【摘 要】
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好氧氨氧化过程是氮循环的关键环节,也是硝化作用的限速步骤。厌氧氨氧化过程利用NH4+和NO2-产生N2,对氮循环也有重大贡献。好氧和厌氧氨氧化微生物在环境中广泛分布。然而,不同环境中的氨氧化微生物类群有显著差异,湖泊作为重要的湿地生态系统,其沉积物中活性氨氧化微生物的研究仍亟需明晰。据此,本研究以―中国西部最大的人造淡水湖‖升钟湖为研究对象,采用稳定性同位素核酸探针技术（DNA-based sta
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好氧氨氧化过程是氮循环的关键环节,也是硝化作用的限速步骤。厌氧氨氧化过程利用NH4+和NO2-产生N2,对氮循环也有重大贡献。好氧和厌氧氨氧化微生物在环境中广泛分布。然而,不同环境中的氨氧化微生物类群有显著差异,湖泊作为重要的湿地生态系统,其沉积物中活性氨氧化微生物的研究仍亟需明晰。据此,本研究以―中国西部最大的人造淡水湖‖升钟湖为研究对象,采用稳定性同位素核酸探针技术（DNA-based stable isotope probing,DNA-SIP）结合高通量测序分析,示踪湖泊沉积物中的活性好氧和厌氧氨氧化微生物;同时,探究升温处理对沉积物中活性氨氧化微生物菌群的影响。论文的主要研究内容与成果如下:1.不同温度条件下,探究升温条件对湖泊沉积物中硝化作用及氨氧化微生物的影响。实验设置两个温度,10℃（原位环境温度）和25℃（升温条件）,均在有氧条件下培养,结果如下:（1）升温处理显著促进了湖泊沉积物的硝化速率;（2）DNA-SIP实验的结果表明,在两种温度条件下培养后,氨氧化细菌（ammonia-oxidizing bacteria,AOB）、氨氧化古菌（ammonia-oxidizing archaea,AOA）和厌氧氨氧化菌（anaerobic ammonium oxidation bacteria,Anammox bacteria）均有被标记;而全程氨氧化微生物（Complete ammonia oxidizer,Comammox）仅在10℃条件下被标记;另外,在25℃条件下,AOB、AOA和Anammox bacteria三种氨氧化微生物的标记程度,显著高于在10℃条件下;（3）升温处理对沉积物中主导AOB群落有显著影响,在10℃条件下主导AOB隶属于Nitrosomonas,而在25℃条件下为Nitrosospira;（4）升温处理对沉积物中的主导Anammox bacteria群落无明显影响,在两种温度下均为Candidatus Brocadia。（5）在25℃条件下,检测到AOA是隶属于Group 1.1a的Nitrosopumilus;（6）在10℃条件下,检测到Comammox是隶属于MBR Nitrospira bin 1。2.在无氧培养条件下,探究湖泊沉积物的硝化作用及活性氨氧化微生物的影响。实验设置温度25℃,在无氧条件下培养;结果如下:（1）在有氧条件下湖泊沉积物中的硝化活性显著高于在无氧条件下;（2）DNA-SIP实验的结果表明,在无氧条件下,AOB、Anammox bacteria及Comammox被标记;（3）在无氧条件下,测序结果发现,沉积物中的主导的AOB均隶属于Nitrosospira;主导的Anammox bacteria隶属于Candidatus Anammoximicrobiu;主导的Comammox隶属于Candidatus Nitrospira inopinata。其中,与在有氧条件下培养的结果相比,在无氧条件下主导的Anammox bacteria和Comammox菌群发生了明显的变化。综上,湖泊沉积物在有氧和无氧条件下的氨氧化过程均由好氧氨氧化微生物、和厌氧氨氧化微生物共同驱动;温度、有氧或无氧等环境条件的变化会导致湖泊沉积物中活性的氨氧化微生物群落的分异。该研究对认知不同生态位中氨氧化微生物的生态功能有重要参考价值。在全球气候变化的大背景下,为淡水湖泊生态系统中氨氧化过程的演化方向的研究提供了宝贵数据。
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