珠江口至南海海盆環(huán)境梯度上亞硝酸鹽氧化功能細(xì)菌群落的研究.pdf

1、氮元素的生物地球化學(xué)循環(huán)幾乎完全依賴于海洋生態(tài)系統(tǒng)中豐富的微生物調(diào)節(jié)。硝化作用（包括氨氧化過程和亞硝酸鹽氧化過程）就是一個(gè)由微生物所介導(dǎo)的氧化反應(yīng)，分別由氨氧化細(xì)菌、古菌(ammonia-oxidizing bacteria，AOB;ammonia-oxidizing archaea，AOA)和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(nitrite-oxidizing bacteria，NOB)介導(dǎo)。長期以來氨氧化作用一直被視為硝化作用的限速步驟，因此，亞硝

2、酸鹽氧化過程一直被人們所忽略。直到最近，在對(duì)納米比亞氧最小層、北太平洋熱帶東部地區(qū)上層水體與氧最小層研究時(shí)均發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽氧化率可能比氨氧化率高，且2步氧化反應(yīng)并沒有必然的耦合關(guān)系。
　　因此，對(duì)亞硝酸鹽氧化過程的研究是必要的，本論文通過分子生物學(xué)技術(shù)，選擇NOB類群保守亞基亞硝酸鹽氧化還原酶(nitrite oxidoreductase，NXR)基因（nxr）作為Genemarker，首次開展珠江口至南海海盆環(huán)境梯度上亞硝酸鹽氧化

3、功能群落的研究。在珠江口分顆粒物附著群落（＞3μm）和浮游群落（0.2-3μm）分析，在南海為總?cè)郝?＞0.2μm)分析。從背景環(huán)境參數(shù)中不難發(fā)現(xiàn)，亞硝酸鹽濃度在整個(gè)研究區(qū)域都非常低，且經(jīng)常檢測不到;而硝酸鹽濃度相對(duì)要高出許多。這種現(xiàn)象一定程度上暗示了NOB功能群在發(fā)揮作用。由此初步分析，我們集中于目前自然環(huán)境中可以檢測到的4個(gè)NOB類群進(jìn)行分析，通過設(shè)計(jì)或優(yōu)化針對(duì)4個(gè)類群的nxr基因的引物，構(gòu)建克隆文庫，稀釋曲線和多樣性分析顯示Nit

4、rospira為河口內(nèi)主導(dǎo)類群;Nitrospina從珠江口到南海都有分布，且明顯看到底層環(huán)境多樣性高于表層;Nitrobacter僅在珠江口靠近河口內(nèi)2個(gè)站位的底層樣品中有分布，而Nitrococcus則完全檢測不到。序列的系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)，Nitrospira多來自污水環(huán)境，且在珠江口存在一獨(dú)有的Nitrospira類群分布在多個(gè)站位，猜測其在珠江口發(fā)揮著重要作用;而Nitrospina序列系統(tǒng)發(fā)育分析揭示了南海海盆SEATS站的N

5、itrospina形成單獨(dú)進(jìn)化枝，說明在整個(gè)南海環(huán)境存在不同種的Nitrospina分別適合于珠江口和海盆2種不同的環(huán)境。將Nitrospira和Nitrospina2個(gè)主要類群進(jìn)行qPCR定量分析，珠江口Nitrospira-nxrB基因豐度顯著高于Nitrospina-nxrB基因豐度，然而在南海海盆，Nitrospira-nxrB基因卻低于檢測線;而Nitrospina-nxrB基因豐度從陸架到海盆有明顯上升趨勢(shì)，說明從珠江口至南

6、海海盆環(huán)境梯度上存在顯著NOB群落結(jié)構(gòu)演替，分別貢獻(xiàn)于河口與海盆環(huán)境的亞硝酸鹽氧化;在垂直深度梯度上，弱光層有著更豐富的基因分布，潛在貢獻(xiàn)于亞硝酸鹽氧化作用。
　　本研究首次在珠江口進(jìn)行顆粒物吸附與浮游環(huán)境的NOB類群的比較分析，研究表明顆粒物吸附的Nitrospira-nxrB基因豐度顯著高于浮游的基因豐度，而Nitrospina-nxrB基因則恰恰相反，在浮游環(huán)境中更有利于其存在，由此推測，Nitrospina是廣泛適應(yīng)于大洋

7、環(huán)境的NOB類群。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)珠江口Nitrospira-nxrB基因豐度與溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)濃度有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與亞硝酸鹽濃度則有顯著正相關(guān)關(guān)系。綜上，Nitrospira和Nitrospina是南海主要的亞硝酸鹽氧化類群，且從河口至海盆環(huán)境梯度上存在演替，Nitrospira是珠江口NOB群落的優(yōu)勢(shì)類群，高懸浮顆粒物、低DO濃度和高亞硝酸鹽濃度環(huán)境更利于其分布;而Nitrospina在珠江口也存