现污染来源解析，为环境水体管控和治理提供技术支撑。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法，能够结合高通量测序技术和多种统计学方法对不同污染源之间的微生物多样性差异进行分析，实现污染来源解析，为环境水体管控和治理提供技术支撑。技术方案：本专利技术所述的利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法，包括如下步骤：步骤1，在待解析湖泊水体设定各个采样位点，并根据湖泊水体区域周边环境确定各种潜在污染源；步骤2，对各个采样位点所获湖水水样和各个潜在污染源所获污染水样中的微生物样本进行高通量测序，再对高通测序结果经过质控，再进行微生物种群多样性分析；步骤3，再对各个湖水水样以及潜在污染源水样的微生物种群多样性进行差异分析，从而筛选出各类型水样的生物标记；步骤4，根据生物标记利用统计学分析进行污染影响程度量化，并通过污染分布来解析污染来源。进一步地，步骤1中，在根据湖泊水体周边环境确定各种潜在污染源时：若湖泊水体周边环境中存在工业园区，则将园区内的主要工业类型作为潜在污染源；若湖泊水体周边环境中存在人口密集居住区，则将市政污水和畜禽养殖废水作为潜在污染源。进一步地，步骤2中，在提取水样中微生物样本时，利用0.22μm微孔滤膜抽滤湖水水样以及污染源水样，微生物样本即附着在微孔滤膜表面。进一步地，步骤2中，在进行高通量测序时，对微生物样本的16srDNA的V4区进行高通量测序，测序结果经过质控后进行微生物种群多样性分析。进一步地，步骤2中，在进行微生物种群多样性分析时，通过将测序结果按照97％相似度进行聚类得到分类单元丰度表，对于分类单元丰度表中相对丰度大于0.1％的分类单元对比RDP和NCBI数据库进行注释得到生物学分类信息表。进一步地，步骤3中，在进行差异分析时，基于分类单元丰度表中的分类单元相对丰度和生物学分类信息表中的物种分类信息，利用线性判别效应大小分析进行差异分析以筛选潜在生物标记。进一步地，步骤3中，在利用线性判别效应大小分析进行差异分析时，设置分析参数为：LDAScore大于4.4，Kruskal-Wallis秩和检验的统计学意义小于0.05。进一步地，步骤3中，在筛选潜在生物标记时，利用PCA分析计算因子载荷，将相同来源且在同一组分因子载荷>0.6的进化分支作为该源的生物标记。进一步地，步骤4中，利用统计学分析进行污染影响程度量化时，是基于生物标记在分类单元丰度表中的相对丰度利用PCA分析计算因子得分。进一步地，步骤4中，在通过污染分布来解析污染来源时，通过ArcGIS软件中的反距离权重插值分析法进行各污染源生物标记因子得分的可视化分析得到污染分布。本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：将高通量测序技术和微生物生物标记筛选方法相结合，从而实现污染来源解析的目的；与传统的实时定量荧光扩增技术相比，高通量测序技术具有更广泛的测序深度，不仅可对痕量丰度的微生物种群进行识别，亦可进一步检测出更多具有指示功能的微生物；提供的微生物生物标记筛选方法，即是针对高通量测序技术的优点，对各类型污染源中具有指示功能的微生物生物标记进行筛选，实现污染来源解析的目的；还可针对工业源、农业源和生活源等多种污染源进行生物标记筛选，且进行分析的污染源种类越多，源解析结果将更加准确。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术实施例的潜在生物标记；图3为本专利技术实施例的污染分布情况；图4为本专利技术实施例的连续监测污染分布情况。具体实施方式下面结合附图对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。实施例1：如图1-4所示，本专利技术公开的利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法，包括如下步骤：步骤1，在待解析湖泊水体设定各个采样位点，并根据湖泊水体区域周边环境确定各种潜在污染源；步骤2，对各个采样位点所获湖水水样和各个潜在污染源所获污染水样中的微生物样本进行高通量测序，再对高通测序结果经过质控，再进行微生物种群多样性分析；步骤3，再对各个湖水水样以及潜在污染源水样的微生物种群多样性进行差异分析，从而筛选出各类型水样的生物标记；步骤4，根据生物标记利用统计学分析进行污染影响程度量化，并通过污染分布来解析污染来源。进一步地，步骤1中，在根据湖泊水体周边环境确定各种潜在污染源时：若湖泊水体周边环境中存在工业园区，则将园区内的主要工业类型作为潜在污染源；若湖泊水体周边环境中存在人口密集居住区，则将市政污水和畜禽养殖废水作为潜在污染源。进一步地，步骤2中，在提取水样中微生物样本时，利用0.22μm微孔滤膜抽滤湖水水样以及污染源水样，微生物样本即附着在微孔滤膜表面。进一步地，步骤2中，在进行高通量测序时，对微生物样本的16srDNA的V4区进行高通量测序，测序结果经过质控后进行微生物种群多样性分析。进一步地，步骤2中，在进行微生物种群多样性分析时，通过将测序结果按照97％相似度进行聚类得到分类单元丰度表，对于分类单元丰度表中相对丰度大于0.1％的分类单元对比RDP和NCBI数据库进行注释得到生物学分类信息表。进一步地，步骤3中，在进行差异分析时，基于分类单元丰度表中的分类单元相对丰度和生物学分类信息表中的物种分类信息，利用线性判别效应大小分析进行差异分析以筛选潜在生物标记。进一步地，步骤3中，在利用线性判别效应大小分析进行差异分析时，设置分析参数为：LDAScore大于4.4，Kruskal-Wallis秩和检验的统计学意义小于0.05。进一步地，步骤3中，在筛选潜在生物标记时，利用PCA分析计算因子载荷，将相同来源且在同一组分因子载荷>0.6的进化分支作为该源的生物标记。进一步地，步骤4中，利用统计学分析进行污染影响程度量化时，是基于生物标记在分类单元丰度表中的相对丰度利用PCA分析计算因子得分。进一步地，步骤4中，在通过污染分布来解析污染来源时，通过ArcGIS软件中的反距离权重插值分析法进行各污染源生物标记因子得分的可视化分析得到污染分布。进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，在待解析湖泊水体设定各个采样位点，并根据湖泊水体区域周边环境确定各种潜在污染源；/n步骤2，对各个采样位点所获湖水水样和各个潜在污染源所获污染水样中的微生物样本进行高通量测序，再对高通测序结果经过质控，再进行微生物种群多样性分析；/n步骤3，再对各个湖水水样以及潜在污染源水样的微生物种群多样性进行差异分析，从而筛选出各类型水样的生物标记；/n步骤4，根据生物标记利用统计学分析进行污染影响程度量化，并通过污染分布来解析污染来源。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在待解析湖泊水体设定各个采样位点，并根据湖泊水体区域周边环境确定各种潜在污染源；
步骤2，对各个采样位点所获湖水水样和各个潜在污染源所获污染水样中的微生物样本进行高通量测序，再对高通测序结果经过质控，再进行微生物种群多样性分析；
步骤3，再对各个湖水水样以及潜在污染源水样的微生物种群多样性进行差异分析，从而筛选出各类型水样的生物标记；
步骤4，根据生物标记利用统计学分析进行污染影响程度量化，并通过污染分布来解析污染来源。


2.根据权利要求1所述的利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法，其特征在于，步骤1中，在根据湖泊水体周边环境确定各种潜在污染源时：若湖泊水体周边环境中存在工业园区，则将园区内的主要工业类型作为潜在污染源；若湖泊水体周边环境中存在人口密集居住区，则将市政污水和畜禽养殖废水作为潜在污染源。


3.根据权利要求1所述的利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法，其特征在于，步骤2中，在提取水样中微生物样本时，利用0.22μm微孔滤膜抽滤湖水水样以及污染源水样，微生物样本即附着在微孔滤膜表面。


4.根据权利要求3所述的利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法，其特征在于，步骤2中，在进行高通量测序时，对微生物样本的16srDNA的V4区进行高通量测序，测序结果经过质控后进行微生物种群多样性分析。


5.根据权利要求4所述的利用微生物生物标记的湖泊水体污染来源解析方法，其特征在于，步骤2中，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘莉莉，武广哲，赵翰斌，王旭，张猛，唐明琪，刘瑛，张云霄，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31