近海养殖区沉积物固氮及氧化亚氮源汇过程对季节性低氧的响应探究
文献类型：学位论文
| 作者 | 尧诚 |
| 答辩日期 | 2023-05-28 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院烟台海岸带研究所 |
| 导师 | 张晓黎 |
| 关键词 | 近海养殖区 季节性低氧 固氮 氧化亚氮释放 宏转录组 |
| 学位名称 | 理学硕士 |
| 学位专业 | 海洋生物学 |
| 其他题名 | Investigation on the Response of Sediment Nitrogen Fixation and Nitrous Oxide Source-Sink Processes to Seasonal Hypoxia in Nearshore Mariculture Zone |
| 英文摘要 | 近海养殖业对保障国家食品安全、满足居民膳食营养结构多元化需求、稳定和促进沿海地区经济发展有重要作用。海水养殖活动中大量营养物质的输入易引起近海水体发生季节性低氧，破坏生态稳定性，影响生源要素的生物地球化学循环。固氮过程是近海生态系统氮输入的重要途径；氧化亚氮（N2O）是一种具有显著增温效应的温室气体，对全球气候变化具有重要影响，且其释放也是近海生态系统中氮输出的重要途径。然而，人们对近海固氮过程和N2O源汇过程对季节性低氧的响应机制仍知之甚少，低氧区对整个海洋生态系统氮通量的贡献以及沉积物中相关过程微生物类群随季节性低氧发展的动态变化也有待探究。在海洋低氧面积扩大、持续时间增长以及全球气候剧烈变化的大背景下，探究近海生态系统氮循环过程对低氧的响应机制对维持海洋生态环境平衡具有重要的参考意义。 本文以烟台近海养殖区为研究对象，利用氮同位素标记、功能基因定量和组学技术，结合原位测定与微宇宙构建，围绕养殖区沉积物固氮过程、氧化亚氮源汇过程对季节性低氧的响应机制开展研究，以期为缺氧对海岸带生态功能影响的生态学评估提供参考，为温室气体N2O的减排提供科学依据。主要研究结果如下： （1）烟台近海养殖区沉积物固氮速率介于0.013-10.199 μmol kg-1 h-1之间，受季节性低氧影响显著（ANOVA，p < 0.05）。此外，固氮活性还与底层水叶绿素a（Chl-a）浓度、pH值以及沉积物孔隙水铵盐浓度显著相关（p < 0.05）。Geobacteraceae（地杆菌科，63.95%）（铁还原微生物）是近海养殖区沉积物中的优势固氮菌，且当缺氧发生时，铁还原细菌可能联合硫酸盐还原细菌实现最大的固氮效率。另外，固氮微生物的丰度和群落结构受沉积物中总有机碳（TOC）、总氮和铁含量（Fe（III））影响显著。 （2）季节性低氧期间，烟台近海水体N2O处于过饱和状态（最高可达226%）。严重缺氧（8月份）期间，DO最低的S8站位（1.84 mg L-1）具有显著高的N2O净释放速率（2.83 μmol m-2 h-1），且回归分析表明沉积物N2O释放速率与DO显著负相关（p < 0.05）。qPCR结果显示，低氧发生时，沉积物亚硝酸盐还原酶基因nirS和氧化亚氮还原酶基因nosZ丰度显著升高，且nosZ基因表达量高出nosZII一个数量级，古菌氨单加氧酶基因amoA的表达量高于细菌。低氧发生前（6月），表层沉积物中转录本主要来自Bacillariophyta（硅藻门，41.9%），随着低氧的发生逐渐演替为以Proteobacteria（变形菌门，33.85%）和Desulfobacterota（脱硫杆菌门，22.85%）为主。Thermoproteota（泉古菌门）和Desulfobacterota（脱硫杆菌门）分别是养殖区低氧沉积物N2O硝化和反硝化“源”的主要驱动者。来自Proteobacteria的nosZ型微生物则主要驱动N2O的“汇”。 （3）在DO梯度模拟培养过程中，所有DO浓度处理组均在2 h时达到N2O的释放峰值，铵盐和硝酸盐均在前2 h内迅速消耗，表明微宇宙体系在2 h内迅速完成了N2O的积累。外源添加氨氮和硝态氮时，沉积物释放N2O的潜力分别提升了3倍和30倍。qPCR结果显示，N2O累积过程中（0-2 h），nirS基因丰度迅速升高，而在N2O消耗的过程中（2-24h），nosZ和nosZⅡ基因丰度明显升高。宏转录组分析结果表明，所有样品中Proteobacteria（49.99%）和Desulfobacterota（20.44%）占主导；推测氨氧化过程可能由Thermoproteota主导，反硝化过程可能由Proteobacteria主导。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 101 |
| 源URL | [http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/32031]  |
| 专题 | 中科院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 尧诚. 近海养殖区沉积物固氮及氧化亚氮源汇过程对季节性低氧的响应探究[D]. 中国科学院烟台海岸带研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：烟台海岸带研究所
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