乳山湾邻近海域沉积物中好氧氨氧化微生物分布特征

氮素循环是海洋生态系统物质循环的重要组成部分,对维持海洋生态平衡具有重要意义.由好氧氨氧化微生物(aerobic ammonia-oxidizing microorganism,AOM)推动的氨氧化过程是硝化作用的限速步骤.本研究通过荧光定量PCR技术,并结合潜在硝化速率(potential nitrification rates,PNR)的测定,研究了2014年8月乳山湾邻近海域沉积物中好氧氨氧化微生物种群分布特征.结果表明,3个采样站位中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)amo A拷贝数均高于氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA);活性AOB占总AOB的比值低于1%,而活性AOA未检出;添加可抑制AOB活性的氨苄青霉素后,潜在硝化速率显著降低(P0.05).由此可知,AOB在8月乳山湾邻近海域沉积物氨氧化过程中发挥了重要作用.溶解氧浓度、温度及铵盐浓度对乳山湾邻近海域沉积物中好氧氨氧化微生物的种群丰度起着重要的调控作用.     

东太湖水产养殖对沉积物中氨氧化原核生物的影响

本研究旨在了解东太湖水产养殖区表层沉积物中氨氧化微生物的群落特征.以编码氨单加氧酶的α亚基(amo A)基因为标记,通过实时荧光定量PCR技术(real-time q PCR)分析环境中好氧氨氧化原核生物的丰度;通过构建克隆文库、测序,进而划分操作分类单元(OTUs)构建系统发育树,分析氨氧化微生物的群落结构与多样性.分析养殖区和对照区表层沉积物中氨氧化微生物群落结构和多样性发现,养殖区中氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)的丰度更高而对照区中氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)的丰度更高;AOA在养殖区多样性更高,AOB在对照区多样性更高;AOA在养殖区和对照区沉积物中的优势类群均为Nitrosopumilus,AOB在养殖区和对照区沉积物中的优势类群相同均为亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira).水产养殖主要通过影响沉积物中的氨氮含量来影响AOA和AOB的丰度,养殖过程会影响AOA的群落结构而对AOB的群落结构则无明显影响.     

三亚河红树林表层沉积物中好氧氨氧化微生物的分布特征及潜在硝化速率

氨氧化过程是硝化作用的限速步骤,氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)是氨氧化作用的主要驱动者,其分布特征及其对硝化作用的相对贡献是氮素循环的研究热点.采用实时荧光定量PCR技术研究了三亚河红树林表层沉积物中好氧氨氧化微生物的分布特征,并通过测定潜在硝化速率分析了AOB和AOA对硝化作用的相对贡献率.结果表明,多数采样点中,AOA amoA基因丰度高于AOB amoA基因丰度; AOB丰度冬季较高,AOA丰度夏季较高,且冬季AOA和AOB丰度的比值较低;溶解氧、pH、总有机碳和硝态氮对AOB和AOA丰度影响较大; AOB和AOA在夏季的潜在硝化速率均高于冬季,冬季AOA对硝化作用的相对贡献率较高而夏季则是AOB在硝化作用中占主导地位,AOB和AOA的潜在硝化速率与amoA基因丰度均不存在显著相关性.     

人工湿地基质环境因子对AOA和AOB多样性的影响

该文以贵州某地复合垂直流人工湿地作为研究对象,采用高通量测序技术研究氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）群落分布与多样性特征。结果表明,不同等级人工湿地对基质环境因子和微生物AOA和AOB群落分布特征均有显著影响,总体上AOB群落多样性及丰度均大于AOA,且AOB主导氨氧化过程。AOA的优势菌门主要为泉古菌和奇古菌门,AOB中变形菌门占优。人工湿地发现优势菌属为亚硝化弧菌属、亚硝化单胞菌属和亚硝化螺菌属。冗余分析表明,人工湿地基质环境因子导致AOA和AOB群落分布呈显著差异。AOA群落主要影响因子为铵态氮、pH和电导率,且呈显著正相关关系,而硝态氮会限制AOA群落的生长发育。对于AOB群落,p H与亚硝化螺菌属是主要影响因子,且呈显著正相关关系。亚硝化单胞菌属和亚硝化弧菌属主要影响因子是铵态氮、硝态氮和总氮,且呈显著正相关关系,而与溶解氧呈显著负相关。研究结果可为人工湿地功能微生物资源利用及科学管理提供依据。     

艾比湖湿地盐节木根际土壤氨氧化微生物多样性和丰度及其与环境因子的相关性分析

氨氧化反应是硝化作用的关键步骤,参与这一反应的微生物是氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA).对新疆艾比湖湿地盐节木根际和非根际土壤的氨氧化微生物进行群落结构和丰度分析,并探究其与土壤理化因子的相关性.同时,以氨单加氧酶基因(amo A)为分子标记,构建克隆文库和测序并与q-PCR法结合研究AOA、AOB的群落结构和丰度,利用Pearson相关分析法探究其与环境因子的相关性.结果表明,根际土壤中AOB的多样性高于AOA,amo A基因序列多属于土壤/水体沉积物分支,AOB克隆文库中的所有序列均属于亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas).根际土壤中AOA amo A和AOB amo A的数量分别为2.09×104和2.91×105copies·g~(-1),AOB/AOA的比值为13.9;非根际土壤中AOA amo A和AOB amo A的数量分别为3.85×104和4.76×105copies·g~(-1),AOB/AOA的比值为12.36.相关分析显示,氨氧化微生物的群落结构和丰度与电导率(EC)、有机质(OM)、速效氮(AN)、氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)等环境因子显著相关.这些结果表明,根际土壤中AOB的群落多样性高于AOA,根际和非根际土壤中AOB的丰度均高于AOA,说明在艾比湖湿地AOB是氨氧化微生物的优势种群,且EC、OM、AN、NH_4~+-N和TN可能会影响氨氧化微生物的群落结构和丰度.     

河蚬（Corbicula fluminea）扰动对表层沉积物中氨氧化菌群落结构和丰度的影响

为研究不同生物量河蚬(Corbicula fluminea)的生物扰动对表层沉积物中氨氧化菌群落结构和丰度的影响,本研究设计了沉积物-水微宇宙的模拟体系,通过构建克隆文库、实时荧光定量PCR(real-time qPCR)等分子生物学方法比较不同密度河蚬扰动的沉积物中氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落结构和丰度差异.结果表明,河蚬的生物扰动作用对表层沉积物氮素释放有明显的促进作用.氨氧化菌(AOA和AOB)amoA基因克隆文库中,AOA的amoA基因序列包含了已知的海洋和土壤环境中的两个分支,AOB的amoA基因绝大部分序列都属于变形菌门β亚纲(β-Proteobacteria)中的亚硝化单细胞菌属(Nitrosomonas).3个处理组表层沉积物中细菌amoA基因丰度均高于古菌amoA基因丰度,且河蚬密度越高则细菌amoA的丰度越低.同时,河蚬的添加使得微宇宙体系中氨氧化菌(AOA和AOB)的多样性降低.综上,河蚬的生物扰动对表层沉积物中氨氧化菌群落结构和丰度产生了一定的影响.     

北运河沉积物中氨氧化微生物的群落特征

采用T-RFLP、RT-qPCR和克隆测序等分子生物学技术,以氨单加氧酶基因(amoA)为分子标记,研究了北运河表层沉积物中氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的群落多样性、丰度、系统发育及其与环境因子的响应关系.结果表明,沉积物中AOB的群落多样性和丰度均高于AOA,是北运河沉积物中氨氧化过程的主要功能微生物.沉积物中氨氧化微生物群落结构沿干流和支流存在明显的空间分异,而AOA的种类组成空间差异较小;沉积物的氨氮(NH4+)和硝态氮(NO3﹣+NO2﹣)是影响氨氧化微生物群落特征的主要因子,AOB对环境变化的敏感性更高;AOA和AOB的amoA基因拷贝数分别为1.32×105~1.91×106copies/g、5.39×105~8.3×106copies/g.闸坝下游沉积物的氨氧化微生物丰度最高.系统发育分析表明,amoA基因序列多属于土壤/沉积物分支,较多AOB的克隆序列与土壤亚硝化螺菌属(Nitrosospira)的类群相似性可达98%.受污水处理厂退水的影响,部分amoA基因序列与污水处理厂废水和活性污泥中发现的类群同源性高.污染物质来源、支流汇入和闸坝拦截对河流沉积物氨氧化微生物的群落特征影响显著.     

浙江省瓯江氨氧化古菌和氨氧化细菌分布及多样性特征

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)在生物地球化学氮循环过程中发挥着重要作用.河流是关系人类生产和生活的重要生态系统,蕴含大量氮循环功能微生物.本研究采用变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和荧光定量PCR(quantitative PCR,q PCR)技术对沉积物AOA、AOB群落进行结构和丰度分析,在瓯江感潮河段尺度上探究AOA、AOB分布规律及影响AOA、AOB群落结构与丰度的因素.结果表明,AOA群落结构差异不显著,影响其分布的主要因素为NH+4和TS;AOB群落结构存在显著差异,序列分析比对表明AOB分为Nitrosospira和Nitrosomonas,其中90%序列为Nitrosospira,EC、p H、NH_4~+、NO_3~-、TC和TN是影响AOB群落组成的重要环境因素;总硫(TS)和电导率(EC)分别是影响AOA和AOB多样性的主要因素;AOA丰度显著高于AOB;EC、NH_4~+-N和NO_3~--N是影响AOA和AOB丰度的主要环境因素.研究表明,瓯江感潮河段沉积物中AOA和AOB群落结构和丰度均显著受环境因素影响,AOA在表层沉积物氨氧化过程中可能占主导位置.     

互花米草入侵对闽江口湿地土壤氨氧化微生物群落的影响

为了探究互花米草入侵影响下闽江河口湿地土壤中氨氧化微生物的群落结构及多样性特征,利用高通量测序技术对闽江河口互花米草不同海向入侵阶段湿地(BF:入侵前的光滩;SA M:入侵1～2年的互花米草湿地;SAM:入侵6～7年的互花米草湿地)土壤中的氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的群落结构及多样性进行了分析.结果表明:互花米草入侵影响下湿地土壤中AOA的OTUs、Chao1指数和Shannon指数均显著高于AOB.互花米草海向入侵降低了土壤中AOA的群落丰富度(OTUs和Chao1指数)和AOB的群落多样性(Shannon指数),但增加了AOA的群落多样性和AOB的群落丰富度.不同入侵年限土壤中的奇古菌门(Thaumarchaeota)均是AOA的绝对优势菌门,但AOB在BF和SA M土壤中均以泉古菌门(Crenarchaeota)占优(>90%),而在SAM中以变形菌门(Proteobacteria)占优;不同入侵年限土壤中的Nitrosopumilus均是AOA的优势菌属(>98%),而未分类菌属均是AOB的优势菌属(>90%).互花米草入侵增加了样本间微生物的...     

海洋氨氧化古菌与氨氧化细菌在N2O生成机制中贡献研究

氧化亚氮（N₂O）是一种重要的痕量温室气体,而且在光照条件下平流层的N₂O会与O₃发生光化学反应,破坏臭氧层。海洋是大气中N₂O的主要来源之一,海洋中N₂O主要通过硝化和反硝化作用产生,而氨氧化作用是硝化作用的关键（限速）步骤,氨氧化古菌可能是氨氧化过程的主要执行者。本文先概述海洋中N₂O分布以及影响氨氧化古菌（Ammonia oxidizing archaea,AOA）和氨氧化细菌（Ammonia oxidizing bacteria,AOB）的amoA（ammonia monooxygenase）丰度与活性的因素以及N₂O生成机制研究现状,进而总结AOA和AOB在海洋N₂O生成机制中起到的关键作用,最后结合全球气候变化、海洋酸化以及大洋OMZ区域扩大等前沿科学问题,对AOA、AOB以及N₂O的生成机制研究进行了展望。     

铁矿区内重金属对土壤氨氧化微生物群落组成的影响

以密云水库上游某铁矿区为研究对象,采用荧光定量PCR和变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析了矿区内不同采样点的土壤中氨氧化微生物的数量和群落结构的变化,结果表明,土样中氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的数量变化范围分别为3.01×107~1.08×109copies/g干土和8.65×107~2.69×109copies/g干土.重金属含量与氨氧化微生物数量的相关性分析以及氨氧化微生物群落结构的冗余分析结果表明,该矿区内重金属污染改变了土壤中的氨氧化微生物的数量和结构.Cu污染对AOA的数量起到了显著抑制作用(r= -0.653*, P<0.05),但是对AOB则没有明显作用;Zn污染对尾矿库区域土壤的AOA/AOB比值影响显著(r= -0.606*, P<0.05);Cd污染改变了AOB的种群分布,降低了AOB的多样性水平.土壤中Cr长期干扰并没有改变氨氧化微生物的数量和结构,但是明显得抑制了氨氧化速率,表明重金属污染在一定程度上也影响了土壤生态系统的氮循环.     

Abundance and diversity of ammonia-oxidizing archaea in response to various habitats in Pearl River Delta of China, a subtropical maritime zone

Ammonia-oxidizing archaea (AOA) are widely considered key to ammonia oxidation in various environments. However, little work has been conducted to simultaneously investigate the abundance and diversity of AOA as well as correlations between archaeal amoA genotypes and environmental parameters of different ecosystems at one district. To understand the abundance, diversity, and distribution of AOA in Pearl River Delta of China in response to various habitats, the archaeal amoA genes in soil, marine, river, lake, hot spring and wastewater treatment plant (WWTP) samples were investigated using real-time fluorescent quantitative PCR and clone libraries. Our analyses indicated that the diversity of AOA in various habitats was different and could be clustered into five major clades, i.e., estuary sediment, marine water/sediment, soil, hot spring and Cluster 1. Phylogenetic analyses revealed that the structure of AOA communities in similar ecological habitats exhibited strong relation. The canonical correspondence method indicated that the AOA community structure was strongly correlated to temperature, pH, total organic carbon, total nitrogen and dissolved oxygen variables. Assessing AOA amoA gene copy numbers, ranging from 6.84×10⁶ to 9.45×10⁷ copies/g in dry soil/sediment, and 6.06×10⁶ to 2.41×10⁷ copies/L in water samples, were higher than ammonia-oxidizing bacteria (AOB) by 1-2 orders of magnitude. However, AOA amoA copy numbers were much lower than AOB in WWTP activated sludge samples. Overall, these studies suggested that AOA may be a major contributor to ammonia oxidation in natural habitats but play a minor role in highly aerated activated sludge. The result also showed the ratio of AOA to AOB amoA gene abundance was positively correlated with temperature and less correlated with other environmental parameters. New data from our study provide increasing evidence for the relative abundance and diversity of ammonia-oxidizing archaea in the global nitrogen cycle.     

Limitation of spatial distribution of ammonia-oxidizing microorganisms in the Haihe River, China, by heavy metals

The Haihe River is characterized by high ammonia pollution. Therefore, it is necessary to determine how environmental factors, such as heavy metals in the river limit the spatial distribution of ammonia-oxidizing microorganisms. In this study, the relationships between five heavy metals and ammonia-oxidizing microorganisms were studied. The results showed that under high ammonia, low oxygen and high concentrations of suspended particles, ammonia-oxidizing bacteria(AOB) ranged from 101:3 to 104:8 gene copies/mL and ammonia-oxidizing archaea(AOA) ranged from 102:7 to 104:9 gene copies/mL. The average metal concentrations in water were 23.57(Cr), 21.58(Ni), 65.09(Cu), 622.03(Zn) and 10.16(As) μg/L, with those of Zn, Cu and Cr being higher than the US EPA criteria. Scatter plots of microbial abundance and metals indicated that both AOA and AOB were limited by heavy metals, but in different ways. As had an inhibitory effect on AOB, while Ni and Zn promoted AOA, and the other metals investigated showed no significant correlation with microbial abundance. Overall, our results indicated that the effects of heavy metals on ammonia-oxidizing microorganisms in water are complex, and that the final effect is determined by the physiological role of each element in the microorganisms, as well as environmental conditions such as complexation of organic matter, not simply the total metal concentration.     

养猪废水中磺胺嘧啶对湿地底泥中氮转化微生物及过程影响

为探讨养殖废水中兽用抗生素对湿地系统中氮素转化及相关微生物过程的影响,以养殖废水中常见的抗生素SD（磺胺嘧啶）为例,设置0、10、100和1 000 μg/L 4个添加浓度开展模拟试验.通过qPCR（实时荧光定量PCR）技术,测定了湿地底泥中氨氧化和反硝化功能基因丰度,结合Pearson相关分析,分析了养殖废水中不同氮素形态与底泥中氮转化功能基因丰度的关联性.结果表明:①与CK组比较,添加SD对湿地TN的最终去除效果无显著性差异,4个处理组的TN去除率为75.4%~80.5%,但在培养前期（0~14 d）,SD对水体NH₄+-N和NO₃--N转化的抑制率最高分别达53.0%和99.5%,随着SD浓度的增加,抑制作用越强,到培养后期（14~28 d）,各处理水体中不同形态的氮浓度无显著差异.②由qPCR测试结果得出,湿地底泥中AOA（氨氧化古菌）的丰度比AOB（氨氧化细菌）高出1~2个数量级,表明AOA在氨氧化过程中起主导作用,另外在培养第7天,AOB发生显著抑制现象,对SD更敏感;与CK相比,在第7天和第14天,反硝化基因narG、nirS、nirK和nosZ丰度随SD浓度的增加而逐渐降低.③相关性分析结果表明,AOA与ρ（NH₄+-N）呈极显著正相关（P < 0.01）,AOB与ρ（NO₃--N）呈极显著正相关（P < 0.01）,nirK与ρ（NO₂--N）呈极显著正相关（P < 0.01）.研究显示,SD能抑制湿地底泥中氮转化微生物及相关氮转化过程,且SD浓度越大,抑制作用也越大,但随着培养时间的增加抑制作用会减弱.      

溶氧对富集培养的河口湿地表层沉积物氨氧化菌多样性及氨氧化速率的影响

溶氧(dissolved oxygen,DO)是影响氨氧化过程的一个重要环境因素.为探究DO对氨氧化过程的影响程度及其作用机制,本研究对驯化培养河口湿地表层沉积物所得到的氨氧化菌富集培养物进行DO处理实验,利用PCR-DGGE分子指纹图谱技术比较不同DO条件下氨氧化菌多样性,确定DO对氨氧化速率、氨氧化菌多样性的影响规律.结果表明,在饱和及好氧条件下氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)群落多样性指数(Shannon index)达到2.00和2.05,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)为2.49和2.03,氨氧化速率分别达到14.20 mg·(L·d)-1和13.36 mg·(L·d)-1,NH4+-N转化率达到93.8%和88.2%.而在缺氧和厌氧条件下AOB群落多样性指数分别为1.76和1.80,AOA为1.27和2.21,氨氧化速率仅为7.82 mg·(L·d)-1和5.66 mg·(L·d)-1,NH4+-N转化率为51.7%和37.4%.相关性分析结果表明,DO浓度与氨氧化速率呈极显著正相关,与AOB多样性指数亦呈显著正相关;DO和氨氧化速率与AOA群落各指数都无相关关系.     

曝气灌溉条件下土壤N2O排放特征及影响因子分析

为了明确曝气灌溉下土壤N₂O排放特征及主要影响因子,实验设置了2个灌水量（70%和90%田间持水量）和2个增氧水平（5,40mg/L）,采用静态箱法和qPCR技术对土壤N₂O通量及土壤关键功能基因进行测定,研究不同灌水量和增氧水平对土壤充水孔隙度、溶解氧、氧化还原电位（Eh）、矿质氮及氨氧化古菌（AOA）、氨氧化细菌（AOB）和反硝化基因（narG和nosZ）的影响.结果表明：培养过程中,各处理N₂O排放通量均呈现先增加后降低的趋势,于灌溉后1d达到峰值;曝气量和灌水量的增加可显著增加土壤N₂O的排放通量和排放峰值.灌溉造成土壤含水量增加的同时,降低了土壤溶解氧和Eh;曝气可提高土壤溶解氧和Eh,改善土壤通气性（P<0.05）,而对土壤充水孔隙度无显著影响.土壤充水孔隙度、Eh、NO₃^--N含量是曝气灌溉下驱动土壤N₂O排放的主要理化因子.曝气显著增加了AOA的基因拷贝数,且N₂O排放与AOA的基因拷贝数呈显著正相关关系（P<0.05）.研究结果为进一步明确曝气灌溉对土壤N₂O排放的影响机制和曝气灌溉模式下农田N₂O排放管理提供支撑.