沉水植物根系分泌有机酸对其根际nirS型反硝化菌和厌氧氨氧化菌丰度的影响

发布时间：2020-10-29 18:05

　　 氮污染是导致湖泊富营养化的重要原因之一,而微生物脱氮是湖泊氮治理的重要途径。反硝化和厌氧氨氧化能够将氮转化为氮气,从而去除湖泊系统中的氮。沉水植物作为水生生态系统中主要的生态群落,对湖泊沉积物中的反硝化和厌氧氨氧化过程都具有重要影响,但具体过程和机理还有待深入了解。本文选择nirS和anammox 16S rRNA基因分别作为反硝化菌和厌氧氨氧化菌的代表基因,对沉水植物根际反硝化菌和厌氧氨氧化菌的群落结构和丰度,以及根际中低分子量有机酸对这两个基因丰度的影响进行了系统研究。主要研究结果如下:(1)夏季优势沉水植物黑藻、苦草和微齿眼子菜根际沉积物中含量较高的有机酸为乙酸、草酸、琥珀酸和苹果酸,且根区和非根际区的总有机酸要低于近根际区。总有机酸含量与两种基因的丰度均呈负相关关系,这表明对于夏季沉水植物而言,根际中的有机酸会抑制两种菌的生长。三种植物根际沉积物中nirS属于Pseudomonas aeruginosa菌种、Sulfuricaulis limicola菌种、Herbaspirillum sp.属和Azospirillum brasilense菌种,其中Pseudomonas aeruginosa占优势。anammox 16S rRNA属于Candidatus Jettenia属,Candidatus Brocadia属,Candidatus Kuenenia属,Deferrisoma camini菌种和Pelobacter acetylenicus菌种,其中Candidatus Jettenia占优势。根际中nirS基因群落多样性最高的是黑藻,anammox 16S rRNA基因群落多样性最高的是微齿眼子菜,这表明不同的沉水植物能够影响反硝化菌和厌氧氨氧化菌的生物多样性。黑藻、苦草和微齿眼子菜从成熟期进入到衰亡期后,根际沉积物中nirS的丰度明显降低,而anammox 16S rRNA基因的丰度增加,表明厌氧氨氧化菌能更好的适应植物衰亡。植物根区和非根际中nirS和anammox 16S rRNA基因的丰度要高于近根际。不同植物种类的不同采样层(根区、近根际区和非根际区)中nirS和anammox 16S rRNA丰度均有显著的差异(P0.001)。RDA分析结果表明,对两种基因丰度影响较大的环境因素为NO_3~--N、NO_2~--N、柠檬酸、草酸、丙二酸、苹果酸和琥珀酸。通过对根际沉积物垂向剖面中溶解氧和氧化还原电位的研究,发现随着沉积物的深度增加,溶解氧和氧化还原电位均呈下降的趋势,且沉水植物根系具有一定的泌氧作用。(2)冬季优势沉水植物菹草根际中含量较高的有机酸为乙酸、草酸、琥珀酸和苹果酸,且根区和非根际区的总有机酸要低于近根际区。总有机酸含量与两种菌的丰度均呈正相关,表明菹草根际中的有机酸会促进两种菌的生长。菹草根际沉积物中的nirS属于Pseudomonas sp.属、Sulfuricaulis limicola菌种和Thauear sp.属,其中占优势的为Pseudomonas sp.属。anammox 16S rRNA属于Candidatus Jettenia属和Candidatus Brocadia属,其中占优势的为Candidatus Brocadia属。菹草根区和非根际区中nirS和anammox 16S rRNA基因的丰度低于近根际。进入衰亡期后,植株受损程度大的菹草根际中nirS和anammox 16S rRNA基因丰度下降趋势明显。植物受损时间对nirS基因和anammox 16S rRNA基因丰度产生了影响,不同采样期内两种基因的丰度均有显著差异(P0.001)。RDA分析结果表明,对nirS基因和anammox 16S rRNA基因丰度影响较大的环境因素为NH_4~+-N、NO_2~--N、琥珀酸和草酸。通过对菹草根际沉积物垂向剖面中溶解氧和氧化还原电位的研究,发现随着沉积物的深度增加,溶解氧和氧化还原电位均有下降的趋势,且菹草根系具有一定泌氧作用。(3)添加了有机酸的沉积物中微生物多样性高于未添加组,且添加有机酸浓度25mmol/L时沉积物中微生物多样性指数最高,而并不是浓度最高的40 mmol/L的实验组,表明根系分泌物在一定的范围内能够促进微生物多样性,外源有机酸的添加会对沉积物中微生物的多样性产生影响。两种基因的丰度随着添加的有机酸浓度增加而降低,说明有机酸的添加会抑制反硝化菌和厌氧氨氧化菌的生长。随着培养时间延长,nirS基因丰度有升高的趋势,而anammox 16S rRNA基因丰度则呈现下降趋势,说明有机酸对anammox 16S rRNA基因的抑制作用强于nirS基因。沉积物中添加不同含量的有机酸对nirS和anammox 16S rRNA基因丰度都有显著影响(P0.001)。培养时间对nirS和anammox 16S rRNA基因丰度也有显著影响(P0.05)。RDA分析结果表明,对nirS和anammox 16S rRNA基因丰度影响较大的因素为NH_4~+-N、NO_3~--N、有机质和pH。
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q935;Q938.1
【部分图文】：

水湖泊中的微生物在氮输出中起着重要作用，氮经微生物氨化、硝化、反硝化氧化等过程后以 N2O、N2等气体的形式排出湖泊系统（图 1-1）。目前的研究浅水湖泊生态系统中能够有效去除氮产生 N2的过程主要为反硝化作用和厌氧用，这两个过程分别由反硝化菌和厌氧氨氧化菌所驱动。

本研究技术路线图

根箱设计图
【参考文献】

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本文编号：2861264