好氧氨氧化過程作為硝化作用的主要限速步驟,是氮的生物地球化學(xué)循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),由氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)和氨氧化細菌(ammonia-oxidizing archaea, AOB)驅(qū)動。AOA和AOB在自然界中廣泛存在,它們的相對豐度、群落結(jié)構(gòu)和活性因環(huán)境而異,目前二者對全球氮循環(huán)的相對貢獻仍存在爭議。氨單加氧酶(ammonia monooxygenase, AMO)是催化好氧氨氧化作用的關(guān)鍵酶,在AOA和AOB中廣泛存在,其α亞基的編碼基因(amoA)常作為研究氨氧化微生物多樣性和豐度的標(biāo)記基因。目前,在很多低氧海洋環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了大量amoA且檢測到較高的硝化速率,這些適應(yīng)低氧環(huán)境的氨氧化微生物類群可能有別于富氧環(huán)境中的類群。黃海和東海是位于中國大陸和朝鮮半島之間的、受海陸因素共同影響的半封閉式邊緣海,包含多個泥質(zhì)區(qū),不同泥質(zhì)區(qū)的理化環(huán)境差異較大,而環(huán)境差異極可能導(dǎo)致這些泥質(zhì)區(qū)中微生物群落結(jié)構(gòu)差異。目前,針對黃、東海泥質(zhì)區(qū)沉積物樣品中AOA和AOB群落分布的研究尚未開展,關(guān)于AOA和AOB在沉積物中的垂直分布的研究及二者分布的對比也極少報道。本論文對黃、東海不同泥質(zhì)區(qū)沉積物中AOA和AOB的群落結(jié)構(gòu)和豐度的垂直變化做了詳細的描述,并對比了不同泥質(zhì)區(qū)氨氧化微生物群落結(jié)構(gòu)及同一泥質(zhì)區(qū)AOA和AOB分布的差異,進一步分析了它們與不同環(huán)境因子的相關(guān)性。填補了對中國邊緣海泥質(zhì)區(qū)沉積物中氨氧化微生物群落結(jié)構(gòu)研究的空白,為全面了解環(huán)境因子對沉積物中氨氧化微生物分布的影響及氨氧化微生物在氮的生物地球化學(xué)循環(huán)中的作用提供理論依據(jù),也為研究氨氧化微生物在深層低氧沉積物中的生存機制提供更多資料。2013年7月隨“東方紅2號”科考船采集長江口泥質(zhì)區(qū)、閩浙沿岸泥質(zhì)區(qū)、濟州島西南泥質(zhì)區(qū)和南黃海中部泥質(zhì)區(qū)四個不同泥質(zhì)區(qū)的ECSO1、ECS02、 ECS03、SYSO1和SYS025個站位不同深度的沉積物。構(gòu)建了5個站位表、中、底3層沉積物樣品的古菌和細菌amoA基因克隆文庫。共得到613條古菌amoA基因序列和549條細菌amoA基因序列,在5%的cutoff水平上分別劃分為83個和37個OTUs。多樣性指數(shù)分析表明,AOA的多樣性水平總體上高于AOB；從垂直方向來看,AOA和AOB多樣性水平隨著深度的增加而降低；而從水平方向來看,西太平洋邊緣海表層沉積物中AOA多樣性水平隨緯度升高而降低,AOB趨勢恰好相反。相關(guān)性分析表明,AOA多樣性水平與P043-呈負(fù)相關(guān),而AOB多樣性水平分別與TOC%、TN%和NO3-呈正相關(guān)。AOA主要由Nitrosopumilus和Nitrososphaera兩個類群構(gòu)成,其中Nitrosopumilus是優(yōu)勢類群,包括Cluster 1、2、4、6、7、8、9.1、12、15、16和新定義的Cluster 17; AOB可分為Nitrosospira和Nitrosomonas兩個分支,且Nitrosospira為優(yōu)勢類群。鹽度是決定優(yōu)勢類群的關(guān)鍵因素,沉積物的運輸距離和時間對沉積物中Nitrosospira和Nitrosomonas的相對豐度也有一定影響。根據(jù)所在樣品的深度,可將AOA和AOB劃分為三大類群：第一類僅存在于表層沉積物中,第二類僅存在于底層沉積物中,第三類在表底層沉積物中均存在,溶氧濃度是主要的影響因素。不同站位之間的群落結(jié)構(gòu)差異大于同一站位不同深度群落結(jié)構(gòu)之間的差異。在所測環(huán)境因子中δ15 NTN、 NH4+和SiO32-,NO3-和813C分別與AOA和AOB的群落結(jié)構(gòu)顯著相關(guān)。5站8層共40個沉積物樣品的熒光定量PCR分析結(jié)果顯示：古菌amoA基因豐度在8.11×103-6.09×105 copies/g之間,ECS02站的豐度最高：細菌amoA基因豐度在2.34×104-4.31×106 copies/g之間,ECS01站的豐度最高。從總體水平上看,細菌amoA基因豐度高于古菌；從不同海區(qū)來看,東海3個泥質(zhì)區(qū)古菌和細菌amoA基因豐度高于南黃海；從水平方向來看,西太平洋邊緣海表層沉積物中氨氧化古菌amoA基因的豐度隨緯度降低而增加,氨氧化細菌amoA基因的豐度隨緯度變化無明顯規(guī)律。從垂直方向來看,古菌和細菌amoA基因豐度在表層5 cm樣品中呈現(xiàn)波動變化,之后隨著深度的增加而降低,且細菌的下降趨勢更明顯。古菌amoA基因的豐度與P043-濃度呈負(fù)相關(guān),與Si032-的濃度呈正相關(guān)；細菌amoA基因的豐度與N03-濃度呈正相關(guān),與Si032一的濃度呈負(fù)相關(guān)。以上結(jié)果表明黃東海泥質(zhì)區(qū)沉積物中AOA和AOB的多樣性豐富、豐度高且對環(huán)境因子有不同的響應(yīng),AOA與AOB之間以及它們當(dāng)中不同類群之間存在生態(tài)位分化現(xiàn)象,對這一區(qū)域AOA和AOB的研究將對海洋泥質(zhì)沉積物生態(tài)系統(tǒng)中氨氧化微生物的認(rèn)識有重要意義。
【學(xué)位單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：Q93

【引證文獻】

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1 程德璽;東湖沉積物氨氧化微生物的豐度及多樣性研究[D];湖北工業(yè)大學(xué);2018年

本文編號：2811671