遼河口沉積物反硝化相關(guān)功能基因豐度和多樣性分析.pdf

1、隨著工業(yè)現(xiàn)代化程度的提高以及沿海地區(qū)人口的逐漸增多，大量的生活污水以及工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水被排入海洋，由此導(dǎo)致了陸源無機氮的過量輸入，已成為近海富營養(yǎng)化的主要原因之一，由此引起的環(huán)境危害亦呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢。反硝化過程可以有效地去除河口中的硝酸鹽與亞硝酸鹽，對水體中多余氮素的去除有著十分積極的意義。
　　為深入了解遼河口的沉積物中反硝化過程與環(huán)境因子之間的關(guān)系，本研究于2014年5月采集該地區(qū)沉積物樣品，測定其理化性質(zhì)（TN、TOC、

2、Sal、NO2-、NO3-、NH4+、ORP和DO）；以亞硝酸鹽還原酶基因（nirS、nirK）以及一氧化二氮還原酶基因（nosZ）作為分子標記，采用實時定量PCR和illumina Miseq高通量測序技術(shù)測定了采集沉積物中亞硝酸鹽還原酶基因和一氧化二氮還原酶基因的豐度和nirK、nirS和nosZ3種基因型反硝化細菌菌群多樣性；分別分析了這三種功能基因的豐度與TN、TOC、Sal、NO2-、NO3-、NH4+、ORP和DO的相關(guān)性，

3、同時分析了3種基因型反硝化細菌與上述理化因子的相關(guān)性。結(jié)果表明：從岸向海方向，鹽度以及溶解氧逐漸升高，無機氮營養(yǎng)鹽（硝酸鹽、亞硝酸鹽和銨鹽）的濃度以及總有機碳的含量沿河口向海方向整體呈現(xiàn)下降的趨勢；遼河口沉積物中nirS型基因的豐度為5.61×105copies/g～3.67×107copies/g，nirK的基因豐度為1.47×105copies/g～5.61×106copies/g，nosZ的基因豐度為1.44×103copies/

4、g～1.37×106copies/g。不同功能基因豐度受到不同環(huán)境理化因子的影響，其中nirK基因豐度與鹽度及其他環(huán)境因素?zé)o明顯的相關(guān)性；nirS基因的豐度與鹽度成顯著負相關(guān)（P=0.008，r=0.924），與NO2-呈顯著正相關(guān)（P=0.007，r=0.933），與TOC也呈顯著正相關(guān)的關(guān)系（P=0.007，r=0.93），與其他理化因子無顯著相關(guān)性。nosZ基因的豐度與鹽度呈顯著負相關(guān)（P=0.044，r=-0.823），而與NO

5、2-呈顯著正相關(guān)（p=0.013，r=0.905），與TOC也呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P=0.031，r=0.852）與其他理化因子無顯著相關(guān)性；nirK基因型反硝化菌的屬水平樣品聚類樹與柱狀圖組合分析得到其優(yōu)勢屬為中華根瘤菌屬（Sinorhizobium），所占比例達到了23.55％，與根瘤菌屬含量以及NO3-濃度顯著負相關(guān)（P=0.019，r=-0.885，P=0.09，r=-0.921），推測中華根瘤菌屬多樣性的影響因子可能為NO3-。

6、對nirS基因型反硝化菌屬水平樣品聚類樹與柱狀圖組合分析得到其優(yōu)勢屬為假單胞菌屬（Pseudomonas），所占比例達到了19.64%，其與慢生根瘤菌屬呈現(xiàn)顯著負相關(guān)性（P=0.000，r=-0.985）。nosZ基因反硝化菌屬水平樣品聚類樹與柱狀圖組合分析圖得到其優(yōu)勢屬為固氮螺菌屬（Azospirillum）所占比例達25.69%，為主要優(yōu)勢菌；nirK、nirS以及nosZ基因型反硝化細菌的主要環(huán)境因子分別為NH4+和NO3-、Sa

7、l和NH4+、Sal和NO2-。nirK的OUT數(shù)量同環(huán)境因子并無顯著相關(guān)性，而nirS的OUT數(shù)量與ORP、DO和NH4+呈顯著相關(guān)性（P＜0.05），說明nirS在環(huán)境梯度下的變化比nirK更明顯。而nosZ的多樣性則與pH、ORP以及DO呈顯著相關(guān)性。結(jié)果表明：1.遼河口由陸向海方向，鹽度、無機氮營養(yǎng)鹽和有機碳的含量整體呈現(xiàn)下降趨勢。2.不同功能基因豐度受到不同環(huán)境理化因子的影響。3.遼河口的反硝化細菌由陸向海方向，含有nirK、