氮污染是導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化的重要原因之一,而微生物脫氮是湖泊氮治理的重要途徑。反硝化和厭氧氨氧化能夠?qū)⒌D(zhuǎn)化為氮?dú)?從而去除湖泊系統(tǒng)中的氮。沉水植物作為水生生態(tài)系統(tǒng)中主要的生態(tài)群落,對(duì)湖泊沉積物中的反硝化和厭氧氨氧化過程都具有重要影響,但具體過程和機(jī)理還有待深入了解。本文選擇nirS和anammox 16S rRNA基因分別作為反硝化菌和厭氧氨氧化菌的代表基因,對(duì)沉水植物根際反硝化菌和厭氧氨氧化菌的群落結(jié)構(gòu)和豐度,以及根際中低分子量有機(jī)酸對(duì)這兩個(gè)基因豐度的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。主要研究結(jié)果如下:(1)夏季優(yōu)勢(shì)沉水植物黑藻、苦草和微齒眼子菜根際沉積物中含量較高的有機(jī)酸為乙酸、草酸、琥珀酸和蘋果酸,且根區(qū)和非根際區(qū)的總有機(jī)酸要低于近根際區(qū)�？傆袡C(jī)酸含量與兩種基因的豐度均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,這表明對(duì)于夏季沉水植物而言,根際中的有機(jī)酸會(huì)抑制兩種菌的生長(zhǎng)。三種植物根際沉積物中nirS屬于Pseudomonas aeruginosa菌種、Sulfuricaulis limicola菌種、Herbaspirillum sp.屬和Azospirillum brasilense菌種,其中Pseudomonas aeruginosa占優(yōu)勢(shì)。anammox 16S rRNA屬于Candidatus Jettenia屬,Candidatus Brocadia屬,Candidatus Kuenenia屬,Deferrisoma camini菌種和Pelobacter acetylenicus菌種,其中Candidatus Jettenia占優(yōu)勢(shì)。根際中nirS基因群落多樣性最高的是黑藻,anammox 16S rRNA基因群落多樣性最高的是微齒眼子菜,這表明不同的沉水植物能夠影響反硝化菌和厭氧氨氧化菌的生物多樣性。黑藻、苦草和微齒眼子菜從成熟期進(jìn)入到衰亡期后,根際沉積物中nirS的豐度明顯降低,而anammox 16S rRNA基因的豐度增加,表明厭氧氨氧化菌能更好的適應(yīng)植物衰亡。植物根區(qū)和非根際中nirS和anammox 16S rRNA基因的豐度要高于近根際。不同植物種類的不同采樣層(根區(qū)、近根際區(qū)和非根際區(qū))中nirS和anammox 16S rRNA豐度均有顯著的差異(P0.001)。RDA分析結(jié)果表明,對(duì)兩種基因豐度影響較大的環(huán)境因素為NO_3~--N、NO_2~--N、檸檬酸、草酸、丙二酸、蘋果酸和琥珀酸。通過對(duì)根際沉積物垂向剖面中溶解氧和氧化還原電位的研究,發(fā)現(xiàn)隨著沉積物的深度增加,溶解氧和氧化還原電位均呈下降的趨勢(shì),且沉水植物根系具有一定的泌氧作用。(2)冬季優(yōu)勢(shì)沉水植物菹草根際中含量較高的有機(jī)酸為乙酸、草酸、琥珀酸和蘋果酸,且根區(qū)和非根際區(qū)的總有機(jī)酸要低于近根際區(qū)。總有機(jī)酸含量與兩種菌的豐度均呈正相關(guān),表明菹草根際中的有機(jī)酸會(huì)促進(jìn)兩種菌的生長(zhǎng)。菹草根際沉積物中的nirS屬于Pseudomonas sp.屬、Sulfuricaulis limicola菌種和Thauear sp.屬,其中占優(yōu)勢(shì)的為Pseudomonas sp.屬。anammox 16S rRNA屬于Candidatus Jettenia屬和Candidatus Brocadia屬,其中占優(yōu)勢(shì)的為Candidatus Brocadia屬。菹草根區(qū)和非根際區(qū)中nirS和anammox 16S rRNA基因的豐度低于近根際。進(jìn)入衰亡期后,植株受損程度大的菹草根際中nirS和anammox 16S rRNA基因豐度下降趨勢(shì)明顯。植物受損時(shí)間對(duì)nirS基因和anammox 16S rRNA基因豐度產(chǎn)生了影響,不同采樣期內(nèi)兩種基因的豐度均有顯著差異(P0.001)。RDA分析結(jié)果表明,對(duì)nirS基因和anammox 16S rRNA基因豐度影響較大的環(huán)境因素為NH_4~+-N、NO_2~--N、琥珀酸和草酸。通過對(duì)菹草根際沉積物垂向剖面中溶解氧和氧化還原電位的研究,發(fā)現(xiàn)隨著沉積物的深度增加,溶解氧和氧化還原電位均有下降的趨勢(shì),且菹草根系具有一定泌氧作用。(3)添加了有機(jī)酸的沉積物中微生物多樣性高于未添加組,且添加有機(jī)酸濃度25mmol/L時(shí)沉積物中微生物多樣性指數(shù)最高,而并不是濃度最高的40 mmol/L的實(shí)驗(yàn)組,表明根系分泌物在一定的范圍內(nèi)能夠促進(jìn)微生物多樣性,外源有機(jī)酸的添加會(huì)對(duì)沉積物中微生物的多樣性產(chǎn)生影響。兩種基因的豐度隨著添加的有機(jī)酸濃度增加而降低,說明有機(jī)酸的添加會(huì)抑制反硝化菌和厭氧氨氧化菌的生長(zhǎng)。隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng),nirS基因豐度有升高的趨勢(shì),而anammox 16S rRNA基因豐度則呈現(xiàn)下降趨勢(shì),說明有機(jī)酸對(duì)anammox 16S rRNA基因的抑制作用強(qiáng)于nirS基因。沉積物中添加不同含量的有機(jī)酸對(duì)nirS和anammox 16S rRNA基因豐度都有顯著影響(P0.001)。培養(yǎng)時(shí)間對(duì)nirS和anammox 16S rRNA基因豐度也有顯著影響(P0.05)。RDA分析結(jié)果表明,對(duì)nirS和anammox 16S rRNA基因豐度影響較大的因素為NH_4~+-N、NO_3~--N、有機(jī)質(zhì)和pH。
【學(xué)位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：Q935;Q938.1
【部分圖文】：

水湖泊中的微生物在氮輸出中起著重要作用，氮經(jīng)微生物氨化、硝化、反硝化氧化等過程后以 N2O、N2等氣體的形式排出湖泊系統(tǒng)（圖 1-1）。目前的研究淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)中能夠有效去除氮產(chǎn)生 N2的過程主要為反硝化作用和厭氧用，這兩個(gè)過程分別由反硝化菌和厭氧氨氧化菌所驅(qū)動(dòng)。

本研究技術(shù)路線圖

根箱設(shè)計(jì)圖
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2861264