【摘要】：濕地生態(tài)系統(tǒng)具備水陸交錯帶良好的特性,是氮循環(huán)生物地球化學循環(huán)的熱區(qū),對氨氮有很好的截留效應。對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氨氮去除的相對貢獻尚不明確。所以,測定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)境因子對于評價濕地岸邊帶生態(tài)系統(tǒng)中氨氧化過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。與厭氧氨氧化和傳統(tǒng)氨氧化相比,對comammox在濕地岸邊帶生態(tài)系統(tǒng)中氨氧化作用有一個新的認識。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)分子生物學方法、~(15)N同位素示蹤技術、高通量測序、克隆文庫以及數(shù)理統(tǒng)計分析等手段。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細菌豐度為9.93±3.14×10~3-1.49±0.24×10~7拷貝g~(-1)。另外,anammox細菌活性為0.00±0.00-6.55±0.61 nmol N g~(-1) h~(-1)。無論冬季還是夏季岸邊帶沉積物A點anammox細菌豐度和活性均最高,而且從岸邊帶沉積物A點到岸邊帶中間土壤D點,anammox細菌豐度和活性呈下降趨勢。綜上所述,無論季節(jié)還是土壤類型,AOA的豐度最高,其次Nitrospira、comammox、AOB和anammox細菌,表明它們在岸邊帶濕地生態(tài)系統(tǒng)中共存并且有一定的競爭關系。推測氨氮的去除可能主要由AOA主導,同時comammox細菌在氨氧化的過程中起到一定的作用乃至整個氮循環(huán)過程起著不可忽視的作用以及anammox細菌在岸邊帶沉積物中起主要的作用。(2)Pearson相關性分析的結(jié)果表明,comammox和Nitrospira細菌豐度與NO_2~-、NO_3~-和NH_4~+濃度無顯著相關性,推測comammox細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細菌豐度和活性與含水率(WC)均顯著正相關而與TC濃度顯著負相關,而anammox細菌豐度和活性與底物NO_2~-和NH_4~+濃度無顯著相關性,推測anammox細菌在岸邊帶濕地生態(tài)系統(tǒng)中的分布與貢獻可能受含水率的影響。AOA的豐度與TC和TOM顯著正相關。而AOB的豐度與TN和TC顯著正相關。可見,底物不是決定comammox、Nitrospira、anammox、AOA和AOB細菌發(fā)生與分布的唯一因素,而是受其他關鍵環(huán)境因子(WC、TN、TC和TOM)以及微生物的驅(qū)動。(3)Comammox細菌豐度與Candidatus Nitrospira nitrificans的相對豐度顯著正相關,而且與Candidatus Nitrospira nitrificans和Candidatus Nitrospira nitrosa二者相對豐度之和也顯著正相關,推測comammox細菌豐度對Nitrospira細菌豐度有很大的貢獻。Nitrospira細菌豐度與Candidatus Nitrospira nitrificans的相對豐度以及Candidatus Nitrospira nitrificans和Candidatus Nitrospira nitrosa二者相對豐度之和均具有顯著正相關,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細菌活性與anammox細菌豐度顯著正相關。Anmmox細菌豐度和活性均與comammox細菌豐度呈顯著負相關,推測anammox和comammox細菌在岸邊帶濕地生態(tài)系統(tǒng)中共存并且可能是競爭的關系。總之,我們證明了comammox存在完全硝化作用,以及comammox對濕地岸邊帶生態(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識到的貢獻。這些結(jié)果將極大地促進對廣泛分布的岸邊帶生態(tài)系統(tǒng)中的comammox過程的理解。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。因為氨氧化是生物地球化學氮循環(huán)的關鍵組成部分,所以填補當前這一知識的空白是非常的重要。
【圖文】：

足的養(yǎng)分；水位不斷波動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)過程是由一系列的氧化-還原反應所組成，而一些功能微生物則是這些反應的“催化劑”。氮循環(huán)過程的研究始于 19 世紀，傳統(tǒng)的氮循環(huán)理論認為大氣中的氮氣被陸地或海洋中的固氮微生物固定為銨態(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氣形成閉合的氮循環(huán)系統(tǒng)。然而，新型氮循環(huán)微生物和新型氮循環(huán)過程不斷地被發(fā)現(xiàn)，使人們對氮循環(huán)過程有了新的認識與理解，近幾年新型氨氧化微生物（厭氧氨氧化細菌（anammox）和氨氧化古菌（AOA））的發(fā)現(xiàn)使得人們對氮循環(huán)過程有了更加深入的理解與認識，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 個過程[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)還原作用等過程（圖 1-1）。然而

圖 1-2 目前已知的氮循環(huán)主要過程[9]Figure 1-2 Main processes in natural nitrogen cycle[9]化過程氧化的發(fā)現(xiàn) 化 過 程 首 先 由 氨 氧 化 細 菌 / 古 菌 （ Amm, 縮寫：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程。其中氨氮和亞硝酸養(yǎng)生長的能源而且不需要其他有機化合物，僅依15年12月，3個科研團隊發(fā)現(xiàn)了 3種經(jīng)過富集的sa, Candidatus Nitrospira nitrificans 和 Cand種未經(jīng)過純培養(yǎng)的細菌（類 Nitrospira）[10-12]，酸鹽的能力，從而證明了 Costa 等[13]提出的單
【學位授予單位】：吉林建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X172

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

1 張麗麗;殷峻暹;張雙虎;蔣云鐘;;丹江口水庫向白洋淀補水生態(tài)調(diào)度方案研究[J];濕地科學;2012年01期

2 王為東;王亮;聶大剛;尹澄清;;白洋淀蘆葦型水陸交錯帶水化學動態(tài)及其凈化功能研究[J];生態(tài)環(huán)境學報;2010年03期

3 李貴寶,李建國,毛戰(zhàn)坡,尹澄清,王為東;白洋淀非點源污染的生態(tài)工程技術控制研究[J];南水北調(diào)與水利科技;2005年01期

4 尹澄清;內(nèi)陸水—陸地交錯帶的生態(tài)功能及其保護與開發(fā)前景[J];生態(tài)學報;1995年03期

相關博士學位論文 前1條

1 劉帥;典型生境中氨氧化古菌（AOA）和氨氧化細菌（AOB）的微生物生態(tài)學研究[D];浙江大學;2015年

本文編號：2683102