Shifts in the community structure and activity of anaerobic ammonium oxidation bacteria along an estuarine salinity gradient

沿河口鹽度梯度的厭氧氨氧化細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和活性的變化

來(lái)源：Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, Volume 121，2016，1632–1645

《地球物理研究雜志：生物地球科學(xué)》，第121卷，2016年，第1632–1645頁(yè)

 

摘要：

摘要部分闡述了厭氧氨氧化（anammox）是河口和海岸環(huán)境中氮去除的主要微生物途徑，但沿河口鹽度梯度的anammox細(xì)菌動(dòng)態(tài)和活性關(guān)聯(lián)理解不足。本研究使用16S rRNA基因克隆庫(kù)、定量PCR和同位素示蹤技術(shù)，調(diào)查了長(zhǎng)江河口及海岸帶鹽度梯度（0.1-33.8）沉積物中anammox細(xì)菌的多樣性、豐度、活性及其對(duì)總N2生產(chǎn)的貢獻(xiàn)。系統(tǒng)發(fā)育分析顯示anammox細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)沿鹽度梯度發(fā)生顯著變化（P<0.01），優(yōu)勢(shì)屬?gòu)牡畢^(qū)的Brocadia轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)闊海洋的Scalindua。anammox細(xì)菌豐度與鹽度顯著正相關(guān)（P<0.05），而anammox對(duì)氮去除的貢獻(xiàn)與鹽度顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）。沉積物有機(jī)質(zhì)也被認(rèn)為是控制anammox相對(duì)作用的重要因素?？傮w而言，數(shù)據(jù)證明了anammox細(xì)菌多樣性、豐度和活性沿河口鹽度梯度的生物地理分布，并表明鹽度是河口和海岸生態(tài)系統(tǒng)中anammox過(guò)程的主要環(huán)境控制因子。

 

研究目的：

研究目的是調(diào)查沿河口鹽度梯度的厭氧氨氧化細(xì)菌的群落動(dòng)態(tài)、活性和貢獻(xiàn)，以增進(jìn)對(duì)微生物氮轉(zhuǎn)化過(guò)程的理解，并為河口和海岸生態(tài)系統(tǒng)的氮管理策略提供依據(jù)。具體而言，旨在揭示鹽度如何影響anammox細(xì)菌的多樣性、豐度和活性，以及anammox過(guò)程在氮去除中的相對(duì)重要性。

 

研究思路：

研究思路包括在長(zhǎng)江河口及海岸帶沿鹽度梯度（0.1-33.8）設(shè)置12個(gè)采樣點(diǎn)，在干季（3月）和洪季（7月）進(jìn)行野外調(diào)查。使用分子方法（如16S rRNA基因克隆庫(kù)和定量PCR）分析anammox細(xì)菌的多樣性和豐度，并通過(guò)沉積物漿液實(shí)驗(yàn)結(jié)合氮同位素示蹤技術(shù)測(cè)量anammox活性和反硝化速率。同時(shí)，測(cè)定環(huán)境參數(shù)（如鹽度、沉積物顆粒大小、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度等），并利用統(tǒng)計(jì)方法（如CCA、PCoA）分析環(huán)境因素與anammox細(xì)菌群落的關(guān)系。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義：

1. anammox細(xì)菌多樣性數(shù)據(jù)：來(lái)自16S rRNA基因克隆庫(kù)，數(shù)據(jù)體現(xiàn)在表1，以及圖2的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。研究意義是揭示anammox細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)沿鹽度梯度的變化，幫助理解鹽度對(duì)微生物分布的生物地理影響。圖2顯示了群落組成的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。

 

 

2. anammox細(xì)菌豐度數(shù)據(jù)：來(lái)自定量PCR測(cè)量，數(shù)據(jù)體現(xiàn)在圖6。研究意義是量化anammox細(xì)菌的豐度與鹽度的正相關(guān)關(guān)系，表明鹽度通過(guò)影響底物可用性促進(jìn)anammox細(xì)菌增殖。

 

3. anammox活性和貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)：來(lái)自同位素示蹤技術(shù)，數(shù)據(jù)體現(xiàn)在圖7。研究意義是評(píng)估anammox過(guò)程對(duì)總氮去除的貢獻(xiàn)，顯示其與鹽度的負(fù)相關(guān)，并強(qiáng)調(diào)有機(jī)質(zhì)在調(diào)控氮去除途徑中的作用。

 

4. 反硝化速率數(shù)據(jù)：來(lái)自同位素示蹤，數(shù)據(jù)體現(xiàn)在圖8。研究意義是比較anammox與反硝化的關(guān)系，顯示兩者活性正相關(guān)，支持anammox和反硝化可能耦合的假設(shè)。

 

5. 環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)：如鹽度、沉積物有機(jī)質(zhì)、硫化物濃度等。研究意義是識(shí)別影響anammox過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)境因子，如鹽度、有機(jī)質(zhì)和硫化物。

 

結(jié)論：

研究結(jié)論是沿河口鹽度梯度，anammox細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)、豐度和活性呈現(xiàn)顯著生物地理分布。鹽度是主要環(huán)境控制因子，與anammox細(xì)菌豐度正相關(guān)，但與anammox對(duì)氮去除的貢獻(xiàn)負(fù)相關(guān)。沉積物有機(jī)質(zhì)也重要調(diào)控anammox的相對(duì)作用。anammox過(guò)程在河口和海岸生態(tài)系統(tǒng)的氮去除中扮演關(guān)鍵角色。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義：

使用丹麥Unisense H2S-100微電極測(cè)量沉積物硫化物濃度，數(shù)據(jù)體現(xiàn)在環(huán)境參數(shù)分析中。研究意義在于評(píng)估硫化物對(duì)anammox過(guò)程的潛在影響，因?yàn)榱蚧锟赡芤种芶nammox細(xì)菌活性。在本研究中，硫化物濃度與anammox細(xì)菌豐度和活性顯示正相關(guān)，但通過(guò)偏相關(guān)分析控制Fe(II)的影響后，關(guān)系不顯著，表明硫化物可能通過(guò)與Fe(II)結(jié)合形成FeS而降低其生物有效性，從而間接影響anammox過(guò)程。這有助于理解河口沉積物中硫循環(huán)與氮去除過(guò)程的相互作用。