發(fā)布時間：2020-06-14 03:43

【摘要】：厭氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)過程是近二十年來顛覆人們對微生物氮循環(huán)認(rèn)識的重要過程之一(Jetten et al.2009)。一直以來,人們普遍認(rèn)為反硝化過程是唯一能夠產(chǎn)生氮?dú)獾奈⑸镞^程。Anammox過程的發(fā)現(xiàn)不僅證實(shí)了存在氧化NH4+同時還原NO2-產(chǎn)生氮?dú)獾睦碚撘罁?jù)(Mulder et al.1995),而且為新的廢水脫氮工藝的開發(fā)與應(yīng)用提供了可能(Kartal et al.2010)。目前研究發(fā)現(xiàn),anammox細(xì)菌廣泛存在于海洋,陸地、淡水等各種各樣的自然生態(tài)系統(tǒng)中(Humbert et al.2010,Hu et al.2011),但是anammox細(xì)菌在富營養(yǎng)湖泊的沉積物環(huán)境中的分布、群落組成、多樣性和氮轉(zhuǎn)化速率仍不全面,其主要環(huán)境驅(qū)動因子尚需探明。本研究選取富營養(yǎng)湖泊太湖的沉積物作為研究對象,探究不同湖區(qū)不同深度的0-10 cm沉積物中anammox細(xì)菌的水平和垂直分布特征,并分析其主要環(huán)境驅(qū)動因子。本研究采用微電極系統(tǒng)測定沉積物柱中DO(dissolved oxygen)、Eh(oxidation-reduction potential)等理化性質(zhì),采用定量 qPCR(Quantitative PCR)測定相關(guān)微生物的基因豐度,采用IlluminaMiseq高通量測序、DGGE圖譜等技術(shù)手段測定和計(jì)算相關(guān)微生物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性特征,并采用15N同位素標(biāo)記技術(shù)測定沉積物中anammox過程和反硝化過程的N轉(zhuǎn)化速率,以期綜合評價(jià)富營養(yǎng)的太湖沉積物中anammox細(xì)菌的分子生態(tài)學(xué)和活性特征受營養(yǎng)水平、植被類型和沉積物環(huán)境的影響。主要結(jié)果如下:(1)對太湖三個湖區(qū)梅梁灣(ML)、貢湖灣(GH)和胥口灣(XK)0-10 cm沉積物中的anammox細(xì)菌豐度、AOA豐度和AOB豐度研究結(jié)果顯示:anammox細(xì)菌、AOA和AOB豐度均呈現(xiàn)0-5cm泥層顯著高于5-lOcm泥層的趨勢。此外,ML樣點(diǎn)的anammox細(xì)菌和AOB豐度均顯著高于其他兩個樣點(diǎn),而ML樣點(diǎn)的AOA豐度顯著低于其他兩個樣點(diǎn)�；貧w分析顯示沉積物中TN、NH4+-N和TOC含量對anammox細(xì)菌豐度,DOC和TOC含量對AOA豐度,TN和NO2--N含量對AOB豐度均有顯著影響。太湖不同湖區(qū)沉積物中anammox細(xì)菌和AOB的群落結(jié)構(gòu)也存在樣點(diǎn)差異,其中ML樣點(diǎn)與其他兩個樣點(diǎn)的差異性最大。TN含量、NO2--N含量、pH值、TOC/TN和DOC含量是影響anammox群落和AOB群落分布不可忽視的重要因子�？傊�,0-5 cm深度的表層沉積物是具有氨氧化功能的微生物集中區(qū)域;相比湖泊類型,營養(yǎng)水平可能對anammox細(xì)菌和好氧氨氧化菌的分布和群落影響更強(qiáng)烈。(2)對太湖梅梁灣(HN)和湖心(LN)樣點(diǎn)沉積物中anammox細(xì)菌垂直分布特征研究結(jié)果顯示,在LN樣點(diǎn)中anammox細(xì)菌相對豐度隨著深度的增加而出現(xiàn)先增加后降低的趨勢,在2-4 cm深度處達(dá)到峰值;而在HN樣點(diǎn)anammox細(xì)菌相對豐度則隨深度變化趨勢不顯著。另外,群落組成分析結(jié)果表明Candidatus Brocadia spp.占anammox細(xì)菌總量的83.5-100%,是沉積物中最主要的anammox細(xì)菌屬。而Candidatus Kuenenia spp.雖然在LN樣點(diǎn)各深度均被檢出,但在HN樣點(diǎn)只分布在沉積物4-5 cm深度處�；貧w分析和RDA分析指出TN和NH4+-N含量是影響anammox細(xì)菌的相對豐度和群落組成最關(guān)鍵的因子。此外,anammox細(xì)菌的多樣性指數(shù)存在顯著的樣點(diǎn)差異,多樣性主要DOC、TOC、NH4+-N和pH等因素影響�？傊�,N素營養(yǎng)水平會強(qiáng)烈影響沉積物柱中anammox細(xì)菌相對豐度和群落結(jié)構(gòu)的垂直分布。(3)太湖不同湖區(qū)沉積物中anammox速率為4.3±2.9 nmol N2 g-1 h-1至30.3±11.5 nmolN2g-1h-1,顯著高于沉積物中反硝化速率,沉積物anammox速率在不同湖區(qū)之間差異不顯著。我們推測前者與沉積物中NH4+-N、溫度和TOC/TN具有很大聯(lián)系,而后者則與湖泊內(nèi)部的異質(zhì)性有關(guān)。此外,碳源和pH控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示強(qiáng)酸條件和添加碳源對anammox速率具有明顯的抑制作用,而強(qiáng)堿條件對anammox速率具有促進(jìn)作用。所以,我們推斷在較低碳含量的堿性湖泊沉積物中anammox細(xì)菌可能承擔(dān)著更重要的脫氮作用。 【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X524;X172

【圖文】：

第１章緒論逡逑１．１厭氧氨氧化作用研究進(jìn)展逡逑氮循環(huán)是重要的地球生物化學(xué)循環(huán)之一（圖１．１），氮循環(huán)中氮素轉(zhuǎn)化過程復(fù)逡逑雜多樣，其主要過程及其主導(dǎo)催化酶種類繁多，功能多元（表１．１）。近二十年來，逡逑人們對氮循環(huán)的認(rèn)識發(fā)生了巨大改變。這種改變得益于氮轉(zhuǎn)化過程的不斷革新及逡逑其相關(guān)微生物的不斷發(fā)現(xiàn)。其中，除我們所熟知的古菌的好氧氨氧化作用逡逑（ａｍｍｏｎｉｕｍ邋ｏｘｉｄａｔｉｏｎ邋ｂｙ邋Ｃｒｅｎａｒｃｈａｅａ）外的另一大重要過程就是厭氧氨氧化作用逡逑（ａｎｅａｒｏｂｉｃ邋ａｍｍｏｎｉｕｍ邋ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，邋ａｎａｍｍｏｘ）邋（Ｓｔｒｏｕｓｅｆｏ／．邋１９９８，邋Ｓｔｒｏｕｓｅ／ａ／．邋１９９９，逡逑Ｆｒａｎｃｉｓ邋ｅ／邋0／．邋２００７）。厭氧氨氧化作用的發(fā)現(xiàn)豐富了人們對缺氧條件下Ｎ素轉(zhuǎn)化逡逑及其相關(guān)微生物代謝過程的認(rèn)識。目前，從微生物種類與功能角度可將氮循環(huán)分逡逑解代謝過程劃分為五個主要的過程，除傳統(tǒng)的好氧氨氧化過程，亞硝酸鹽氧化過逡逑程，反硝化過程，異化硝酸鹽還原為銨過程外，增加了缺氧環(huán)境下發(fā)生的厭氧氨逡逑氧化過程（Ｊｅｔｔｅｎｄｄ邋２００９）。厭氧氨氧化過程和其他新穎的氮轉(zhuǎn)化過程的逐漸逡逑認(rèn)識，有力地例證了微生物世界中無窮的生物多樣性和氮轉(zhuǎn)化代謝潛力（Ｊｅｔｔｅｎ．逡逑２００８）。逡逑￣邐％邋仙邐Ｎ’：逡逑ＮｇｆｔＷ邐Ｍ邋揮發(fā)邋｜ｆ邐１邋‘逡逑Ｎｒｆｉｘａｔｉｏｎ邋ｒ邐Ａｍｍｏｎｉａ邋｜邋＇逡逑ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ邋＾邋；邐｜邐ｉ？丨化作ｒｔｌ逡逑好l#邐ｆｉ粒態(tài)有機(jī)Ｍ（ＰＯＮ）邐—？？邋ＮＨ；邐—？邋Ｎｌｔｒ＇＾ａｔｉｏｎ—＿？邋ｎｏ３－逡逑Ｈｖ；

第１章緒論逡逑１．１厭氧氨氧化作用研究進(jìn)展逡逑氮循環(huán)是重要的地球生物化學(xué)循環(huán)之一（圖１．１），，氮循環(huán)中氮素轉(zhuǎn)化過程復(fù)逡逑雜多樣，其主要過程及其主導(dǎo)催化酶種類繁多，功能多元（表１．１）。近二十年來，逡逑人們對氮循環(huán)的認(rèn)識發(fā)生了巨大改變。這種改變得益于氮轉(zhuǎn)化過程的不斷革新及逡逑其相關(guān)微生物的不斷發(fā)現(xiàn)。其中，除我們所熟知的古菌的好氧氨氧化作用逡逑（ａｍｍｏｎｉｕｍ邋ｏｘｉｄａｔｉｏｎ邋ｂｙ邋Ｃｒｅｎａｒｃｈａｅａ）外的另一大重要過程就是厭氧氨氧化作用逡逑（ａｎｅａｒｏｂｉｃ邋ａｍｍｏｎｉｕｍ邋ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，邋ａｎａｍｍｏｘ）邋（Ｓｔｒｏｕｓｅｆｏ／．邋１９９８，邋Ｓｔｒｏｕｓｅ／ａ／．邋１９９９，逡逑Ｆｒａｎｃｉｓ邋ｅ／邋0／．邋２００７）。厭氧氨氧化作用的發(fā)現(xiàn)豐富了人們對缺氧條件下Ｎ素轉(zhuǎn)化逡逑及其相關(guān)微生物代謝過程的認(rèn)識。目前，從微生物種類與功能角度可將氮循環(huán)分逡逑解代謝過程劃分為五個主要的過程，除傳統(tǒng)的好氧氨氧化過程，亞硝酸鹽氧化過逡逑程，反硝化過程，異化硝酸鹽還原為銨過程外，增加了缺氧環(huán)境下發(fā)生的厭氧氨逡逑氧化過程（Ｊｅｔｔｅｎｄｄ邋２００９）。厭氧氨氧化過程和其他新穎的氮轉(zhuǎn)化過程的逐漸逡逑認(rèn)識，有力地例證了微生物世界中無窮的生物多樣性和氮轉(zhuǎn)化代謝潛力（Ｊｅｔｔｅｎ．逡逑２００８）。逡逑￣邐％邋仙邐Ｎ’：逡逑ＮｇｆｔＷ邐Ｍ邋揮發(fā)邋｜ｆ邐１邋‘逡逑Ｎｒｆｉｘａｔｉｏｎ邋ｒ邐Ａｍｍｏｎｉａ邋｜邋＇逡逑ｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ邋＾邋；邐｜邐ｉ？丨化作ｒｔｌ逡逑好l#邐ｆｉ粒態(tài)有機(jī)Ｍ（ＰＯＮ）邐—？？邋ＮＨ；邐—？邋Ｎｌｔｒ＇＾ａｔｉｏｎ—＿？邋ｎｏ３－逡逑Ｈｖ；

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本文編號：2712221