东江氨氮污染河段的微生物群落特征

发布时间：2020-05-08 08:52

【摘要】：随着社会经济的快速发展，氮化物在环境中排放量日益提高，江河中氮化物的含量也相应增多，使水体氮收支严重失衡，进而导致近海海域水体富营养化、发生大面积赤潮。东江是华南经济最活跃地区的重要饮用水水源，其污染程度与所处地区的经济发展速度直接相关，氨氮超标现象十分普遍。河流污染既制约了社会经济的发展，也威胁了人类的健康。因此，如何加速河流微生物介导的氮循环速率，有效降低水体氮素水平，缓解氮污染的危害，已经引起了公众的广泛关注，成为当前亟待解决的环境问题。本论文针对东江氨氮污染问题，采用免培养微生物分子生态学研究方法和多变量统计分析方法相结合，研究东江氨氮污染程度不同的河段中的微生物群落组成多样性、时空变化规律，以及与环境因子之间的相关性，分析微生物群落在河流氨氮污染净化中的响应，以及影响微生物群落结构及其功能活性特征的主要因素。通过细菌16S rRNA基因克隆建库分析，发现东江水体中浮游细菌具有广泛的多样性，包括代表性的α-变形杆菌（Alphaproteobacteria）、β-变形杆菌（Betaproteobacteria）、γ-变形杆菌（Gammaproteobacteria）、放线菌（Actinobacteria）、拟杆菌（Bacteriodetes）、疣微菌（Verrucomicrobia）和候选分类TM7。浮游细菌主要是变形杆菌（占85%）；β-变形杆菌（Betaproteobacteria）亚门的多样性和丰度分布都具有绝对的优势，如丛毛单胞菌（Comamonadaceae）在克隆库中占比例为32.0-46.7%。大多数序列（58.9%）分类到39属，其中Curvibacter、Hydrogenophaga、Polynucleobacter等菌属在东江水体中分布比较普遍。对克隆文库微生物群落组成的典范对应分析（CCA）结果表明，氨氮和硝酸盐氮等营养成份对东江微生物群落组成多样性和丰度分布有较强的影响。应用变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术研究不同水期的微生物群落演替。DGGE图谱及分析结果表明东江水体微生物群落在时空分布上存在动态的变化。DGGE图谱分析结果表明东江水体微生物群落结构复杂，在时空分布上存在动态的变化。条带切胶回收的序列分析也揭示了微生物的多样性组成，且大多数的微生物依然是变形杆菌，但不同采样点间的微生物组成和丰度之间存在相似性不同。非度量多维标度（MDS）结果显示丰水期与枯水期的微生物群落在聚类上明显分开，CCA分析揭示了微生物群落的动态变化与环境因子硝酸盐氮和pH的变化有较强的相关性。此外，与16S rRNA基因克隆建库分析方法进行比较，发现DGGE反映的群落信息与克隆建库的不存在明显的差异，表明DGGE作为一种快速、直观的方法，在一定程度上可以代替克隆建库方法用于研究微生物群落的多样性动态变化。通过研究氮循环的第一个限速步骤氨氧化过程，首次发现了淡水河流东江水体里存在氨氧化古菌（AOA）。amoA基因的系统发育分析表明东江AOA为淡水泉古菌，明显不同于来源于海洋和土壤的AOA；多样性分析表明，AOA分为3个类群，占绝对优势的类群是Freshwater Cluster1cluster，在所有序列中的比例高达88%。而氨氧化细菌（AOB）主要为亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）和亚硝化螺菌属(Nitrosospira)两大类群；其中亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）数量最多，亚硝化螺菌属(Nitrosospira)则数量极少。通过定量PCR对amoA基因进行分析，东江AOA的丰度远高于AOB，且AOA/AOB的比率与氨氮污染程度呈一定的负相关性，表明东江淡水AOA比AOB具有更好的适应能力；同时也提示了AOA在东江水体氨循环中可能起着重要的作用。本论文开展了东江微生物群落特征及其对环境因子变化的响应研究，为进一步为开发和利用东江微生物资源、更好地发挥微生物在河流污染净化和健康状况监测等方面提供重要科学数据，对控制东江水质氮污染的蔓延、加剧，保护东江河流水体的生态健康，具有重要的环境保护和社会经济意义。
【图文】：

氮循环,氮化合物,水体

华南理工大学博士学位论文化学、生物过程。由于微生物是水体污染物的重要分解者，是水体自净过程中最活跃、最积极的功能群体，对污染物的降解、物质的循环、迁移、转化及水生态系统的修复都起着非常重要的作用，它们不仅能降解水体和底泥中的有机物，而且可作为水体污染程度及受污后治理恢复状况的指示。微生物参与水体氮循环过程主要包括硝化作用、反硝化作用、氮的固定、氨氧化作用等（图 1-1），，涉及的氮化合物种类繁多，氮化合物转化的每一个环节都由特定的微生物类群负责[44]。微生物在水体氮形态的转化和有机污染降解过程中发挥着决定性的作用，与水体的自净能力和健康状况密切相关，在消除水体氮污染方面不可替代[45]。

路线图,研究技术,路线图

研究技术路线图
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X172

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