中国典型潮间带沉积物厌氧脱氮通量及其微生物驱动机制研究

发布时间：2022-07-20 20:12

　　氮是所有生物体必需的营养元素,在生命活动中占有极重要的地位,被称之为生命元素。然而,氮也是水体富营养化发生和演变的关键要素之一,其负荷量与近海赤潮爆发、低/缺氧区形成、生态系统退化等具有密切的相关性。我国潮间带绵延数千里,跨越热带至寒温带,环境异质性高。近几十年来,由于高强度的人类活动,导致陆源河流氮素输入量逐年上升,潮间带是近海环境重要的缓冲带,也是氮转化的热点区域,对于缓解近海富营养化具有重要意义。微生物介导的反硝化和厌氧氨氧化过程（anammox）是环境氮自然输出的主要途径。因此,研究中国典型潮间带区域反硝化和厌氧氨氧化氮输出通量、微生物学机理及环境调控机制对于研究区域氮的生物地球化学循环,掌握潮间带的环境氮容量,制定相关合理利用和保护潮间带的举措具有重要参考价值。本研究以中国自北方辽河口至南方东寨港14个典型潮间带为研究区域,通过春、夏、秋、冬四季采集潮下带表层（0-5cm）沉积物样品,每个潮间带取3个断面,合计168个样品。利用地球化学手段测定背景环境因子参数,15N稳定同位素示踪技术测定反硝化与厌氧氨氧化脱氮速率;并以相关功能基因（细菌和古菌16S rRNA基因、反硝化细菌... 

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 研究意义和目的
        1.2.1 研究意义
        1.2.2 研究目的
    1.3 国内外研究进展
        1.3.1 海洋氮循环
        1.3.2 反硝化
            1.3.2.1 反硝化作用
            1.3.2.2 反硝化功能基因
            1.3.2.3 反硝化微生物类群
            1.3.2.4 反硝化作用影响因素
        1.3.3 厌氧氨氧化
            1.3.3.1 厌氧氨氧化作用
            1.3.3.2 厌氧氨氧化功能基因
            1.3.3.3 厌氧氨氧化微生物类群
            1.3.3.4 影响厌氧氨化作用的因素
        1.3.4 氮循环时空分布特征
    1.4 研究方法与技术路线
        1.4.1 研究目的生物地球化学循环研究方法
        1.4.2 分子生物学方法
            1.4.2.1 PCR技术
            1.4.2.2 定量检测技术
            1.4.2.3 克隆文库分析法
            1.4.2.4 高通量测序
        1.4.3 技术路线
第2章 研究区域概况与实验方案
    2.1 研究区域概括
    2.2 样品采集
        2.2.1 环境因子的测定
        2.2.2 厌氧氨氧化(AMX)和反硝化(DNF)脱氮速率的测定
        2.2.3 样品总DNA提取
        2.2.4 荧光定量PCR(quantification PCR, QPCR)
            2.2.4.1 标准质粒的构建
            2.2.4.2 Q-PCR反应体系
            2.2.4.3 Q-PCR扩增程序
            2.2.4.4 Q-PCR扩增程序溶解曲线的获得
            2.2.4.5 标准曲线、扩增效率及Q-PCR数据分析
        2.2.5 数据处理
第3章 中国典型潮间带沉积物反硝化、厌氧氨氧化脱氮活性的时空分布规律及其环境影响
    3.1 引言
    3.2 结果与分析
        3.2.1 潮间带沉积物理化性质特征
        3.2.2 潮间带沉积物脱氮速率的时空分布特征
        3.2.3 脱氮速率和贡献率的时空差异分别
        3.2.4 脱氮速率的多因素方差分析
        3.2.5 脱氮速率的多因素方差分析脱氮活性与环境因子间的Pearson相关分析
        3.2.6 脱氮速率与环境因子的多元逐步回归分析
    3.3 分析与讨论
        3.3.1 潮间带沉积物背景环境
        3.3.2 潮间带沉积物脱氮速率特征
        3.3.3 影响潮间带脱氮活性的关键环境因子
第4章 中国典型潮间带沉积物脱氮相关功能微生物丰度分布及其与脱氮活性的关系
    4.1 前言
    4.2 结果与分析
        4.2.1 荧光定量PCR标准曲线和扩增效率
        4.2.2 脱氮功能基因的时空分布
        4.2.3 功能基因丰度的时空差异
        4.2.4 功能基因丰度与环境因子间的Pearson相关分析
        4.2.5 脱氮活性与功能基因丰度间的Pearson相关分析
        4.2.6 脱氮速率和贡献率与功能基因丰度间的多元逐步回归分析
        4.2.7 脱氮速率和贡献率与功能基因丰度及环境因子间的多元回归分析
    4.3 讨论
        4.3.1 潮间带沉积物的脱氮功能基因丰度与环境调控
        4.3.2 脱氮活性与功能微生物
        4.3.3 潮间带沉积物脱氮活性的调控机制
第5章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术著作


【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米银对胶州湾西北部海区及河口区沉积物反硝化能力和功能基因丰度的影响[J]. 白洁,田延昭,孙鹏飞,白晓岩,李岿然,赵阳国.  环境科学. 2018(11)
[2]有机物消耗对珠江口沉积物反硝化和厌氧氨氧化过程的影响[J]. 王岩,吴佳鹏,关凤杰,何翔,焦黎静,洪义国.  生态科学. 2018(01)
[3]重金属对活性污泥系统影响的研究进展[J]. 张杉,海热提,任燕飞,王晓慧,李媛.  现代化工. 2017(07)
[4]撂荒地亚硝酸还原酶基因nirK和nirS丰度动态[J]. 呼和,陈先江,程云湘.  草业科学. 2016(07)
[5]城市型风景名胜区城景协调关系的探讨——以秦皇岛北戴河风景名胜区为例[J]. 庞莎.  河南建材. 2016(03)
[6]烟台潮间带大型底栖动物群落组成和结构研究[J]. 韩庆喜,袁泽轶,陈丙见,王玉珏,石雅君,刘东艳.  海洋科学. 2014(09)
[7]δ13C和δ15N指示不同生态类型湖泊无机氮及有机质来源[J]. 梁越,肖化云,刘小真,李文华,熊戬.  湖泊科学. 2014(05)
[8]厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮研究进展[J]. 林华淮,廖德祥,耿安朝.  广州化工. 2013(11)
[9]湖泊氮素氧化及脱氮过程研究进展[J]. 范俊楠,赵建伟,朱端卫.  生态学报. 2012(15)
[10]污染河口区沉积物-水界面营养盐交换通量的实验研究[J]. 董慧,郑西来,张健.  海洋环境科学. 2012(03)

博士论文
[1]中国潮间带微生物及黄渤海底栖真菌的多样性及生物地理学研究[D]. 王雅苹.中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所) 2018

硕士论文
[1]我国典型潮间带沉积物中氮污染状况及浮游细菌群落对氮污染的响应[D]. 王恩辉.中国科学院烟台海岸带研究所 2017
[2]利用生物标志物梯烷脂研究珠江口厌氧氨氧化活动的时空分布特征[D]. 祝孟玲.中国海洋大学 2014
[3]堆肥过程中硝化细菌和反硝化细菌多样性的分析[D]. 孙瑜.东北农业大学 2014
[4]玉米抗逆相关基因Zm-Remorin的克隆和功能分析[D]. 王顺喜.河南农业大学 2014
[5]南海北部与鄂霍次克海深海沉积环境厌氧氨氧化细菌研究[D]. 邵苏东.浙江大学 2013
[6]底泥对氮磷的吸附及投加微生物对底泥磷释放的影响[D]. 李程亮.华中农业大学 2011
[7]生物结皮中蓝藻多样性及其环境应用研究[D]. 苏振宏.西北师范大学 2006
[8]渤海典型海岸带（天津海域）水质与底质重金属污染调查研究[D]. 齐凤霞.北京化工大学 2004



本文编号：3664686