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水位变化对消落带氨氧化微生物丰度与多样性的影响.PDF 8页
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第 ３７ 卷第 ５ 期
环　 境　 科　 学　 学　 报
Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．５
２０１７年５月
　Ａｃｔａ Ｓｃｉｅｎｔｉａｅ Ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ
Ｍａｙ，２０１７
ＤＯＩ：１０．１３６７１／ｊ．ｈｊｋｘｘｂ．２０１６．０４３３
钢迪嘎，齐维晓，刘会娟，等．２０１７．水位变化对消落带氨氧化微生物丰度和多样性的影响［Ｊ］．环境科学学报，３７（５）：１６１５?１６２２
Ｇａｎｇ Ｄ Ｇ，Ｑｉ Ｗ Ｘ，Ｌｉｕ ＨＪ，ｅｔ ａｌ． ２０１７．Ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｃｈａｎｇｅ ｏｎ ｔｈｅ ａｂｕｎｄａｎｃｅ ａｎｄ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ ｂａｃｔｅｒｉａ（ＡＯＢ） ａｎｄ
ａｍｍｏｎｉａ ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ ａｒｃｈａｅａ（ＡＯＡ） ｉｎ ｗａｔｅｒ?ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｚｏｎｅ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ｓｃｉｅｎｔｉａｅ Ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，３７（５）：１６１５?１６２２
水位变化对消落带氨氧化微生物丰度和多样性的影响
钢迪嘎 ，齐维晓 ，刘会娟 ，曲久辉
１． 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室，北京 １０００８５
２． 中国科学院饮用水科学与技术重点实验室，中国科学院生态环境研究中心，北京 １０００８５
３． 中国科学院大学，北京 １０００４９
收稿日期：２０１６?０８?１０　 　 　 修回日期：２０１６?０９?２０　 　 　 录用日期：２０１６?０９?２０
摘要：南水北调来水进入密云水库将直接引起水库水位上涨，这必将影响消落带土壤中氨氧化微生物的丰度和多样性，从而影响消落带中氮循
环过程．采用分子生物学方法，探讨了水位变化对消落带氨氧化细菌（ＡＯＢ）和古菌（ＡＯＡ）的生物多样性和丰度的影响．Ｒｅａｌ?ｔｉｍｅ ＰＣＲ结果显
示，２０１５年９月消落带岸上／ 水陆界面土壤和沉积物中ＡＯＡ和ＡＯＢ 的丰度范围分别为 １．００ １０ ～３．９１ １０ ｃｏｐｉｅｓ·ｇ 和５．４９ １０ ～９．７７ １０
ｃｏｐｉｅｓ·ｇ ．２０１５年１１月水位比９月上升３ ｍ，淹没区土壤／ 沉积物中ＡＯＡ和ＡＯＢ 的丰度范围分别为５．８０ １０ ～１．５６ １０ ｃｏｐｉｅｓ·ｇ 和２．１４
１０ ～４．４０ １０ ｃｏｐｉｅｓ·ｇ ，比被淹没前有所下降，但ＡＯＡ 的丰度始终高于ＡＯＢ，说明ＡＯＡ 比ＡＯＢ更适合在低氨氮的消落带环境中生长，并且
更能适应低氧环境．水位上升３ ｍ后，水陆交界面土壤中ＡＯＡ和ＡＯＢ 的多样性均有所增加，而在沉积物中多样性减少．水位上涨之前，ＡＯＡ大
多数ＯＴＵ属于Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｈａｅｒａ、Ｎｉｔｒｏｓｏｐｕｍｉｌｕｓ，而水位上涨之后，大多数
正在加载中，请稍后...典型生境中氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）的微生物生态学研究--《浙江大学》2015年博士论文
典型生境中氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）的微生物生态学研究
【摘要】：氨氧化古菌(AOA)的发现是微生物氮素循环的新内容,它打破了氨氧化反应仅由氨氧化细菌(AOB)完成这一传统观念,它的发现对于完善全球氮素循环具有重要贡献。AOA的出现迫使我们对生态系统中的氨氧化过程乃至氮循环通量进行重新的评价和计算。至今,两种同功微生物在生态系统中的关系究竟是功能的冗余还是由于竞争导致的生态位分异尚不明晰,不同生态系统中影响AOA和AOB在氨氧化过程中相对贡献率的环境因子也不明确。所以,探明不同生态系统中影响AOA和AOB数量、群落特征和功能的环境因素对于我们重新评价氨氧化过程和氮循环通量具有重要意义。本文以氧气浓度作为自然生态系统的分类标准,选取好氧生态系统、低氧生态系统、好氧/低氧交替生态系统作为研究对象,探究这三类生态系统中影响AOA和AOB数量、多样性、群落结构和功能的主要环境因子；通过模拟土柱解析氧气对两种氨氧化微生物的数量、群落特征及功能的影响。主要研究结果如下：1)探明了好氧生态系统(中国农田土壤)中影响AOA和AOB数量、群落特征的主要环境因子中国农田土壤中,AOA数量平均比AOB高1-2个数量级,表明AOA可能是中国农田土壤氨氧化反应的主要驱动者,土壤pH值是影响AOA数量的关键环境因子。中国农田土壤中AOA和AOB均有着较高的多样性水平,AOA和AOB的OTU数量分别为666和454个,土壤pH值也是影响中国农田土壤中AOA和AOBOTU数量比值的关键环境因子。在大多数中国农田土壤中,土壤簇AOA为优势AOA菌,而在pH值小于6.0的土壤中,酸性簇AOA为优势AOA菌,亚硝化螺菌属AOB是土壤中优势AOB菌,土壤pH值还是影响中国农田土壤中AOA和AOB群落分布的主要环境因子。2)探明了低氧生态系统(钱塘江沉积物)中影响AOA和AOB数量、群落特征的主要环境因子钱塘江沉积物中AOA的数量比AOB高出1个数量级,AOA数量以及AOA与AOB数量的比值呈现出明显的空间变化特征,从上游至下游,AOA的数量以及AOA与AOB数量的比值均逐渐降低。沉积物pH值、氨氮和总无机氮是影响钱塘江沉积物中AOA数量的关键环境因子。沉积物中AOA和AOB的多样性呈现出明显的空间变化特征,从上游至下游,AOA的多样性逐渐降低,AOB的多样性逐渐升高,沉积物pH值、氨氮、总无机氮和有机碳是影响钱塘江沉积物中AOA和AOB多样性的关键环境因子。钱塘江沉积物中土壤簇AOA为优势AOA菌,亚硝化螺菌属的AOB为优势AOB菌。3)探明了淡水型好氧/低氧交替生态系统(三峡消落带土壤)中影响AOA和AOB数量、群落特征的主要环境因子三峡消落带土壤中,AOA和AOB在消落带样品(周期性水淹)中的数量均低于相应的对照样品(干旱),表明消落带土壤的低氧生境对AOA和AOB的生长均有抑制作用,但对AOB的抑制作用要强于AOA。土壤氧化还原电位和硝酸盐氮是影响三峡消落带土壤中AOA和AOB数量的关键环境因子。消落带土壤中AOA(90个OTU)的多样性水平高于AOB(71个OTU),与对照样品(干旱)相比,三峡消落带样品(周期性水淹)中AOA的多样性增加,AOB的多样性减少,表明AOA比AOB更加适应消落带土壤(周期性水淹)的低氧环境。土壤氧化还原电位和pH是影响三峡消落带土壤中AOA和AOB多样性的关键环境因子。土壤簇AOA是三峡消落带土壤中的优势AOA菌,亚硝化螺菌属AOB是优势AOB菌。壤氧化还原电位是影响AOA群落分布的重要环境因子。4)探明了海洋型好氧/低氧交替生态系统(舟山潮间带沉积物)中影响AOA和AOB数量、群落特征、功能的主要环境因子舟山潮间带沉积物中,AOA的数量、AOB的数量、AOA与AOB数量的比值时空变化特征显著。夏季AOA的数量低于其它三个季节；沿着氧气浓度逐渐降低(潮间带-潮下带)的方向,AOA的数量逐渐增加,AOB的数量逐渐减少,AOA与AOB数量的比值逐渐增加,表明AOA在低氧生境(潮下带)中的竞争优势更加明显。沉积物温度、含水率和总氮是影响沉积物中AOA和AOB数量的关键环境因子。沉积物中AOA的多样性始终高于AOB,沿着氧气浓度逐渐降低(潮间带-潮下带)的方向,AOA和AOB的多样性均降低。沉积物温度是影响沉积物中AOB多样性的关键环境因子。海洋簇AOA是舟山潮间带沉积物中的优势AOA菌,亚硝化螺菌属的AOB是其中的优势AOB菌。沉积物氧化还原电位是影响舟山潮间带沉积物中AOA群落分布的重要环境因子。沉积物中AOA和AOB的氨氧化活性及在氨氧化过程中的相对贡献率有着明显的时空分布特征。冬季,总的氨氧化速率、AOB的氨氧化速率和AOB在氨氧化过程中的相对贡献率显著低于其它三个季度；从潮间带到潮下带,总的氨氧化速率和AOB的氨氧化速率逐渐降低,AOA的氨氧化速率逐渐增加,AOA的相对贡献率逐渐增加,AOB的相对贡献率逐渐降低。在氧气浓度较高的潮间带沉积物中,AOB主导着沉积物中的氨氧化反应：相反地,在氧气浓度较低的潮间带沉积物中,AOA主导着沉积物中的氨氧化反应。5)探明了氧气对AOA和AOB数量、多样性、群落结构和功能的影响氧气浓度决定了AOA和AOB的相对数量。在氧气浓度较低的水淹土柱和半干半湿土柱中,随着培养时间的增加,AOA和AOB的数量均逐渐降低,但是AOB降低的幅度远大于AOA,导致AOA和AOB数量的比值逐渐增加；在氧气浓度较高的干旱土柱,随着培养时间的增加,AOA和AOB数量的比值逐渐降低。氧气浓度决定了AOA和AOB的相对多样性。在氧气浓度较低的水淹土柱中,随着培养时间的增加,AOA与AOB OTU数量的比值逐渐增加；在氧气浓度较高的干旱土柱中,AOA与AOB OTU数量的比值逐渐降低。氧气浓度决定了AOA和AOB的群落结构。土柱中发现了两类AOA(海洋簇AOA、土壤簇AOA),海洋簇AOA是土柱中的优势AOA菌。在氧气浓度较低的水淹土柱中,土壤簇AOA所占比例较小,为0.10%,而在氧气浓度较高的干旱土柱中,土壤簇AOA所占比例为0.12%。土柱中检测到了两类AOB,其中亚硝化螺菌属的AOB是土柱中的优势AOB。在氧气浓度较低的水淹土柱中,亚硝化单胞属的AOB所占比例最多,为0.18%,在氧气浓度较高的半干半湿和干旱土柱中,这一比例降至0.16%和0.14%。氧气浓度决定了AOA和AOB的在氨氧化过程中的相对贡献率。在氧气浓度较低的水淹土柱和半干半湿土柱中,随着培养时间的增加,AOA和AOB的氨氧化速率均逐渐降低,AOA在氨氧化过程中的相对贡献率逐渐增加,AOB的相对贡献率则逐渐降低；在氧气浓度较高的干旱土柱中,随着培养时间的增加,AOA在氨氧化过程中的相对贡献率逐渐降低,AOB的相对贡献率逐渐增加。
【学位授予单位】：浙江大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2015【分类号】：X172
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生态中心在湿地厌氧氨氧化氮循环研究中取得进展
文章来源：生态环境研究中心
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长久以来，人们一直认为，氨的氧化只在有氧条件下发生。新近研究发现在缺氧/厌氧条件下，氨也可以由厌氧氨氧化菌以亚硝酸为电子受体直接氧化为氮气，完成封闭的产氮气循环，同时避免温室气体N2O产生。它打破了人们对传统氮循环模式的认识，受到国际社会的广泛关注。
目前厌氧氨氧化在自然界的研究还局限于海洋生态系统，且已探明厌氧氨氧化反应的产氮气量（&50%）要高于反硝化反应。在此之前，厌氧氨氧化反应是否在陆地生态系统也发挥重要作用尚不明确。
针对这一问题，中科院生态环境中心水环境水生态研究组祝贵兵副研究员在尹澄清、单保庆研究员的指导下，通过与国内外科学家的合作，从生物地球化学、微生物生态学以及环境科学等多个角度开展深入研究，取得了系列研究成果，发表在相关领域的国际知名杂志。
稻田是陆地生态系统N2O的最大释放源之一。以往研究认为，稻田中氮的流失主要包括氨挥发、径流、植物吸收等过程。祝贵兵通过田间实验证明，在典型高氮污染的稻田土壤中存在大量的厌氧氨氧化菌并发生显著的厌氧氨氧化反应。在研究地点，通过厌氧氨氧化反应流失的氮量占总氮气生成量的4%-37%，每年每平米损失的氮素高达76g。这是厌氧氨氧化反应首次报道于稻田土壤生态系统（ISME Journal. ): ）。
在研究组多年岸边带研究的基础上，根据厌氧氨氧化的反应底物以及岸边带的生物地球化学特征和景观异质性特点，提出湖泊岸边带可能是厌氧氨氧化反应的热区这一假设。首先在白洋淀一处典型的岸边带系统进行现场实验，发现岸边带沉积物是厌氧氨氧化反应的热区和厌氧氨氧化菌的高丰度区域；在此基础上进行全湖大面积采样并进一步证实，且得到的厌氧氨氧化活性和丰度值均高于已报道的速率和丰度，占总氮气生成量的比值达到11-35%；另外还发现，厌氧氨氧化的反应热区能够显著降低N2O的释放。相关成果发表在Nature Geoscience上（Nature Geoscience. 2013. Online Publication. DOI: 10.1038/NGEO1683）。.
自然界厌氧氨氧化反应速率与厌氧氨氧化菌丰度和种群结构都密切相关。在陆地生态系统中，河流表层具有很大的氨氮通量，而地下水系统是亚硝酸盐通量的最大载体，由此推测河流岸边交错带也可能发生显著的厌氧氨氧化反应。以珠江河流岸边带沉积物为研究对象，进行了不同时空变化条件下的相关研究。发现尽管河流岸边带具有非常高的厌氧氨氧化菌的丰度，还与种群结构密切相关，但是厌氧氨氧化反应速率并不与其丰度严格线性相关（Environmental Science & Technology. 34-8842）。
综合以上自然湿地研究的成果，开发了人工湿地通过厌氧氨氧化反应实现N2O减排的方法。系统稳定后，厌氧氨氧化反应速率提高了10倍，占总氮气生成量的比值提高了5倍达到42%，而且减少了30%的N2O排放。成果发表于Environmental Science & Technology（): ）。
以上研究得到了国家自然科学项目、环境水质学国家重点实验室自由探索项目、中科院青年人才项目和北京市科技新星的资助。
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潮土中氨氧化菌对重金属铜和镉的响应机制研究.pdf 66页
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潮土中氨氧化菌对重金属铜和镉的响应机制研究
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原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，
独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本
论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方
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论文作者签名：
关于学位论文使用授权的声明
本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷
件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将
本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采
用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。
(保密论文在解密后应遵守此规定)
论文作者签名： 塾：主
导师签名：越垒圣 日
期：22l2：∑!习
山东大学硕士学位论文
摘要…………………………………………………………………………………一l
ABSTRACT……………………………………………………………………………………………………．3
第一章绪论…………………………………………………………………………．5
1．1土壤氨氧化菌群概述…………………………………………………………5
1．1．1土壤氨氧化过程……………………………………………………………5
1．1．2土壤氨氧化菌群分类及影响因素………………………………………．．7
1．1．3土壤氨氧化菌群在地球氮循环中的作用…………………………………9
土壤铜和镉污染概述………………………………………………………10
1．2．1土壤铜污染概述…………………………………………………………10
1．2．2土壤镉污染概述…………………………………………………………l
重金属铜和镉对土壤氨氧化菌群的影响…………………………………12
氨氧化菌群研究的分子生态学方法………………………………………13
研究背景、内容和意义……………………………………………………14
第二章实验材料、仪器和方法……………………………………………………16
2。1材料与仪器……………………………………………………………………16
2。l。l供试土壤…………………………………………………………………．16
2．1．2测定仪器…………………………………………………………………17
2．1．3测定试剂…………………………………………………………………．．18
2．2技术路线……………………………………………………………………19
2．3研究方法………………………………………………………………………20
2．3．1土壤基本性质测定………………………………………………………20
2．3．2重金属诱导土壤样品实验………………………………………………20
2．3．3土壤氨态氮、硝态氮的测定……………………………………………20
2．3．4土壤潜在硝化速率(PNR)测定………………………………………20
2．3．5土壤DNA提取……………………………………………………………2l
2．3．6土壤RNA提取……………………………………………………………．21
4．2．14．2．24．3．14．3．2flourescent5．35．4．15．4．2time1
山东大学硕士学位论文
ABSTRACT……………………………………………………………………………………………………．3
1 Introduction………………………………………………………………………………………5
ofsoilammoniaoxidizers………………………………………
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