红树林区氧化亚氮排放的微生态机制研究

本项目以红树林为研究对象，针对红树林特有的生境特征，采取野外采样和人工模拟相结合，围绕红树林区氧化亚氮排放的微生态机制开展研究。主要研究内容包括：针对原位样品和人工微宇宙模拟实验样品，测定不同环境条件下（盐度、底物浓度、干湿交替等）的N2O排放；选择反硝化的功能基因作为分子标记，运用荧光定量PCR技术测定反硝化微生物的功能基因拷贝数；用变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术比较总反硝化微生物和有表达活性的微生物多样性，揭示系统中参与反硝化的关键微生物成员，阐明N2O产生的微生态机制。反硝化微生物群落表达的研究刚刚开始，具有很好创新性。不同环境条件下反硝化微生物群落的表达规律研究，能够更直接反映反硝化微生物的反硝化能力，为不同环境条件下反硝化作用的发生与发生强度提供更直接的理论依据，为湿地N2O排放控制提供理论依据和数据支持。

本项目以滨海红树林湿地为研究对象，监测了原位温室气体的变化，并通过模拟实验模拟不同环境因子（植被，潮汐，盐度）对沉积物的影响，利用分子生物学技术研究了沉积物中的硝化反硝化微生物在活性、丰度以及群落结构上对这些环境因子的响应。主要得出下列结果：1) 野外气体的原位监测发现N2O的排放规律则没有表现出明显的规律。2)与植物红树林区域相比，互花米草显著降低了沉积物中总细菌的含量，改变了总细菌群落的组成，降低了氨氧化古菌（AOA）的amoA基因含量和多样性，提高了氨氧化细菌(AOB)的amoA基因含量，但并未改变其群落结构。本研究获得的氨氧化细菌的基因序列主要为Nitrosospira，而获得的氨氧化古菌序列则主要为Crenarchaeota。通过构建反硝化菌的nirS基因文库，发现克隆子分布于整个Proteobacteria。3) 植被和潮汐模拟实验中，潮汐对N2O通量的影响没有明显规律，植被对N2O通量表现为抑制作用。植被能显著提高16S rRNA基因的丰度，对总的细菌群落结构具有显著影响。植被和潮汐对AOA和AOB的丰度都具有影响，退潮时，植被提高AOA和AOB的丰度，涨潮时植被抑制其丰度。植被对AOA和AOB的群落结构没有显著影响，但模拟潮汐能显著影响其群落结构。沉积物深度对总细菌和氨氧化微生物丰度的群落结构都没有影响。对反硝化细菌的定量结果显示，3个因素（vegetation × tide × depth）都对nirS和nirK基因有显著影响，而只有2个因素（vegetation × tide）对nosZ基因有显著影响。群落结构分析结果显示，植被以及植被种类对nirK细菌群落具有显著影响，而模拟潮汐对nirS和nosZ细菌的群落结构具有显著影响。沉积物深度对反硝化微生物群落结构没有影响。另外，转录水平的定量研究发现，植被能提高16S rRNA基因丰度。对氨氧化微生物，植被促进AOA，抑制AOB。对反硝化细菌，植被抑制nirS和nosZ菌群，促进nirK菌群，互花米草作用更明显。4) 盐度模拟实验中，N2O的排放量随着处理盐度的增加而减少，这一现象和沉积物中的硝化反硝化微生物密切相关。N2O排放量与硝氮含量呈显著正相关，与氨氮含量呈显著负相关。定量PCR结果显示，低盐度和高盐度都能降低16S rRNA基因的丰度。对于硝化反硝化微生物，高盐度表现出不同程度的抑制作用。

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