福建漳江口红树林湿地重要氮循环功能微生物多样性及生态功能研究
众所周知，氮循环是红树林生态系统中重要的生物地球化学循环之一，而微生物则是驱动此循环的重要引擎，它参与了包括固氮、硝化、反硝化、厌氧氨氧化、氨化及硝酸盐铵化作用等重要生态过程。近年来，宏基因组学、宏转录组学及分子生物技术的发展为氮循环的功能基因多样性、丰度及生理活性研究奠定了方法基础，而人们对以高生物量、高生产力和高还原力著称的红树林湿地中，微生物驱动的氮循环的途径与变迁、氮输出功能与通量等认识还十分欠缺。本论文以福建漳江口红树林国家级自然保护区为研究区域，以红树林湿地沉积物中的微生物群落尤其是参与氮循环的功能微生物为研究对象，以16SrRNA基因和功能基因（氨单加氧酶基因amoA、肼氧化酶基因hzo、硝酸盐还原酶基因narG和亚硝酸盐还原酶基因nirS）为标记，采用功能基因文库和定量PCR等技术手段，研究红树林湿地沉积物不同深度微生物群落结构和多样性、参与氮循环功能微生物的分布、丰度及多样性，并通过微宇宙实验体系的构建，探究氮循环功能基因丰度和表达活性与氮素转化的关联。主要的研究结果如下:
(1)对生物量丰富的桐花树生境下1米深沉积物进行氨氧化古菌(AOA)amoA、氨氧化细菌(AOB)amoA和hzo基因文库构建，得到AOBamoA基因共分为16个OTUs，AOAamoA基因共分为7个OTUs，hzo基因共分为11个OTUs;系统发育分析结果显示，AOA属于中温泉古菌-奇古菌门，与数据库中最相近序列比对得到AOAamoA基因最大相似性为77％-94％，AOBamoA基因最大相似性为77％-93％，hzo基因蛋白序列最大相似性为83％-91％。说明红树林湿地沉积物中参与硝化作用和厌氧氨氧化作用的功能微生物类群具有丰富的多样性与新颖性。
(2)对原位沉积物不同深度的功能基因amoA、hzo和16SrRNA基因丰度进行定量分析，结果表明:AOAamoA基因丰度显著高于AOBamoA基因（丰度比为23～200∶1），说明在此生境下，AOA对硝化作用的贡献高于AOB;从功能基因垂直分布来看，hzo和AOAamoA基因丰度随沉积物深度增加逐渐降低，说明厌氧氨氧化作用和AOA参与的硝化作用逐渐减弱，AOBamoA基因丰度随沉积物深度增加逐渐升高，说明其参与的硝化作用逐渐升高。对原位沉积物环境参数与基因丰度的相关性分析得到，AOAamoA基因丰度与沉积物的C/N比、含水率和电子传递系统活性(ETSA)三个参数相关性显著，而AOBamoA基因丰度与这些环境参数无显著相关性，hzo基因丰度与pH值相关性显著。
(3)以原位红树林沉积物添加尿素构建微宇宙实验体系，研究氮素输入对红树林沉积物微生物群落氮输出功能的影响。通过沉积物DNA和RNA水平的amoA、hzo、narG和nirS基因丰度与表达活性的分析，发现硝化作用协同厌氧氨氧化作用和反硝化作用完成脱氮反应。在尿素添加前期，硝化作用和厌氧氨氧化作用占主导，随着NH4+底物代谢浓度降低，产物NO2-和NO3-浓度增加，促进了反硝化作用的进行，最后达到脱氮目的。反硝化作用在中浓度氮素输入下功能更强，硝化功能菌对不同浓度氮素都有很好的适应作用，厌氧氨氧化作用与硝化作用之间存在竞争底物NH4+的现象。研究结果表明红树林湿地沉积物中的微生物群落表现出强大的氮输出功能，且反硝化菌的脱氮功能要强于厌氧氨氧化菌。
红树林湿地;微生物群落;反硝化作用;氮循环;生态功能
厦门大学
硕士
微生物学
田蕴
2013
中文
S154.3
115
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）