崇明东滩氨氧化细菌与氨氧化古菌活性及丰度研究

【作者】 郑艳玲； 侯立军； 刘敏； 周俊良；

【机构】 华东师范大学河口海岸学国家重点实验室； 华东师范大学资源与环境科学学院；

【摘要】 氨氧化过程作为硝化反应的第一步及限速步骤,在氮素的生物地球化学循环中起着非常重要的作用[1]。研究发现,特定类群的细菌（属于γ-proteobacteria、β-proteobacteria）及古菌（属于Thaumarchaeota）均含有氨单加氧酶基因（amoA基因,编码催化氨氧化反应的关键酶）,并已证实两者均可参与氨氧化过程^[2,3,4,5]。环境中氨氧化细菌（ammonia-oxidizing bacteria,AOB）与氨氧化古菌（ammonia-oxidizing archaea,AOA）的丰度及活性的研究对于深入认识硝化过程中微生物作用机制具有重要意义。为探索长江口崇明东滩沉积物中氨氧化细菌及氨氧化古菌丰度与活性之间是否存在联系,本研究以崇明东滩高、中、低潮滩夏冬两季表层沉积物中总DNA为模板,分别利用氨氧化细菌和氨氧化古菌的amoA基因特异性引物进行定量PCR反应,并通过泥浆培养实验获得相应采样点的潜在硝化速率。结果显示,AOB amoA基因拷贝数为9.11×10⁴-6.47×10⁵ copies g^-1 sediment,AOA amoA基因拷贝数为7.98×10³-3.51×10⁵ copies g^-1 sediment,在本研究所有样品中,AOB amoA基因拷贝数均大于AOA amoA基因拷贝数,但两者不存在显著差异（student’s t-test,P> 0.05）。AOB/AOA amoA基因拷贝数受环境因素影响,本研究中其与NH₄-N浓度呈显著相关关系（r=-0.834,P=0.039,n=6）。从季节变化来看,AOB amoA基因拷贝数与AOA amoA基因拷贝数均不存在显著的季节差异（student’s t-test,P>0.05）。夏季amoA基因拷贝数在不同潮滩位置的变化趋势为从高潮滩到低潮滩依次增加,冬季则呈现相反的变化趋势。潜在硝化速率夏季(0.55-0.98μmol N g^-1d^-1),显著高于冬季(0.05-0.17μmol N g^-1d^-1)（student’s t-test,t=5.1,df=4,P=0.007）。夏季潜在硝化速率在不同潮滩位置的变化趋势为低潮滩最高而高潮滩最低,冬季则恰好相反。由于潜在硝化速率可以在一定程度上反映氨氧化菌的数量,因此我们期望两者之间会存在相关关系。统计分析发现,AOB amoA基因拷贝数、AOA amoA基因拷贝数、总amoA基因拷贝数均与潜在消化速率存在显著的线性相关（r> 0.84,P<0.001,n=9）,说明崇明东滩沉积物中氨氧化细菌及氨氧化古菌丰度与活性之间确实存在联系。然而,当整体分析夏季与冬季样品数据时,潜在硝化速率与总amoA基因拷贝数之间却没有显著相关关系（r=0.43,P>0.05,n=18）,说明温度对于氨氧化菌的活性具有重要影响,氨氧化微生物在夏季较高温度环境下会有更高的活性。更多还原