旱地作物根际和非根际土壤硝酸盐异化还原成铵细菌群落组成的研究

为研究典型旱地农田土壤硝酸盐异化还原成铵过程(Dissimilatory nitrate reduction to ammonium,DNRA)的群落组成,针对DNRA过程的功能基因nrfA进行高通量测序.根际和非根际、4种典型农作物共16个样品,质控后每个样品得到87000条序列,在相似度≥90%下划分到27952个OTUs,选取其中丰度较高的258个代表OTUs进行生态学分析.多样性分析(OTUs水平)结果表明:3/4的作物根际土壤样品中的DNRA群落丰富度、物种多样性和物种均匀度高于相应非根际样品,对比4种作物,粟作物根部土壤DNRA群落多样性最高,玉米作物非根际土壤最低.对代表OTUs进行分类,共定义到6个门(Phylum),19个属(Genus).其中相对丰度最高的3个属为Hyalangium(29.31%)、Chthoniobacter(20.33%)和Nitrospira(13.41%),表明三者在群落组成中占主导地位.结合土壤理化因子分析,DNRA群落相对丰度与NO~-_2-N、TN、含水率、TOM、pH及温度呈显著相关关系.本研究在一定程度上揭示了旱地农田土壤DNRA细菌的群落组成、多样性及与土壤环境因子的关系,为提高氮肥的利用效率和减小环境污染提供理论依据.     

人工湿地沟壕系统中硝酸盐异化还原成铵细菌群落特征研究

硝酸盐异化还原成铵（Dissimilatory nitrate reduction to ammonium，DNRA）过程，是将易损失的NO₃^--N转化为NH₄⁺-N，而被植物或微生物重新吸收利用，从而有助于湿地沉积物的氮保留.本研究选取石臼漾人工湿地冬、夏两季沟壕中心、边缘表层沉积物，采用高通量测序等分析方法，研究了DNRA细菌群落结构特征.研究结果表明：在空间尺度上，沟壕中心DNRA细菌丰度高于沟壕边缘，分别为（2.26±1.19）×10⁹和（1.22±1.46）×10⁹ copies·g^-1.在时间尺度上，冬夏两季样品中DNRA细菌丰度具有显著性差异（p<0.05）.多样性分析表明，沟壕中心沉积物的DNRA群落丰富度高于沟壕边缘.所有样品中占比最高的DNRA属为Caldilinea（69.75%±3.64%）、Anaeromyxobacter（66.41%±1.19%）.Caldilinea属在夏季样品的占比（39.78%±5.15%）高于冬季样品（29.98%±0.57%），而Anaeromyxobacter属在沟壕中心的占比（35.14%±0.83%）高于沟壕边缘（31.28%±0.76%），且小沟（34.33%±1.40%）高于大沟（32.08%±1.33%）.主坐标分析（PcoA）结果表明，DNRA细菌群落结构具有明显的时间异质性.DNRA细菌丰度与有机质（TOM）、碳氮比（C/N）和含水率（MC）显著相关.本研究揭示了人工湿地沉积物中DNRA细菌的丰度、群落组成、多样性及其与环境因子的关系.     

稻田硝酸盐异化还原成铵细菌群落结构的垂向分布特性

硝酸盐异化还原成铵（Dissimilatory nitrate reduction to ammonium，DNRA）过程，可将土壤中的NO₃^-/NO₂^-还原成NH₄⁺-N以被作物吸收利用，有助于土壤中氮素的保存.选择位于广东韶关市和吉林安图县的两块稻田为研究对象，通过分子生物学方法和高通量测序技术，深入探究了两种稻田土壤（0~1 m）中DNRA细菌丰度和群落结构的垂向分布特性.结果显示：两种稻田土壤中DNRA细菌更多的存在于表层土壤（0~20 cm）中，丰度最低值均出现在深层土壤（90~100 cm）中，且表层样品群落结构的多样性大于深层样品；两个稻田样品间的群落结构体现出明显的空间异质性，安图稻田样品DNRA细菌的丰度和群落结构多样性均大于韶关稻田样品；其中，相对丰度较高的Anaeromyxobacter（28.67%）、Caldimicrobium（19.49%）、Nitrospira（10.90%）和Chthoniobacter（9.15%）是两个稻田中DNRA细菌群落组成中的关键菌属.相关性分析表明，总硫（TS）、有机质（TOM）、含水率（MC）、碳氮比（C/N）与DNRA细菌丰度之间均有显著正相关性（p<0.01，n=20），偏碱性、有机质丰富、氮源缺乏、碳源丰富且C/N较高的环境及适宜的含水率是稻田垂向生态系统中DNRA细菌适宜的生存环境.     

崇明东滩湿地土壤硝酸盐异化还原成铵过程及其影响因素

以崇明东滩湿地为研究对象,采用同位素示踪结合泥浆实验,研究了从低潮滩向高潮滩变化的土壤硝酸盐异化还原成铵过程(DNRA)及其影响因素.结果表明,土壤硝酸盐异化还原成铵的潜在速率为0.17～0.71 nmol·g~(-1)·h~(-1),表现为低潮滩位较高、高潮滩位较低的空间变化特征.相关性分析表明,酸盐异化还原成铵潜在速率与氧化还原电位、可溶性有机碳、硝酸盐和硫化物呈显著相关性.此外,nrfA基因丰度与硝酸盐异化还原成铵潜在速率呈显著相关性.逐步回归分析发现,可溶有机碳和总有机碳是影响硝酸盐异化还原成铵潜在速率和nrfA基因丰度的关键性环境因子,分别贡献了总变异的78.8%和50.3%.通过估算得出,东滩湿地硝酸盐异化还原成铵过程将硝酸盐转化成铵盐的潜力为2.5～10.4 t·km~(-2)·a~(-1),贡献了长江口每年无机氮输入量的0.68%～2.85%,因此,硝酸盐异化还原成铵过程在控制河口湿地氮赋存方面具有着重要的作用.河口潮汐作用导致的湿地环境特征与有机质和硝酸盐含量的变化影响着硝酸盐异化还原成铵过程,进而对河口湿地生态系统中氮动态产生较大的影响.     

碳源对生物滞留系统中硝酸盐异化还原成铵的影响研究

通过构建模拟实验,利用~(15)N同位素示踪技术研究在生物滞留系统中碳源对生物滞留系统中硝酸盐异化还原成铵(DNRA)的影响。结果表明:5个处理组(葡萄糖50,100,150,200,250 mg/L)中NO_3~-发生转化的量分别为41.1%、47.9%、50.7%、56.2%和57.6%。以葡萄糖为碳源,初始浓度为100 mg/L时,DNRA作用效果最显著,~(15)N-NH_4~+含量占初始添加~(15)N的24.7%;初始浓度为250 mg/L时,DNRA作用最弱,~(15)N-NH_4~+含量占初始添加~(15)N的13.7%。反硝化和DNRA作用同时进行,系统中~(15)N-NO_3~-含量的减少均伴随着DNRA过程中间产物~(15)N-NO_2~-含量的积累和最终产物~(15)N-NH+4含量的增加。     

基于hzsB功能基因研究典型湿地沉积物中厌氧氨氧化细菌的群落结构

采用基于厌氧氨氧化细菌功能基因hzs B(联氨合成酶关键基因)PCR扩增的高通量测序,研究了典型湿地沉积物中厌氧氨氧化细菌的群落结构.结果表明,沿纬度梯度分布的10个典型湿地沉积物样品的测序序列经处理后共得到190578条序列,在90%的相似度下聚类得到77个OTUs.基因丰度值显示,10个样品的基因拷贝数在5.42×10~4~4.20×10~6copies·g~(-1)之间.群落组成结果表明,在典型湿地沉积物中,序列主要隶属于‘Ca.Brocadia’(54.09%)、‘Ca.Jettenia’(30.97%)、‘Ca.Kuenenia’(6.95%)、‘Ca.Scalindua’(7.91%).相对丰度结果显示,各样点的主导菌属有差别.多样性分析(OTUs水平)表明,在本研究的湿地沉积物中,低纬度样点的多样性普遍高于高纬度样点.PCo A分析(OTUs水平)表明,各湿地样点厌氧氨氧化细菌的群落组成表现出明显的差异性.相关性分析(α=0.10)表明,在典型湿地沉积物中,厌氧氨氧化细菌的丰度与有机质、总氮、总碳、总硫呈负相关.冗余分析表明,‘Ca.Jettenia’与NH_4~+显著正相关,‘Ca.Scalindua’与盐度显著正相关,‘Ca.Kuenenia’在所有测定理化因子中与盐度的正相关性最显著.综上,针对厌氧氨氧化细菌hzs B功能基因扩增进行高通量测序较好地揭示了典型湿地沉积物中厌氧氨氧化细菌的多样性、群落组成及其与环境因子的关系.     

S/N对自养硝酸盐异化还原成铵过程的影响

采用SBBR反应器,以硝酸盐和硫化钠为基质,探索了4种进水S/N对自养硝酸盐异化还原成铵过程的影响。结果表明:在n(S)/n(N)≤1. 3时,系统主要进行硫自养反硝化过程; n(S)/n(N)≥1. 5时,系统内同时存在硫自养反硝化过程和硝酸盐异化还原成铵过程,在n(S)/n(N)=1. 5∶1时产铵最高; ORP对系统内的反应进程和反应类型有一定的指示作用。当发生完整的硫自养反硝化过程时,ORP会出现硝酸盐膝点和亚硝酸盐膝点。同时存在硫自养反硝化过程和硝酸盐异化还原成铵过程时,硝酸盐膝点和亚硝酸盐膝点重合。出现硝酸盐异化还原成铵过程的原因可能是硫化物浓度的增加,抑制反硝化作用,从而驱动部分电子从S~(2-)到NH_4~+。     

植被恢复的岩溶湿地沉积物细菌群落结构和多样性分析

为研究岩溶地区湿地生态系统的细菌群落在植被恢复过程中的结构和多样性以及环境因子对其产生的影响,以桂林会仙岩溶湿地沉积物中提取的总DNA为模板,采用Illumina HiSeq 2500高通量测序技术,对细菌16S rDNA V4、V5区进行测序并分析,共得到有效序列711 403条,序列平均长度为372.34 bp,聚类产生5 952个OTU（Operational Taxonomic Unit）.结果表明,研究区沉积物具有较高的细菌多样性,包含70个门,150个纲,195个目,325个科,446个属.其中,变形菌门（Proteobacteria）是优势类群,占比为18.33%~44.16%,并以β-变形菌纲（Betaproteobacteria）、γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）及δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）为主要组成部分,这些类群中包含了硫杆菌属（Thiobacillus）和脱硫酸盐橡菌属（Desulfatiglans）等参与硫元素循环的菌群,推测对湿地沉积物中的硫循环有着重要作用;同时,属水平上存在大量（37.85%~84.67%）未分类（Unclassified）细菌类群.在会仙岩溶湿地水质及沉积物化学指标中,与细菌群落相关性较大的是ρ（NO₃--N）、ρ（NO₂--N）、ρ（TP）和ρ（TN）等水质指标.研究显示,桂林会仙岩溶湿地细菌具有很高的多样性,沉积物中蕴藏了许多潜在新物种;并且,水质指标对沉积物细菌群落结构及多样性的影响较大,说明人为因素对于会仙岩溶湿地微生物群落结构的影响较为显著.      

高通量测序技术研究典型湖泊岸边陆向深层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落结构

为研究具有富营养化特征的白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落结构组成,针对厌氧氨氧化的功能基因hzs B(联氨合成酶关键基因)进行高通量测序.结果显示,白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤共8个样品处理后共得到77082条序列,在相似度90%下聚类得到40个OTUs.多样性分析(OTUs水平)表明,在白洋淀湖泊岸边近湖岸交界处,上层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落多样性要高于下层,而在远湖岸交界处则相反,下层土壤中厌氧氨氧化细菌的群落多样性要高于上层土壤.PCo A分析(OTUs水平)表明,近湖岸交界处采样点各不同深度土壤层之间的厌氧氨氧化细菌的群落结构更相似,而远湖岸界面处采样点各不同深度之间的厌氧氨氧化细菌的群落结构差异较大.群落结构分析表明,在白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中,序列隶属于Candidatus‘Brocadia anammoxidans’(34.07%)、Candidatus‘Brocadia fulgida’(24.66%)、Candidatus‘Jettenia sp.’(3.00%)、Candidatus‘Kuenenia sp.’(0.22%)、Candidatus‘Scalindua sp.’(0.08%)及与Genbank中已探明的厌氧氨氧化细菌亲缘关系较远的Anammox-like cluster(37.98%).相关性分析(p0.10)表明,在白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中,厌氧氨氧化细菌α-多样性指数中丰富度Chao指数与含水率(MC)呈负相关,多样性Shannon指数与氨氮(NH+4)呈负相关,优势度Simpson指数与NH+4呈正相关;但厌氧氨氧化细菌群落组成中Candidatus‘Brocadia anammoxidans’的富集与总碳(TC)及总硫(TS)含量呈正相关.综上,本文针对厌氧氨氧化功能基因hzs B扩增进行高通量测序,一定程度上揭示了具有富营养化特征的白洋淀湖泊岸边陆向深层土壤中厌氧氨氧化细菌的多样性、群落组成及其与土壤环境因子的关系.     

银川市典型湖泊沉积物细菌群落结构及其对重金属的响应关系

湖泊湿地是极其重要而又特殊的生态系统,在区域水资源调蓄、环境保护和生物多样性维持等方面具有重要意义.沉积物细菌是湖泊生态系统重要的组成部分,是湖泊生物地球化学循环的主要驱动力.为探明银川市典型湖泊沉积物细菌的群落结构及其影响因素,选取银川市3个典型湖泊（阅海湖、鸣翠湖和犀牛湖）为研究对象,于2021年1月、4月、7月和10月采集表层沉积物,应用16S rDNA高通量测序技术研究沉积物细菌群落组成,并探究其与重金属之间的响应关系.结果表明,银川市3个典型湖泊沉积物重金属生态危害系数远小于40,生态危害指数远小于150,危害程度均为生态轻微危害.3个湖泊的细菌群落多样性无显著差异,但各湖泊不同季节多样性有显著变化,群落组成也存在显著差异.阅海湖、鸣翠湖和犀牛湖的优势种菌门（相对丰度排名前3）均为：变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和绿弯菌门（Chloroflexi）,优势下级阶元为γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）、α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）和δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）.银川市典型湖泊门水平分类上出现的主要差异物种为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、广古菌门（Euryarchaeota）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteria）.阅海湖沉积物细菌群落结构与Cu、Fe、Mn、Zn、As和Pb显著相关,鸣翠湖沉积物细菌群落结构与Fe、Pb和Cr显著相关,犀牛湖沉积物细菌群落结构与重金属相关关系不显著.沉积物重金属的种类和含量对银川市阅海湖和鸣翠湖沉积物细菌群落结构有显著影响,是引起湖泊沉积物细菌群落结构变化的重要环境因子.     

傀儡湖沉积物-水界面硝酸盐异养还原过程研究

反硝化（DNF）和硝酸盐异养还原为氨（DNRA）是水域生态系统中硝酸盐异养还原的2个主要过程.DNF和DNRA之间的竞争控制着硝酸盐在水域生态系统中的异养还原方式和最终归趋.选取太湖流域的傀儡湖为研究对象,采用室内培养实验和稳定氮同位素示踪技术,考察傀儡湖沉积物-水界面的DNF和DNRA速率及其对硝酸盐异养还原过程的贡献.结果显示,沉积物表现为NH₄⁺-N的源和NO₃^--N的汇,潜在DNF速率为18.89~54.00μmol/（kg·h）[均值（36.39±3.86）μmol/（kg·h）],DNRA反应速率为1.02~5.89μmol/（kg·h）[均值（3.21±1.15）μmol/（kg·h）].DNF与沉积物有机质含量和含水率存在显著的正相关关系,DNRA与沉积物需氧量（SOD）之间存在相关性.反硝化是傀儡湖中硝酸盐异养还原的主导过程,贡献率为84.23%~96.90%,而DNRA过程只占3.10%~15.77%.与海洋河口区域相比,淡水湖泊生态系统中DNRA速率和DNRA在硝酸盐异养还原中所占的比重均较小.     

活性污泥体系中C/N/S对硝酸盐还原过程的影响

采用序批式活性污泥反应器(ASBR),通过调整进水C/N和S/N,在活性污泥体系中探究电子受体有限的条件下,不同电子供体(有机物或者S2-)对反硝化和硝酸盐氮异化还原成铵(DNRA)过程的影响.结果 表明:较高的C/N进水条件,有利于反硝化过程的进行;而较高的S/N进水条件,更有利于DNRA过程的发生;DNRA过程的特...     

沉积物硝酸盐异化还原过程的温度敏感性与影响因素——以长江口青草沙水库为例

水生态环境中硝酸盐异化还原过程反硝化、厌氧氨氧化和硝酸盐异化还原成铵（DNRA）,对氮循环起着重要作用.采用泥浆培养实验,并结合¹⁵N同位素示踪技术对长江口青草沙水库沉积物硝酸盐异化还原过程的温度敏感性及影响因子进行了研究.结果表明,原位温度10℃时沉积物中反硝化、厌氧氨氧化和DNRA速率分别是0.18～6.86、0.26～3.16和0.09～0.25μmol N/（kg·h）.当培养温度升高到20℃和30℃时,反硝化速率分别是0.43～6.22和0.68～6.56μmol N/（kg·h）,平均比10℃时升高了15.7%和21.6%;厌氧氨氧化速率分别是0.61～3.2和0.77～3.54μmol N/（kg·h）,平均比10℃时升高了27.8%和42.6%;DNRA速率分别是0.09～0.23和0.1～0.18μmol N/（kg·h）,均比10℃时降低了4.2%.沉积物厌氧氨氧化对温度最为敏感,其次是反硝化,均随温度升高而增大;而DNRA最不敏感,随温度升高而减小.相关性分析结果发现有机碳、氨氮、二价铁和硫化物是影响硝酸盐异化还原的主要环境因子.反硝化和厌氧氨氧化硝酸盐还原的贡献分别是34%～71%和28%～49%,而DNRA为2%～17%.青草沙水库沉积物反硝化和厌氧氨氧化过程每年可去除活性氮大约为3.25×10³t和1.68×10³t,约占库区输入氮的54.17%.     

鄱阳湖湿地DOM对铁还原菌异化还原水铁矿的影响

湿地土壤和沉积物中的Fe(Ⅲ)还原过程是地球化学循环中重要的一部分,目前有关鄱阳湖湿地DOM的化学组成及其与Fe(Ⅲ)还原作用的构效关系尚不明确.为此,以鄱阳湖湿地沉积物中分离筛选出的铁还原菌作为模式菌,Fe(Ⅱ)的生成量作为考察指标进行Logistic方程拟合分析,并采用紫外-可见光谱、三维荧光光谱及XRD光谱,研究...     

Effects of cathode potentials and nitrate concentrations on dissimilatory nitrate reductions by Pseudomonas alcaliphila in bioelectrochemical systems

The effects of cathode potentials and initial nitrate concentrations on nitrate reduction in bio- electrochemical systems （BESs） were reported. These factors could partition nitrate reduction between denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium （DNRA）. Pseudomonas alcaliphilastrain MBR utilized an electrode as the sole electron donor and nitrate as the sole electron acceptor. When the cathode potential was set from -0.3 to -I.1 V （vs. Ag/AgC1） at an initial nitrate concentration of 100 mg NO~-N/L, the DNRA electron recovery increased from （10.76 ± 1.6）% to （35.06 ± 0.99）%; the denitrification electron recovery decreased from （63.42 ± 1,32）% to （44.33 ± 1.92）%. When the initial nitrate concentration increased from （29.09 ± 0.24） to （490.97 ± 3.49） mg NO3-N/L at the same potential （-0.9 V）, denitrification electron recovery increased from （5.88 ± 1.08）% to （50.19 ±2.59）%; the DNRA electron recovery declined from （48.79 ±1.32）% to （16.02 ± 1.41）%. The prevalence of DNRA occurred at high ratios of electron donors to acceptors in the BESs and denitrification prevailed against DNRA under a lower ratio of electron donors to acceptors. These results had a potential application value of regulating the transformation of nitrate to N2 or ammonium in BESs for nitrate removal.