湿地氮循环新型功能微生物群落特征与作用分析
文献类型：学位论文
| 作者 | 王雨 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-11-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 尹澄清 ; 祝贵兵 |
| 关键词 | 新型氮循环 微生物 环境特性 稻田 environmental environmental characteristics wetland littoral zone paddy fieldcharacteristics paddy field characteristics 湿地 岸边带 |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 自 20 世纪中期以来， 人为固氮作用 大 加强，原有的氮循环被破坏形成 严重的氮素污染。 随着氮循环领域内研究的深入，各种新型过程在近几 随着氮循环领域内研究的深入，各种新型过程在近几 年不断被发现， 原有的氮循环理论 体系被重新认识 。作为陆地与水体之间的过渡 带，湿地的土壤－植物微生系统能够通过吸附、收降解等 带，湿地的土壤－植物微生系统能够通过吸附、收降解等 带，湿地的土壤－植物微生系统能够通过吸附、收降解等 带，湿地的土壤－植物微生系统能够通过吸附、收降解等 一系列作用，拦截陆地方向的面源污染、降低水体中氮素平对于质净 一系列作用，拦截陆地方向的面源污染、降低水体中氮素平对于质净 一系列作用，拦截陆地方向的面源污染、降低水体中氮素平对于质净 一系列作用，拦截陆地方向的面源污染、降低水体中氮素平对于质净 化及自然界氮素循环具有重要作用。 本论文研究主要针对古菌氨氧化、厌与反硝联合甲烷这 本论文研究主要针对古菌氨氧化、厌与反硝联合甲烷这 三种新型氮 循环过程，通原位分析与室内培养相结合的手段综利用子生 循环过程，通原位分析与室内培养相结合的手段综利用子生 循环过程，通原位分析与室内培养相结合的手段综利用子生 物学与同位素示踪等技术，对其相关微生包括“氨氧化古菌（ 物学与同位素示踪等技术，对其相关微生包括“氨氧化古菌（ 物学与同位素示踪等技术，对其相关微生包括“氨氧化古菌（ 物学与同位素示踪等技术，对其相关微生包括“氨氧化古菌（ AOA ）、厌氧氨 ）、厌氧氨 ）、厌氧氨 氧化菌（ 氧化菌（ anammoxnammoxnammox nammox ）与反硝化联合厌氧甲烷菌（ ）与反硝化联合厌氧甲烷菌（ ）与反硝化联合厌氧甲烷菌（ ）与反硝化联合厌氧甲烷菌（ ）与反硝化联合厌氧甲烷菌（ ）与反硝化联合厌氧甲烷菌（ ）与反硝化联合厌氧甲烷菌（ n-damo damo ）”的 ）”的 ）”的 生物群落特征 生物群落特征 生物群落特征 与作用 进行了研究 。通过在岸边带湿地与稻田中的案例，取得以下进行了研究 。通过在岸边带湿地与稻田中的案例，取得以下进行了研究 。通过在岸边带湿地与稻田中的案例，取得以下结果： 1、在岸边带湿地中， 靠近水陆交界面的两个站点具有较高氨氧化潜势、在岸边带湿地中， 靠近水陆交界面的两个站点具有较高氨氧化潜势、在岸边带湿地中， 靠近水陆交界面的两个站点具有较高氨氧化潜势、在岸边带湿地中， 靠近水陆交界面的两个站点具有较高氨氧化潜势可达 4.4 -6.1 μg NO 6.1 μg NO 6.1 μg NO 2--N每克干土小时 ，而远离水陆交界面的站点氨氧化潜势 ，而远离水陆交界面的站点氨氧化潜势 则较低，仅有 则较低，仅有 1.0 -1.7μg NO 1.7μg NO 2--N 每克干土小时 每克干土小时 。氨 氧化细菌（ 氧化细菌（ AOB ）的丰度在 ）的丰度在 多数采样点的表层品中相比于 AOA 更占优势，然而在深层土壤中 AOA 的丰 度比 AOB AOB更高。 AOB AOB丰度与氨氧化潜势的变规律具有较好正相关性， 而与 AOA 的丰度与氨氧化潜势相关性并不显著。在众多环境因子中， 的丰度与氨氧化潜势相关性并不显著。在众多环境因子中， 的丰度与氨氧化潜势相关性并不显著。在众多环境因子中， NH 4+浓 度对 AOB 的丰度以及氨氧化潜势具有更大影响。生物多样性分析证明，表层 的丰度以及氨氧化潜势具有更大影响。生物多样性分析证明，表层 土壤相比于深层显示出更高的生物多样性。 AOA 与 AOB 的分布规律说明， AOB 相比于 AOAAOA 在岸边带的硝化作用中发挥更重要。 岸边带的硝化作用中发挥更重要。 2、在经受长期施肥影响的稻田湿地中， AOA AOA与 AOB 在稻田土壤中不同的 深度 分别占据优势地位。其中 AOB 在耕作层以及犁底之上的表土壤中占据 在耕作层以及犁底之上的表土壤中占据 优势，而 优势，而 AOA 则在深层土壤中显示出更高的丰度。 则在深层土壤中显示出更高的丰度。 AOB 的丰度随着环境中 的丰度随着环境中 NH 4+浓度的增加而 ，浓度的增加而 ，AOA 受影响则不明显。室内培养实验进一步证了 受影响则不明显。室内培养实验进一步证了 NH 4+浓度对 AOB 丰度有较明显的影响而 丰度有较明显的影响而 AOA 丰度不受其影响。对施肥稻田土壤生 丰度不受其影响。对施肥稻田土壤生 物多样性与系统发育分析现 AOB 种群在表层与深土壤中并无显著差别，而 种群在表层与深土壤中并无显著差别，而 AOA 却表现出较大差别，这说明 却表现出较大差别，这说明 却表现出较大差别，这说明 AOB 种群更易受到环境因素的影响。该结果表 种群更易受到环境因素的影响。该结果表 种群更易受到环境因素的影响。该结果表 明在受长期施肥影响的稻田湿地中， AOB 同样 在硝化作用中发挥更重要的， 而 AOA 所发 挥的作用并不明显。 挥的作用并不明显。 3、通过设计并利用针对 、通过设计并利用针对 hzs B基因的新型引物对稻田湿地土壤柱（ 基因的新型引物对稻田湿地土壤柱（ 基因的新型引物对稻田湿地土壤柱（ 0-100 cm 100 cm深）的分析发现， anammoxanammox anammoxanammox 菌在 不同深度土壤中均可探测到，但是菌在 不同深度土壤中均可探测到，但是30 -60 cm 60 cm60 cm具有较高的丰度，其变化范围为 2.0 ± 0.9 × 10 2.0 ± 0.9 × 102.0 ± 0.9 × 102.0 ± 0.9 × 10 2.0 ± 0.9 × 102.0 ± 0.9 × 102.0 ± 0.9 × 10 5至 2.7 ± 1.3 × 10 2.7 ± 1.3 × 102.7 ± 1.3 × 102.7 ± 1.3 × 10 2.7 ± 1.3 × 102.7 ± 1.3 × 102.7 ± 1.3 × 10 6 拷贝 每克 干土 。稻田湿地土壤中 anammoxanammox anammox anammox 克隆序列与现有已知 CandidatusCandidatus Candidatus BrocadiaBrocadia BrocadiaBrocadia 和 CandidatusCandidatus Candidatus JetteniaJetteniaJettenia JetteniaJettenia 具有较近的亲缘关系。同位素示踪初步实验表明， 具有较近的亲缘关系。同位素示踪初步实验表明， anammoxanammox anammox anammox 产生的 氮气占此土壤总成量24 .1 %-29.8% 29.8% 。此外，通过 。此外，通过 。此外，通过 PCRPCRPCR扩增与 扩增与 FISHFISHFISHFISH观测，证实了 观测，证实了 anammoxanammox anammox anammoxanammox菌可以附着于湿地植物根系生长，为探讨 菌可以附着于湿地植物根系生长，为探讨 菌可以附着于湿地植物根系生长，为探讨 anammoxanammoxanammoxanammox anammox 菌与 植物之间的关系奠定了基础。 4、第一次在稻田土壤中发现 n-damo damo 菌的存在。 菌的存在。 N-damo damo 菌在土壤 30 -70 cm 70 cm深度范围内可以探测的到，但是生物多样性较低其丰变化为 6.5 ± 0.4 × 6.5 ± 0.4 × 6.5 ± 0.4 × 6.5 ± 0.4 × 6.5 ± 0.4 × 6.5 ± 0.4 × 10 3（60 -70 cm 70 cm）至 7.5 ± 0.4 × 10 7.5 ± 0.4 × 10 7.5 ± 0.4 × 10 4（30 -40 cm 40 cm）拷贝 每克干土 。结合稻田土壤理 化性质垂直分布规律析可以 n-damo damo 菌的丰度与生物多样性均受到变化环境 因素 影响。 通过对湿地环境中新型氮循微生物特性的研究，证实了蕴 通过对湿地环境中新型氮循微生物特性的研究，证实了蕴 含有复杂的氮循环过程，且在湿地 中发挥重要作用。这一研究为认识含有复杂的氮循环过程，且在湿地 中发挥重要作用。这一研究为认识含有复杂的氮循环过程，且在湿地 中发挥重要作用。这一研究为认识环境氮循机理提供了重要依据。 |
| 学科主题 | 水处理工程 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-01-18 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/2849]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王雨. 湿地氮循环新型功能微生物群落特征与作用分析[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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