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太湖沉积物中氨氧化原核生物的群落结构及其分布研究

向燕  
【摘要】: 氮素的输入以及富集是导致淡水湖泊富营养化的主要原因之一。原核生物驱动的氨氧化可以通过不同途径产生气体氮分子,从而降低水环境中氮含量,对湖泊生态系统的氮循环有重要的影响。长期以来,人们认为微生物中仅有氨氧化细菌可以催化氨氧化。近年来厌氧氨氧化细菌和氨氧化古菌的发现,提示环境中氨氧化过程及其微生物驱动者的复杂性。目前,对氨氧化原核生物的研究大多集中在海洋、土壤等环境,而对淡水生境的研究较少。为了解氨氧化原核生物群落在淡水湖泊中的结构及其分布规律,揭示环境因子对它们的调控作用,本文选取淡水湖泊沉积物,开展了以下几个方面的研究:太湖的富营养化湖湾—竺山湾沉积物中氨氧化原核生物的垂直分布与多样性;蓝藻水华叠加对沉积物中的氨氧化原核生物群落结构和分布的影响;高等水生植物对其根际氨氧化原核生物的影响。本研究获得了以下的初步结果: 1对太湖的富营养化湖湾—竺山湾沉积物柱状样的研究发现,沉积物各深度普遍存在氨氧化细菌和氨氧化古菌,前者的群落结构在5—7cm深度之间发生明显变化,后者的群落结构沿沉积物1—7cm以及11—19cm深度变化不大,但是在深度9—11cm之间可能发生显著变化,这可能与氧化还原电位以及铵态氮的垂直变化有关。前者均为亚硝化单胞菌,后者分别来自土壤类群(Soils other environments lineage)或海洋类群(Marine water other environments lineage)。此外,沉积物各层虽未发现典型厌氧氨氧化细菌的16S rRNA序列,但是,发现了一个新的类似厌氧氨氧化细菌的太湖(Lake Taihu clones)类群。 2相对于竺山湾原位沉积物柱状样,蓝藻水华叠加后,沉积物中的氨氧化细菌和氨氧化古菌的垂直分布状况发生了一定的变化:氨氧化细菌的群落结构在4—5cm处发生明显变化;氨氧化古菌的群落结构在沉积物—上覆水界面发生显著变化,在深度13cm处也发生较大变化,且从沉积物—上覆水界面回收到的AOA amoA序列都属于土壤类群(Soils other environments lineage)。这些变化可能与氧化还原电位的垂直变化有关。 3室内实验表明,中营养湖泊(花神湖)—花神湖引入茭草和苦草,水草根际的氨氧化古菌群落随水草植入时间的增加发生了演替,苦草根际与无草表层沉积物中氨氧化古菌群落有显著差异。研究中未回收到氨氧化细菌的amoA序列,可能提示淡水沉积物中氨氧化古菌丰度较高。


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