【摘要】：隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，氮化物在環(huán)境中排放量日益提高，江河中氮化物的含量也相應(yīng)增多，使水體氮收支嚴(yán)重失衡，進(jìn)而導(dǎo)致近海海域水體富營養(yǎng)化、發(fā)生大面積赤潮。東江是華南經(jīng)濟(jì)最活躍地區(qū)的重要飲用水水源，其污染程度與所處地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度直接相關(guān)，氨氮超標(biāo)現(xiàn)象十分普遍。河流污染既制約了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也威脅了人類的健康。因此，如何加速河流微生物介導(dǎo)的氮循環(huán)速率，有效降低水體氮素水平，緩解氮污染的危害，已經(jīng)引起了公眾的廣泛關(guān)注，成為當(dāng)前亟待解決的環(huán)境問題。本論文針對東江氨氮污染問題，采用免培養(yǎng)微生物分子生態(tài)學(xué)研究方法和多變量統(tǒng)計分析方法相結(jié)合，研究東江氨氮污染程度不同的河段中的微生物群落組成多樣性、時空變化規(guī)律，以及與環(huán)境因子之間的相關(guān)性，分析微生物群落在河流氨氮污染凈化中的響應(yīng)，以及影響微生物群落結(jié)構(gòu)及其功能活性特征的主要因素。 通過細(xì)菌16S rRNA基因克隆建庫分析，發(fā)現(xiàn)東江水體中浮游細(xì)菌具有廣泛的多樣性，包括代表性的α-變形桿菌（Alphaproteobacteria）、β-變形桿菌（Betaproteobacteria）、γ-變形桿菌（Gammaproteobacteria）、放線菌（Actinobacteria）、擬桿菌（Bacteriodetes）、疣微菌（Verrucomicrobia）和候選分類TM7。浮游細(xì)菌主要是變形桿菌（占85%）；β-變形桿菌（Betaproteobacteria）亞門的多樣性和豐度分布都具有絕對的優(yōu)勢，如叢毛單胞菌（Comamonadaceae）在克隆庫中占比例為32.0-46.7%。大多數(shù)序列（58.9%）分類到39屬，其中Curvibacter、Hydrogenophaga、Polynucleobacter等菌屬在東江水體中分布比較普遍。對克隆文庫微生物群落組成的典范對應(yīng)分析（CCA）結(jié)果表明，氨氮和硝酸鹽氮等營養(yǎng)成份對東江微生物群落組成多樣性和豐度分布有較強(qiáng)的影響。 應(yīng)用變性梯度凝膠電泳（DGGE）技術(shù)研究不同水期的微生物群落演替。DGGE圖譜及分析結(jié)果表明東江水體微生物群落在時空分布上存在動態(tài)的變化。DGGE圖譜分析結(jié)果表明東江水體微生物群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在時空分布上存在動態(tài)的變化。條帶切膠回收的序列分析也揭示了微生物的多樣性組成，且大多數(shù)的微生物依然是變形桿菌，但不同采樣點間的微生物組成和豐度之間存在相似性不同。非度量多維標(biāo)度（MDS）結(jié)果顯示豐水期與枯水期的微生物群落在聚類上明顯分開，CCA分析揭示了微生物群落的動態(tài)變化與環(huán)境因子硝酸鹽氮和pH的變化有較強(qiáng)的相關(guān)性。此外，與16S rRNA基因克隆建庫分析方法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)DGGE反映的群落信息與克隆建庫的不存在明顯的差異，表明DGGE作為一種快速、直觀的方法，在一定程度上可以代替克隆建庫方法用于研究微生物群落的多樣性動態(tài)變化。 通過研究氮循環(huán)的第一個限速步驟氨氧化過程，首次發(fā)現(xiàn)了淡水河流東江水體里存在氨氧化古菌（AOA）。amoA基因的系統(tǒng)發(fā)育分析表明東江AOA為淡水泉古菌，明顯不同于來源于海洋和土壤的AOA；多樣性分析表明，AOA分為3個類群，占絕對優(yōu)勢的類群是Freshwater Cluster1cluster，在所有序列中的比例高達(dá)88%。而氨氧化細(xì)菌（AOB）主要為亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）和亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)兩大類群；其中亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas）數(shù)量最多，亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)則數(shù)量極少。通過定量PCR對amoA基因進(jìn)行分析，東江AOA的豐度遠(yuǎn)高于AOB，且AOA/AOB的比率與氨氮污染程度呈一定的負(fù)相關(guān)性，表明東江淡水AOA比AOB具有更好的適應(yīng)能力；同時也提示了AOA在東江水體氨循環(huán)中可能起著重要的作用。 本論文開展了東江微生物群落特征及其對環(huán)境因子變化的響應(yīng)研究，為進(jìn)一步為開發(fā)和利用東江微生物資源、更好地發(fā)揮微生物在河流污染凈化和健康狀況監(jiān)測等方面提供重要科學(xué)數(shù)據(jù)，對控制東江水質(zhì)氮污染的蔓延、加劇，保護(hù)東江河流水體的生態(tài)健康，具有重要的環(huán)境保護(hù)和社會經(jīng)濟(jì)意義。
【圖文】：

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文化學(xué)、生物過程。由于微生物是水體污染物的重要分解者，是水體自凈過程中最活躍、最積極的功能群體，對污染物的降解、物質(zhì)的循環(huán)、遷移、轉(zhuǎn)化及水生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)都起著非常重要的作用，它們不僅能降解水體和底泥中的有機(jī)物，而且可作為水體污染程度及受污后治理恢復(fù)狀況的指示。微生物參與水體氮循環(huán)過程主要包括硝化作用、反硝化作用、氮的固定、氨氧化作用等（圖 1-1），，涉及的氮化合物種類繁多，氮化合物轉(zhuǎn)化的每一個環(huán)節(jié)都由特定的微生物類群負(fù)責(zé)[44]。微生物在水體氮形態(tài)的轉(zhuǎn)化和有機(jī)污染降解過程中發(fā)揮著決定性的作用，與水體的自凈能力和健康狀況密切相關(guān)，在消除水體氮污染方面不可替代[45]。

研究技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：X172

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本文編號：2654431