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精养池塘沉积物微生物群落结构特征及其对硝酸钙沉积物修复的响应

路斌  
【摘要】:随着高密度集约化养殖的发展,养殖池塘底部沉积物污染问题突出。全面的了解沉积物中各主要离子及微生物的群落结构及多样性的垂直分布规律,可更好的评估养殖沉积物污染,同时为改善养殖底部污染提供科学数据。本文采用PCR-DGGE技术,测定不同深度底泥沉积物中的微生物群落结构,采用酶标仪化学分析法,以透析装置(Dialysis Peeper)采集沉积物间隙水,测定间隙水中理化指标,探讨高密度养殖池塘内微生物群落结构的垂直分布、沉积物间隙水理化指标及相关性。结果显示:(1)养殖期间底泥沉积物中主要微生物类群有拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)及浮霉菌门(Planctomycetes)。(2)通过聚类分析,表明沉积物微生物群落可分为上层(0~6 cm)、中层(7~38 cm)和底层(39~50 cm),不同深度沉积物的微生物多样性及群落结构呈现出明显差异,中层微生物多样性最为丰富。(3)NH_4~+-N浓度范围在10.98~77.87 mg/L之间,随深度增加而逐渐增加,在15~18 cm后趋于稳定,PO43--P浓度范围在0.01~0.14 mg/L之间。随深度增加而减少,在9~10 cm后趋于稳定。NO3--N、NO2--N、SO42--S、Fe2+在沉积物中垂直分布均匀,无明显梯度变化。(4)相关性结果表明NH_4~+-N单独对微生物群落结构的影响为最大,PO43--P次之(NH_4~+-N:R=0.480;PO43--P:R=0.409)。NH_4~+-N、PO43--P为影响微生物群落结构的主要理化因子。通过添加硝酸钙,定期采集表层和深层沉积物,提取总DNA,利用PCR-DGGE技术对比分析在沉积物修复过程中的微生物群落结构动态变化特征,并与原位的沉积物间隙水相关性分析,分析添加硝酸钙对微生物群落结构的影响,结果得出:(1)PCR-DGGE电泳对照组和实验组共获得42个条带,克隆测序了31个条带,共获得35条序列,归类于29个可分类操作单元(OTUs),分别属于绿菌门(Chlorobi)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和绿弯菌门(Chloroflexi),其中变形菌门的物种多样性最大,包含13个OTUs;(2)群落结构聚类分析可分为差异显著的3个类群:a类群:包括第14、21和28天的实验组表层沉积物;b类群:包括第7天实验组的表层、深层沉积物和第14、21、28天的深层沉积物;c类群:实验组第0天和所有对照组的表层和深层的沉积物;并且各类群之间的差异主要是各类群的特异性条带贡献的;(3)平均Margalef’s物种丰富度指数和平均Shannon-Wiener多样性指数的大小顺序为:a类群b类群c类群;(4)BEST/BIOENV分析微生物群落结构与原位的理化因子之间的相关性得出,影响沉积物微生物群落结构最优的环境因子组合为NO3-,相关性达到0.787。结果表明,Ca(NO_3)_2的添加主要刺激了同时具有硝化和反硝化能力的芽孢杆菌和硝化作用过程中的亚硝酸盐氧化细菌的在表层沉积物大量繁殖,可能增强了微生物驱动的硝化和反硝化作用,从而降低NO3-和NO2-浓度的同时也降低了NH_4~+的浓度。


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