仿生植物附著氨氧化微生物群落結構及其對環(huán)境因子的響應研究.pdf

1、硝化作用是氮素循環(huán)的重要過程，而氨氧化是硝化過程的第一步也是限速步驟。長期以來，氨氧化細菌(ammonia-oxidizing bacteria，AOB)被認為是氨氧化的唯一驅動者。然而，古菌的宏基因組和純培養(yǎng)的研究表明，部分古菌也具有氨氧化能力，該種群被稱為氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea，AOA)，隨后被劃分為一個新的門類，奇門古菌。大量研究表明，AOA在氮素循環(huán)中也起著非常重要的作用。
　　本文

2、以AOA和AOB的氨單加氧酶α亞基（amoA基因）為靶基因，研究低氧高氨氮城市河道中AOA和AOB的豐度和群落結構隨季節(jié)變化規(guī)律及其對環(huán)境因子的響應;以仿生植物為載體，在城市河道內(nèi)原位附著生物膜，研究仿生植物附著AOA和AOB的豐度和群落結構隨季節(jié)變化規(guī)律及其對環(huán)境因子的響應;通過室內(nèi)控制試驗，研究環(huán)境因子（溫度、pH和氨氮）對仿生植物附著AOA和AOB的豐度和群落結構的影響。得出了以下主要結論:
　　(1)豐水期外來水源攜帶了大

3、量AOA和AOB進入金山湖和古運河，這些微生物在枯水期初期得到了較好的生長，但由于水體擾動的減少，導致微生物逐漸沉降于水體底部。定量分析表明，AOB的豐度比AOA高，表明在此富含氨氮的水體環(huán)境中更適于AOB生長，AOB在古運河流域中可能是氨氧化作用的主要驅動者。系統(tǒng)發(fā)育分析表明，占運河流域水體中，AOA克隆文庫在豐水期以Nitrosopumilus cluster為優(yōu)勢種群，枯水期以Nitrososphaera cluster為優(yōu)勢種群

4、，顯現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化。AOB克隆文庫均以Nitrosomonas lineage為優(yōu)勢種群。氨氮(NH4-N)和溫度(T)是影響古運河流域水體中AOA和AOB豐度和群落結構的關鍵環(huán)境因子。
　　(2)仿生植物附著生物膜理化參數(shù)與采樣點水環(huán)境密切相關。仿生植物能夠為水體中微生物提供棲息場所，并有效的富集AOA和AOB，其豐度超過自然水體中1至2個數(shù)量級。定量分析表明，在8個仿生植物樣品中，有5個AOA豐度超過了AOB，盡管仿生植物

5、本身以及所在的水環(huán)境氫氮濃度都處于較高水平，顯現(xiàn)出與水體環(huán)境的差異。系統(tǒng)發(fā)育分析表明，AOA在MXN1和MXG6的優(yōu)勢種群為Nitrosopumilus cluster，而其余6個AOA克隆文庫優(yōu)勢種群為Nitrososphaera cluster。在8個AOB克隆文庫中，均以Nitrosomonas genera為優(yōu)勢種群。此外，NH4-N和NO2-N是影響仿生植物中AOA和AOB豐度和群落結構的關鍵環(huán)境因子。
　　(3)仿生植

6、物在不同的溫度、pH和氨氮濃度環(huán)境中連續(xù)培養(yǎng)8周后，AOA和AOB的amoA基因拷貝數(shù)在不同樣品中具有明顯差異。然而，AOA群落結構變化較小，似乎AOA種群具有較強的抗擊環(huán)境變化的能力。另一方面，AOB群落結構變化較大，顯現(xiàn)出AOA和AOB具有不同的代謝機制和生態(tài)位。
　　本論文的研究結果有助于加深我們對淡水湖泊和低氧高氨氮的城市重污染河道中氨氧化微生物作用的理解，從分子生態(tài)學角度解釋了仿生植物附著氨氧化微生物修復低氧高氨氮的城市