發(fā)布時(shí)間：2020-05-27 06:24

【摘要】：濕地生態(tài)系統(tǒng)具備水陸交錯(cuò)帶良好的特性,是氮循環(huán)生物地球化學(xué)循環(huán)的熱區(qū),對(duì)氨氮有很好的截留效應(yīng)。對(duì)氨氮去除起主要作用的微生物是comammox、anammox、AOA和AOB。至今,四種氨氧化微生物對(duì)氨氮去除的相對(duì)貢獻(xiàn)尚不明確。所以,測(cè)定comammox、anammox、AOA和AOB的豐度以及種群結(jié)構(gòu),探明濕地岸邊帶生態(tài)系統(tǒng)中影響comammox、anammox、AOA和AOB分布和發(fā)生的環(huán)境因子對(duì)于評(píng)價(jià)濕地岸邊帶生態(tài)系統(tǒng)中氨氧化過(guò)程以及氨氮去除具有重要意義。本論文研究的目的是研究濕地岸邊帶生態(tài)系統(tǒng)中comammox的發(fā)生、分布和貢獻(xiàn)。與厭氧氨氧化和傳統(tǒng)氨氧化相比,對(duì)comammox在濕地岸邊帶生態(tài)系統(tǒng)中氨氧化作用有一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。在不同季節(jié)和空間分布下采集蘆葦根際和非根際樣品,根據(jù)分子生物學(xué)方法、~(15)N同位素示蹤技術(shù)、高通量測(cè)序、克隆文庫(kù)以及數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析等手段。具體得到如下結(jié)論:(1)在濕地岸邊帶土壤/沉積物樣品中,基于amo A功能基因的comammox細(xì)菌豐度為1.04±0.22×10~8-3.19±0.39×10~8拷貝g~(-1),基于amo A功能基因的AOA的豐度為7.34±0.15×10~8-2.39±0.31×10~9拷貝g~(-1),而基于amoA功能基因的AOB的豐度為6.33±0.40×10~6-5.13±0.27×10~7拷貝g~(-1)。此外,基于nxr B功能基因的Nitrospira細(xì)菌豐度為2.43±0.88×10~8-1.10±0.52×10~9拷貝g~(-1),基于hzsB功能基因的anammox細(xì)菌豐度為9.93±3.14×10~3-1.49±0.24×10~7拷貝g~(-1)。另外,anammox細(xì)菌活性為0.00±0.00-6.55±0.61 nmol N g~(-1) h~(-1)。無(wú)論冬季還是夏季岸邊帶沉積物A點(diǎn)anammox細(xì)菌豐度和活性均最高,而且從岸邊帶沉積物A點(diǎn)到岸邊帶中間土壤D點(diǎn),anammox細(xì)菌豐度和活性呈下降趨勢(shì)。綜上所述,無(wú)論季節(jié)還是土壤類(lèi)型,AOA的豐度最高,其次Nitrospira、comammox、AOB和anammox細(xì)菌,表明它們?cè)诎哆厧�濕地生態(tài)系統(tǒng)中共存并且有一定的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。推測(cè)氨氮的去除可能主要由AOA主導(dǎo),同時(shí)comammox細(xì)菌在氨氧化的過(guò)程中起到一定的作用乃至整個(gè)氮循環(huán)過(guò)程起著不可忽視的作用以及anammox細(xì)菌在岸邊帶沉積物中起主要的作用。(2)Pearson相關(guān)性分析的結(jié)果表明,comammox和Nitrospira細(xì)菌豐度與NO_2~-、NO_3~-和NH_4~+濃度無(wú)顯著相關(guān)性,推測(cè)comammox細(xì)菌可能在底物濃度低至一定閾值后,其物種豐度不受底物濃度的調(diào)節(jié)。Anammox細(xì)菌豐度和活性與含水率(WC)均顯著正相關(guān)而與TC濃度顯著負(fù)相關(guān),而anammox細(xì)菌豐度和活性與底物NO_2~-和NH_4~+濃度無(wú)顯著相關(guān)性,推測(cè)anammox細(xì)菌在岸邊帶濕地生態(tài)系統(tǒng)中的分布與貢獻(xiàn)可能受含水率的影響。AOA的豐度與TC和TOM顯著正相關(guān)。而AOB的豐度與TN和TC顯著正相關(guān)�？梢�(jiàn),底物不是決定comammox、Nitrospira、anammox、AOA和AOB細(xì)菌發(fā)生與分布的唯一因素,而是受其他關(guān)鍵環(huán)境因子(WC、TN、TC和TOM)以及微生物的驅(qū)動(dòng)。(3)Comammox細(xì)菌豐度與Candidatus Nitrospira nitrificans的相對(duì)豐度顯著正相關(guān),而且與Candidatus Nitrospira nitrificans和Candidatus Nitrospira nitrosa二者相對(duì)豐度之和也顯著正相關(guān),推測(cè)comammox細(xì)菌豐度對(duì)Nitrospira細(xì)菌豐度有很大的貢獻(xiàn)。Nitrospira細(xì)菌豐度與Candidatus Nitrospira nitrificans的相對(duì)豐度以及Candidatus Nitrospira nitrificans和Candidatus Nitrospira nitrosa二者相對(duì)豐度之和均具有顯著正相關(guān),綜上表明Candidatus Nitrospira nitrificans和Candidatus Nitrospira nitrosa二者在comammox和Nitrospira中的重要性以及在岸邊生態(tài)系統(tǒng)中不可忽視的作用。此外,anammox細(xì)菌活性與anammox細(xì)菌豐度顯著正相關(guān)。Anmmox細(xì)菌豐度和活性均與comammox細(xì)菌豐度呈顯著負(fù)相關(guān),推測(cè)anammox和comammox細(xì)菌在岸邊帶濕地生態(tài)系統(tǒng)中共存并且可能是競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系。總之,我們證明了comammox存在完全硝化作用,以及comammox對(duì)濕地岸邊帶生態(tài)系統(tǒng)中自養(yǎng)硝化作用的調(diào)解的重要作用且以前未被認(rèn)識(shí)到的貢獻(xiàn)。這些結(jié)果將極大地促進(jìn)對(duì)廣泛分布的岸邊帶生態(tài)系統(tǒng)中的comammox過(guò)程的理解。本研究首次研究了comammox的發(fā)生與分布以及研究comammox、anammox和傳統(tǒng)氨氧化微生物之間的相互作用。因?yàn)榘毖趸�是生物地球化學(xué)氮循環(huán)的關(guān)鍵組成部分,所以填補(bǔ)當(dāng)前這一知識(shí)的空白是非常的重要。
【圖文】：

足的養(yǎng)分；水位不斷波動(dòng)在岸邊帶形成了好氧-厭氧交替的環(huán)境，使不同微生物占據(jù)不同的生態(tài)位。圖1-1 水陸交錯(cuò)帶示意圖（引自祝貴兵研究員PPT）Figure 1-1 The schematic diagram of land-freshwater interfaces地球上氮循環(huán)過(guò)程是由一系列的氧化-還原反應(yīng)所組成，而一些功能微生物則是這些反應(yīng)的“催化劑”。氮循環(huán)過(guò)程的研究始于 19 世紀(jì)，傳統(tǒng)的氮循環(huán)理論認(rèn)為大氣中的氮?dú)獗魂懙鼗蚝Ｑ笾械墓痰�微生物固定為銨態(tài)氮，，接著硝化微生物將氨氮氧化為亞硝態(tài)氮或硝態(tài)氮，最終被反硝化微生物還原為氮?dú)庑纬砷]合的氮循環(huán)系統(tǒng)。然而，新型氮循環(huán)微生物和新型氮循環(huán)過(guò)程不斷地被發(fā)現(xiàn)，使人們對(duì)氮循環(huán)過(guò)程有了新的認(rèn)識(shí)與理解，近幾年新型氨氧化微生物（厭氧氨氧化細(xì)菌（anammox）和氨氧化古菌（AOA））的發(fā)現(xiàn)使得人們對(duì)氮循環(huán)過(guò)程有了更加深入的理解與認(rèn)識(shí)，并引起了氮循環(huán)微生物研究的熱潮。目前比較完整的氮循環(huán)主要包括 6 個(gè)過(guò)程[9]：①固氮作用；②好氧氨氧化作用；③亞硝酸鹽氧化作用；④反硝化作用；⑤厭氧氨氧化作用；⑥硝酸鹽異養(yǎng)還原作用等過(guò)程（圖 1-1）。然而

圖 1-2 目前已知的氮循環(huán)主要過(guò)程[9]Figure 1-2 Main processes in natural nitrogen cycle[9]化過(guò)程氧化的發(fā)現(xiàn) 化 過(guò) 程 首 先 由 氨 氧 化 細(xì) 菌 / 古 菌 （ Amm, 縮寫(xiě)：AOM）將氨氧化成亞硝酸鹽,再由亞硝硝酸鹽氧化成硝酸鹽的過(guò)程。其中氨氮和亞硝酸養(yǎng)生長(zhǎng)的能源而且不需要其他有機(jī)化合物，僅依15年12月，3個(gè)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了 3種經(jīng)過(guò)富集的sa, Candidatus Nitrospira nitrificans 和 Cand種未經(jīng)過(guò)純培養(yǎng)的細(xì)菌（類(lèi) Nitrospira）[10-12]，酸鹽的能力，從而證明了 Costa 等[13]提出的單
【學(xué)位授予單位】：吉林建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：X172

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2683102