洞庭湖岸边带沉积物氨氧化古菌的丰度、多样性及对氨氧化的贡献

采用分子生物学的方法(定性/定量PCR、克隆文库)对洞庭湖岸边带沉积物中氨氧化古菌(Ammonia-Oxidizing Archaea,AOA)进行分子水平的多样性和丰度分析,并结合硝化速率潜势(Potential Nitrification Rate,PNR)剖析AOA在洞庭湖岸边带沉积物中氨氧化的作用.采用实时荧光定量PCR技术对氨氧化古菌AOA和氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)进行靶向amoA基因(氨氧化关键功能基因)的定量分析,发现古菌amoA基因的丰度为1.49×107 ～ 1.97×10s copies· g-1(以干土计),高于细菌amoA基因丰度(1.52×104 ～2.45×106copies·g-1,以干土计)1～4个数量级.洞庭湖岸边带沉积物硝化速率潜势为1.11 ～6.47 nmol·g-1·h-1(以N计),比细胞硝化速率为0.55 ～1.68 fmol· cell-1·d-1(以NH3计).硝化速率潜势与古菌amoA基因丰度之间呈现正向变化趋势,而与细菌amoA基因丰度呈负向变化趋势,指示了低氨氮环境下AOA在氨氧化过程中的主导作用.生物多样性分析表明,经酶切分型后得到的22个古菌amoA基因序列以97％的相似度划分为8个独立操作单元(Operational Taxonomic Unit,OTU).系统发育分析显示,OTU 1～6(14个序列)属于第一分支,OTU 7～8(8个序列)属于第二分支,且均属于一个新命名的古菌类群——奇古菌门(Thaumarchaeota).     

两个CANON污水处理系统中氨氧化古菌的丰度和多样性研究

近期,氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)在各类环境中的发现,打破了人们原来认为氨氧化主要是由氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)完成的观点.但是在全程自养脱氮(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON)污水处理系统中关于AOA的研究却鲜有提及.利用PCR、克隆、实时荧光定量PCR(quantitative real time PCR,q PCR)等分子生物学技术,对1个小试(lab-scale,L)和1个中试(pilot-scale,P)CANON系统中的生物膜和活性污泥絮体两种形态的污泥进行AOA数量和种属特征的研究.结果表明:1系统L和P中,AOA的amo A基因数量平均值(以dry sludge计)分别为2.42×106copies·g-1和6.51×106copies·g-1;2 AOA的amo A基因丰度随污泥形态不同数量相差很大:L系统中,生物膜AOA amo A丰度约为活性污泥絮体的11.1~15.1倍;P系统中,污泥絮体AOA amo A数量是生物膜中的2.8倍;3多样性方面:P系统的AOA多样性较低,仅出现一个OTU,该OTU属于Nitrosopumilus subcluster 5.2类群;L系统AOA多样性较高,共有8个OTU出现,分别属于Nitrososphaera subcluster 9、subcluster 8.1、subcluster 4.1、subcluster 1.1和Nitrosopumilus subcluster 5.2这5个类群.总之,在同一个CANON系统中,污泥形态不同,AOA的丰度和群落结构相差较大;AOA可能发挥着氨氧化的作用.     

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.     

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.     

异养硝化、厌氧氨氧化及古菌氨氧化与新的氮循环

自然界中氮循环与微生物的作用密不可分.在过去的几年里,随着异养硝化、厌氧氨氧化和古菌氨氧化过程的发现,人们对氮循环的认识发生了明显的变化.就异养硝化菌、厌氧氨氧化菌和氨氧化古菌的发现、生化机理及分子生物学等方面进行综述,旨在为今后人们重新认识和构建新的氮循环提供有用信息,并对这些新型微生物今后在污水生物脱氨处理中的应用提出了一些展望和设想.指出今后在污水生物处理系统中,可通过富集异养硝化菌强化同步硝化反硝化、富集厌氧氨氧化菌实现单级自养脱氟、富集氨氧化古菌提高低溶解氧下的脱氮效率.     

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。     

花山流域小型水库氨氧化菌丰度和群落组成

硝化在土壤氮循环中有着显著的作用,其中的第一步反应可以被氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)所催化。为了阐明湖泊沉积物营养水平差异对AOA和AOB丰度和多样性的影响,该研究采集了安徽省滁州市花山水文实验流域东源、中源和西源的3个小型水库表层沉积物样品,并测定不同沉积物样品中氮素的营养水平和氨氧化菌丰度和群落组成。结果表明,古菌的amo A基因丰度与p H以及总氮(TN)浓度呈现明显的正相关关系,细菌amo A基因OTUs数目明显正相关于p H以及TN,而古菌OTUs数目和NO3--N呈现一定正相关关系。采样点红旗水库沉积物中古菌amo A基因丰度最高(1.72×106拷贝/g干沉积物),而采样点狮子山坝的最低(1.51×105拷贝/g干沉积物)。不同沉积物样品细菌amo A基因丰度由大到小依次为龙库(2.11×108拷贝/g干沉积物)狮子山坝(6.40×107拷贝/g干沉积物)红旗水库(2.02×107拷贝/g干沉积物)。所有沉积物样品的细菌amo A基因丰度均高于古菌amo A基因丰度。古菌amo A基因序列分为两种属,即Nitrososphaera和Nitrosopumilus,细菌amo A基因主要有Nitrosomonas oligotropha,Nitrosospira,N.Europaea/Nc.mobilis和Undefined-N.Europaea/Nc.mobilis类群。p H和TN浓度对群落结构有重要影响。该研究获得的数据将利于更好的理解不同营养水平沉积物中的氨氧化过程的差异。     

我国北方四类土壤中氨氧化古菌和氨氧化细菌的活性及对氨氧化的贡献

氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)与氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)是目前已知的两类好氧氨氧化微生物,广泛分布于各类生态系统中.采用双氰胺(dicyandiamide;DCD)和1-辛炔(1-octyne)抑制剂的方法对我国北方湿地、草原、农田、沙漠4类生态系统的土壤中AOA和AOB的氨氧化速率(ammonia oxidation rate,AR)分别进行定量测定,剖析AOA、AOB对不同土壤中氨氧化的贡献.结果表明:在氨氮含量较高的湿地土壤((32.58±1.38)mg·kg~(-1))中氨氧化速率由AOB主导(ARAOB占AR的86.19%),而在氨氮含量较低的草原土壤((10.40±0.69)mg·kg~(-1))、农田土壤((5.09±0.25)mg·kg~(-1))中氨氧化速率则由AOA主导(ARAOA分别占AR的65.50%、62.20%).氨氮含量是影响AOA、AOB相对活性的主要限制性因素.湿地土壤中氨氧化速率最高,为3.22 mg·kg~(-1)·d~(-1)(以N计),其次是草原土壤和农田土壤,其AR分别为1.11、1.00 mg·kg~(-1)·d~(-1),沙漠土壤中未检测到氨氧化速率.对氨氧化古菌、细菌的amoA基因进行定量分析的结果表明:在氨氮含量最高的湿地土壤和最低的沙漠土壤((1.27±0.05)mg·kg~(-1))中AOA丰度高于AOB丰度,在草原、农田土壤中AOB丰度高于AOA丰度.amoA基因生物多样性分析表明,377个古菌amoA序列以85%相似度可以划分为19个独立操作单元(operational taxonomic unit,OTU),具有较高的生物多样性,其Shannon指数为1.51~1.73.直接通过氨氧化微生物amoA基因丰度来推测AOA、AOB的活性具有一定的缺陷,而依靠AOA、AOB分别的氨氧化速率能够准确地衡量其在不同生态系统中对氨氮去除的相对贡献,对于理解不同生态系统中氨氮去除过程和效应有着重要的意义.     

巢湖完全氨氧化细菌的丰度、群落结构及其影响因素研究

完全氨氧化过程（complete ammonia oxidation, comammox）的发现使研究者们对硝化作用和氮循环都有了新的认识.本研究选取巢湖冬夏季表层（0~10 cm）沉积物样品,运用高通量测序、实时定量PCR等分子生物学技术对comammox细菌的丰度和群落结构进行研究.结果表明：基于amoA基因的comammox细菌的丰度为（5.20±0.72）×10⁶~（4.06±1.23）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化古菌的丰度为（5.39±1.01）×10⁵~（1.60±0.18）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化细菌的丰度为（6.16±1.57）×10⁵~（4.30±0.19）×10⁶ copies·g^-1.comammox细菌的绝对丰度显著高于氨氧化古菌和氨氧化细菌.多样性分析表明冬季巢湖表层沉积物中的comammox细菌的物种多样性大于夏季.其中Candidatus Nitrospira nitrificans、Candidatus Nitrospira nitrosa和Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度最高占比分别为78.72%、49.80%和6.28%,且夏季样点中Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度显著高于冬季样点.主坐标分析（Principle Coordinate Analysis, PcoA）结果表明,comammox细菌的群落结构具有明显的时间异质性.理化因子中,NH₄⁺和NO₃^-与comammox细菌的丰度呈负相关关系.本研究在一定程度上揭示了comammox细菌的丰度、群落组成、多样性及其与理化因子的关系.     

处理水产养殖污水潜流湿地中的厌氧氨氧化菌群特征

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)是潜流湿地净化污水的重要功能,目前关于潜流湿地厌氧氨氧化特征还不清楚.为了解处理水产养殖污水潜流湿地中的厌氧氨氧化特点,采用16S rRNA基因克隆文库和实时荧光定量PCR技术以及多样性分析等方法,对处理水产养殖污水潜流湿地中ANAMMOX菌的结构、多样性和丰度进行了研究分析.结果表明,处理水产养殖污水潜流湿地中存在Candidatus brocadia和Candidatus kuenenia这2类已知的ANAMMOX菌和3类未知的ANAMMOX菌,其优势种群为Candidatus brocadia;在不同季节中,秋季潜流湿地中ANAMMOX菌的多样性最高(H',1.21),春季最低(H',0.64);在养殖周期内,潜流湿地中ANAMMOX菌的丰度(以鲜重计,下同)在8.0×104~9.4×106copies·g-1之间,总细菌丰度在7.3×109~9.1×1010copies·g-1之间;在潜流湿地不同层面以及不同季节中,ANAMMOX菌的丰度存在着明显的差异,总细菌丰度则差异不明显,ANAMMOX菌的丰度在不同层面上的差异没有随时间变化的规律性.根据潜流湿地中ANAMMOX菌的分布特征,改变养殖污水布水方式和调整湿地结构可以提高潜流湿地的反硝化效果.该研究为进一步优化潜流湿地结构,提高净化养殖污水效率提供了依据.     

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.     

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.     

池塘水体氨氧化细菌季节变化及其与环境影响因子相关性分析

以氨氧化细菌(AOB)的氨单加氧酶amoA基因为分子标记,调查了湖北省公安县崇湖渔场草鱼池塘水体AOB季节变化,并分析了AOB丰度与主要环境因子的相关性.结果表明,池塘表、底层水体AOB amoA基因拷贝数均呈相似的季节变动规律,即夏季显著高于春、秋两季(p0.05),而春、秋两季间无显著差异(p0.05);相同季节池塘表、底层水体AOB amoA基因拷贝数无显著性差异(p0.05).表、底层水体AOB amoA基因拷贝数均与温度、总磷呈显著正相关;与溶解氧呈显著负相关.此外,表层AOB amoA基因拷贝数与总有机碳呈极显著负相关.主成分分析将8个环境因子划分为3个主成分.表层第一主成分为水温、溶解氧、氨氮与总磷,第二主成分为硝态氮与总有机碳,第三主成分为总氮与亚硝态氮;底层第一主成分为水温、溶解氧、氨氮、总磷与总有机碳,第二主成分为硝态氮与亚硝态氮,第三主成分为总氮.     

辽河保护区七星湿地中不同形态氮的时空分布规律研究

将大型人工湿地工程技术应用于支流河口,可以有效减轻干流污染物负荷。本文研究了辽河流域典型支流河口湿地的营养盐迁移转化特征。通过2012年4-7月的采样监测,研究了辽河保护区七星湿地表层水和间隙水中不同形态氮的时空分布规律。结果表明上覆水中氨氮含量小于间隙水,而硝氮和亚硝氮含量高于间隙水;污染物随空间的变化趋势都体现为支流河入口处污染物含量较高,在湿地中部及出口处含量明显降低。水体氨氮含量表现出随时间推移呈现逐渐下降的趋势,硝氮和亚硝氮含量呈现波动。七星湿地半年内对氨氮的去除总量为1.99 t。     

辽河口芦苇湿地土壤氨氧化菌的时空变化

采用传统的最大或然数法(MPN)和不依赖于培养的变性梯度凝胶电泳技术(DGGE),对辽河口芦苇湿地土壤中AOB的丰度、多样性进行了解析,并试图探究AOB同土壤可溶性盐分等环境因素之间的关系.结果表明:芦苇湿地土壤中AOB多样性指数时空分布存在较大差异,同一月份中不同站点之间群落结构相似性较大,AOB细菌数量与土壤可溶性盐分之间存在显著负相关关系(P<0.05),与土壤总氮和有机质含量之间存在极显著性正相关关系(P<0.01),表明盐分、总氮和有机质含量是辽河口湿地AOB数量时空分布的重要影响因素.     

北洛河流域植物多样性地理格局与环境关系

通过野外调查和历史文献及标本统计分析,确定并分析北洛河流域种子植物信息数据.结果表明：该区共有种子植物123科581属1671种,占黄土高原种子植物的83.67%、67.24%、51.83%,集中分布于大型科（>50种）、较大科（21~50种）和单种属（1种）、小型属（2~5种）内.11个干流流经的地理单元植物相似性聚类分为5组,较早分离的是黄龙县,最大类因子午岭山脉连接而包含4个地理单元（富县、合水县、宜君县、黄陵县）.富县、合水县和黄龙县植物丰富度SD值最高,洛川县、华池县和甘泉县SD值最低.该区地理成分在属级水平上有15个分布区类型16个变型,以温带分布及其变型为主（287属,占49.40%）,并与热带分布及其变型联系紧密（115属,占19.79%）,植物丰富度SD值与温带成分显著正相关;黄陵县、洛川县、黄龙县R/T值最高,热带性质最强,华池县、定边县R/T值最低,热带性质最弱.R/T值受海拔影响,随温度和降水从东南向西北递减.该区植物起源古老,分化程度高,物种多样性丰富,地理成分复杂,是重要的植物种质资源库.植物物种多样性地带性格局过渡性明显,体现出这些类群的生态位需求.需加强保护该区原生环境和植物,合理开发利用,可选择6大优势科（菊科、禾本科、蔷薇科、豆科、唇形科和毛茛科）中适地适树适草的物种（温带性质）,进行植被恢复和水土流失治理.