東湖表層沉積物中氨氧化古菌和氨氧化細(xì)菌豐度及多樣性研究

潘彥羽　代嫣然　王飛華　梁　威

(1. 中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所淡水生態(tài)與生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430072; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

隨著人口的增長(zhǎng)以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 大量氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素及有機(jī)污染物未經(jīng)處理即匯入淡水生態(tài)系統(tǒng)[1], 致使其生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能日漸退化甚至消失。2015年《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)》顯示全國(guó)廢水中氨氮排放量2.3×109kg, 其中城鎮(zhèn)生活污水中氨氮排放量占氨氮排放總量的58.3%, 農(nóng)業(yè)源氨氮排放量占排放總量的31.6%, 工業(yè)廢水氨氮排放量占氨氮排放總量的9.4%[2]。水體中氮素含量過高不僅會(huì)極大促進(jìn)藻類的生長(zhǎng)繁殖, 導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化, 還會(huì)毒害其中的水生動(dòng)物[3,4]。

氮循環(huán)具有復(fù)雜的變化過程, 并且與微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。這個(gè)過程包括： 固氮作用、氨化作用、硝化作用和反硝化作用[5]。其中氨氧化是硝化作用的第一步, 也是限速步驟[6]。長(zhǎng)期以來, 氨氧化細(xì)菌(Ammonia-oxidizing bacterial,AOB) 被認(rèn)為是氨氧化作用的主要承擔(dān)者[7], 然而,近年來隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展和研究的深入,新一類具有氨氧化能力的微生物——氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea, AOA) 從環(huán)境中被分離和鑒定出來。2005年Konneke等[8]從海洋沉積物中分離了一株氨氧化古菌。2006年Leininger等[9]在歐洲中性土壤中發(fā)現(xiàn)了AOA的廣泛存在, 并且amoA基因豐度大于AOB。氨氧化過程中兩個(gè)關(guān)鍵酶分別是氨單加氧酶和羥胺氧化還原酶。氨單加氧酶是由amoA、amoB、amoC三個(gè)基因編碼的α、β、γ三個(gè)亞基組成。目前, 編碼α亞基的amoA基因被廣泛用于生態(tài)系統(tǒng)中AOA和AOB的研究[10]。大量研究表明, AOA和AOB存在于很多生態(tài)系統(tǒng)中,如土壤[11]、海洋沉積物[12]、湖泊沉積物[13]和活性污泥[14]等, 但是AOA和AOB在淡水生態(tài)系統(tǒng)尤其是沉積物中的生態(tài)特征、功能差異及多樣化環(huán)境要素的影響機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究[15]。

本研究以典型城市湖泊——東湖為例, 通過監(jiān)測(cè)東湖表層沉積物的理化參數(shù), 采用熒光定量PCR和高通量測(cè)序等分子生物學(xué)技術(shù), 以功能基因amoA為分子標(biāo)記, 對(duì)AOA和AOB進(jìn)行定量和定性分析。探討在不同環(huán)境條件下表層沉積物中AOA和AOB的amoA基因的數(shù)量及多樣性, 分析底質(zhì)和水質(zhì)中各種理化因子對(duì)它的影響, 力求為湖泊氮循環(huán)研究提供理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1　采樣地點(diǎn)

本研究選取東湖子湖——郭鄭湖作為研究對(duì)象, 設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)(圖 1), 1號(hào)點(diǎn)(30°33′4.71″N 114°21′36.68″E); 2號(hào)點(diǎn)(30°33′49.02″N 114°23′3.52″E);3號(hào)點(diǎn)(30°33′6.20″N 114°23′31.73″E)。

1.2　樣品采集

分別于2016年1月、4月、7月和10月采集東湖表層沉積物樣品(12個(gè)樣品, 0—20 cm)。將沉積物樣品充分混勻后分兩份置于無菌塑料袋中密封,4℃保存運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室, 一份自然風(fēng)干過200目篩用于理化性質(zhì)的測(cè)定, 另一份放于-20℃冰凍保存用于后續(xù)分子實(shí)驗(yàn)。

1.3　理化指標(biāo)測(cè)定

采用標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)樣品進(jìn)行分析, 其中pH采用pH計(jì)(Mettler Toledo, Switzerland)測(cè)定; 氨氮(-N)、亞硝酸氮(-N)、硝酸鹽氮(-N)采用氯化鉀溶液提取-分光光度法測(cè)定; 底泥總氮(TN)、總磷(TP)測(cè)定按照《土壤農(nóng)化分析》(第三版)所述方法進(jìn)行[16]; 總有機(jī)碳(TOC)采用總有機(jī)碳分析儀(Elementar, Germany)測(cè)定。每個(gè)樣品設(shè)置3個(gè)平行。

1.4　沉積物中AOA和AOB豐度的測(cè)定

沉積物樣品DNA提取稱取0.3 g沉積物樣品, 采用PowerSoil DNA試劑盒(MO BIO Laboratories Inc., USA)進(jìn)行樣品DNA提取, 提取產(chǎn)物用1%的瓊脂凝膠電泳檢測(cè)。

圖 1　東湖采樣點(diǎn)Fig. 1　Sampling sites in Donghu Lake

絕對(duì)定量標(biāo)準(zhǔn)曲線制作參照He等[17]報(bào)道的方法, 將提取的土壤樣品的微生物全基因組DNA混合并作為PCR擴(kuò)增的模板, 擴(kuò)增引物和程序如表 1所示。擴(kuò)增體系為： 10×PCR buffer (Mg2+)5 μL, dNTP (2.5 mmol/L) 4 μL, 正反向引物(10 mmol/L)各1 μL, Taq酶(2.5U)0.25 μL, DNA模板2 μL, 加ddH2O補(bǔ)足至50 μL。使用Easy Pure QuickGel Extraction Kit (Trans)純化試劑盒對(duì)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行切膠純化, T載體與PCR回收產(chǎn)物連接后轉(zhuǎn)入JM109感受態(tài)細(xì)胞, 進(jìn)行藍(lán)白斑篩選。選取白色克隆, 采用菌落PCR鑒定陽性克隆, 所用引物為載體通用引物M13F和M13R。將挑取出的重組質(zhì)粒進(jìn)行測(cè)序。測(cè)序結(jié)果經(jīng)NCBI比對(duì), AOA與泉古菌(JQ345886.1) amoA基因的同源性高達(dá)99%, AOB與亞硝化單胞菌(KC769053.1) amoA基因的同源性高達(dá)99%。因此, 可作為絕對(duì)熒光定量PCR分析的標(biāo)準(zhǔn)DNA。使用EasyPure Plasmid Miniprep Kit(Trans)提取重組質(zhì)粒DNA, 經(jīng)核酸定量?jī)x(Nanodrop 2000, USA) 測(cè)定濃度, AOA的amoA基因重組質(zhì)粒濃度為44.6 ng/μL, AOB的amoA基因重組質(zhì)粒濃度為37.5 ng/μL。根據(jù)阿伏伽德羅常數(shù)計(jì)算出amoA基因的拷貝數(shù), AOA為2.11×1010copies/μL,AOB為1.77×1010copies/μL。將AOA重組質(zhì)粒按10倍梯度稀釋, 用于標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制。

熒光定量PCR采用SYBR Green法進(jìn)行熒光定量PCR, 所用引物參見表 1, 擴(kuò)增體系為20 μL,其中, 2×Trans Start Tip Green qPCRSuperMix 10 μL,濃度為10 μmol/L的AOA、AOB正反向引物各0.4 μL,DNA模板1 μL, 用ddH2O補(bǔ)足至20 μL。采用Roche LightCycler? 480擴(kuò)增儀進(jìn)行定量, 其反應(yīng)程序如表 1所示。實(shí)驗(yàn)設(shè)置陰性對(duì)照, 并與稀釋好的6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行定量擴(kuò)增, 得到標(biāo)準(zhǔn)曲線, 每個(gè)樣品設(shè)置3次重復(fù)。以基線(背景)熒光信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差的10倍作為閾值, 擴(kuò)增效率＞80%, 溶解曲線為單一峰。

1.5　沉積物中AOA和AOB群落結(jié)構(gòu)分析

HiSeq平臺(tái)高通量測(cè)序針對(duì)氨氧化微生物的功能基因amoA, 采用表 1中的引物進(jìn)行擴(kuò)增。PCR產(chǎn)物用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè), 引物擴(kuò)增出來的AOA amoA基因片段長(zhǎng)度在600—700 bp, AOB amoA基因片段長(zhǎng)度在400—500 bp, 使用AxyPrep-DNA凝膠回收試劑盒切膠回收PCR產(chǎn)物, TrisHCl洗脫; 2%瓊脂糖電泳檢測(cè)。參照電泳初步定量結(jié)果, 將PCR產(chǎn)物用QuantiFluoruantTM藍(lán)色熒光定量系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)定量, 之后按照每個(gè)樣本的測(cè)序量要求, 進(jìn)行相應(yīng)比例的混合。通過Hiseq 2500平臺(tái)(IlluminaSanDiego, USA)進(jìn)行測(cè)序, 測(cè)序長(zhǎng)度250 bp(凌恩生物, 上海)。

表 1　氨氧化微生物amoA基因PCR擴(kuò)增引物及反應(yīng)條件Tab. 1　Primers and PCR reaction conditions for amoA gene

AOA和AOB amoA基因多樣性分析利用Cluster及Mothur軟件對(duì)序列進(jìn)行降噪, 并進(jìn)行聚類,獲得不同序列之間的距離矩陣, 轉(zhuǎn)化為相似度, 將相似度超過80%的序列歸為一個(gè)操作分類單元(Operational taxonomic unit, OTU)。通過稀釋曲線比較不同樣品細(xì)菌群落多樣性差異。用Mothur計(jì)算微生物群落的多樣性和豐度指數(shù), 包括Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、ACE指數(shù)、Chao指數(shù)和文庫覆蓋率C[18]。

1.6　系統(tǒng)發(fā)育分析

挑選豐度最高的前40個(gè)OTUs的代表核酸序列與數(shù)據(jù)庫中已知序列進(jìn)行比對(duì)。采用Neighbor-Joining建樹方法利用MEGA6.0軟件構(gòu)建AOA和AOB的amoA基因系統(tǒng)發(fā)育樹, 建樹結(jié)果進(jìn)行1000次Bootstrap檢驗(yàn)。

1.7　數(shù)據(jù)分析

用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析及多因素相關(guān)分析。amoA基因豐度進(jìn)行了以10為底的對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換。氨氧化微生物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子之間的關(guān)系采用Canoco軟件進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析, 確定顯著影響AOA或AOB群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子, 顯著水平設(shè)置為P＜0.05和極其顯著P＜0.01。

2　結(jié)果

2.1　沉積物理化指標(biāo)

東湖沉積物基本理化特征如表 2所示。溫度隨季節(jié)變化明顯, 其中夏季最高(28.6—29.3℃), 冬季溫度最低(6.91—7.14℃)。沉積物呈弱堿性(7.0—7.5), 1號(hào)位至3號(hào)位點(diǎn), 沉積物pH呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。沉積物TN含量介于1.18—2.31 g/kg (干重), 其中冬季、夏季總氮含量較低, 春季、秋季TN含量較高。沉積物總磷含量介于0.58—1.15 g/kg(干重); 沉積物-N濃度介于26.8—60.9 mg/kg(干重);-N (-N+-N)濃度介于11.1—50.4 mg/kg (干重)。TOC濃度介于27.1—49.2 g/kg(干重), 其中2號(hào)點(diǎn)TP、-N及TOC含量均較高,表明2號(hào)位點(diǎn)污染最為嚴(yán)重, 可能是由于2013年對(duì)1號(hào)點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行了清淤使得1號(hào)點(diǎn)受污染程度有所好轉(zhuǎn)。

2.2　沉積物氨氧化微生物的豐度

AOA和AOB的定量分析結(jié)果顯示(圖 2), 所有樣品中均檢測(cè)到AOA和AOB的存在, 且AOA的豐度高于AOB, AOA與AOB的比值介于1.10—-73.6。AOA的豐度介于1.50×108—8.48×109拷貝/g沉積物(干重), 其中冬季AOA較多, 介于2.83×109—8.48×109拷貝/g沉積物(干重); 夏季最低為1.74×108—1.95×109拷貝/g沉積物(干重)。AOB的豐度介于4.87×107—2.40×109拷貝/g沉積物(干重),4個(gè)季節(jié)AOB豐度差異不顯著。

表 2　沉積物理化性質(zhì)Tab. 2　Physical and chemical properties in sediments

將東湖AOA和AOB的amoA基因豐度與沉積物的理化因子做Pearson相關(guān)性分析(表 3), 結(jié)果表明AOA的豐度與溫度呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05), 沉積物溫度越高, AOA的豐度越少; AOB豐度與理化因子相關(guān)性不顯著(P＞0.05)。

2.3　沉積物氨氧化微生物多樣性

對(duì)Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、OTU數(shù)目的Chao指數(shù)和ACE指數(shù)進(jìn)行了分析, 具體結(jié)果見表4—6。利用Mothur進(jìn)行數(shù)據(jù)的過濾分析, 12個(gè)沉積物樣品中共得到高質(zhì)量的AOA amoA基因序列906010條, 平均每個(gè)樣品的序列條數(shù)為37750條。在所有的12個(gè)沉積物樣品中, 按照80%的序列相似度進(jìn)行OTU劃分。東湖沉積物樣品的OTU數(shù)量介于5—16, Shannon指數(shù)介于0.03—0.05。比較東湖不同季節(jié)不同采樣的多樣性指數(shù)發(fā)現(xiàn), 冬季樣品多樣性高于其他季節(jié), 2號(hào)位點(diǎn)多樣性最低。

圖 2　沉積物中AOA和AOB的豐度Fig. 2　The abundance of AOA and AOB in sediments

表 3　AOA和AOB豐度與沉積物理化指標(biāo)相關(guān)性分析Tab. 3　Correlation analysis between the abundance of AOA and AOB and physical and chemical indicators in sediments

同時(shí), 我們對(duì)沉積物AOB amoA基因進(jìn)行測(cè)序(表 5), AOB的文庫覆蓋率均達(dá)到了較高的水平(＞99.9%), 這表明了所建立的amoA基因的文庫涵蓋了沉積物中幾乎所有的amoA基因類型。不同采樣點(diǎn)的樣品OTU數(shù)量差異顯著, 沉積物樣品AOB的OTU數(shù)量介于42—102。Shannon指數(shù)最高的是DSP1(1.99), 最低的是DAU2(1.34)。利用不同的指數(shù)來估算樣本中微生物多樣性時(shí), 各指數(shù)反應(yīng)的結(jié)果略有偏差, 本研究中DSP3 Chao指數(shù)最高, 但其Shannon指數(shù)為1.87, 最大為1.99?？赡苁歉髦笖?shù)的計(jì)算方法不同, 并且群落多樣性受群落組成和群落分布情況的共同影響。

對(duì)氨氧化微生物的多樣性指標(biāo)與沉積物的理化性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析(表 6), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)東湖沉積物中AOA OTU數(shù)量與TOC呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01), 而AOB OTU數(shù)量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)。此外, AOA Shannon指數(shù)和AOB Shannon指數(shù)也與TOC呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01), 說明沉積物TOC越高, 群落多樣性越低。2號(hào)位點(diǎn)相對(duì)于其他位點(diǎn)TOC含量最高, 所以AOA和AOB的多樣性均較低。

2.4　沉積物氨氧化微生物的群落結(jié)構(gòu)分析

高通量測(cè)序解析氨氧化微生物群落的組成和多樣性結(jié)果如圖 3—5所示?？傮w來看東湖沉積物中AOA親緣關(guān)系較近的既有來自水體的, 也有來自土壤和沉積物的, AOA序列可以分為Nitrosopumilus、Nitrososphaera以及其他。各個(gè)季節(jié)各個(gè)采樣點(diǎn)之間AOA群落組成有一定的差異, 但是Nitrosopumilus均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(99.8%), 僅在1號(hào)位點(diǎn)的冬季、春季及夏季檢測(cè)到了Nitrosospharea存在, 含量很低。AOB amoA基因序列分為來自土壤和淡水環(huán)境的Nitrosomonas, Nitrosospira以及相當(dāng)一部分處于發(fā)育樹外枝的序列。在東湖不同季節(jié)不同采樣點(diǎn)采集的12個(gè)樣品中, Nitrosomonas占55.27%, 其他占44.70%, Nitrosospira含量?jī)H占0.03%。

2.5　環(huán)境因子對(duì)AOA和AOB群落結(jié)構(gòu)的典范對(duì)應(yīng)分析

利用Canoco將AOA和AOB的優(yōu)勢(shì)種與環(huán)境因子進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)(CCA)分析(圖 6)。東湖AOA群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子排序軸AX1和AX2的解釋度分別為80.6%和9.14%。TOC (-0.9999)、TP (-0.9872)與AX1的相關(guān)性較高;-N (0.6545)與AX2的相關(guān)性較高。AOB優(yōu)勢(shì)種與環(huán)境因子的結(jié)果表明, 排序軸AX1的解釋度為88.5%, 排序軸AX2的解釋度為2.70%。與AX1相關(guān)性高的環(huán)境因子有TP(-0.9984)、TN (-0.9798)、TOC (-0.9933), 與AX2軸相關(guān)性較高的環(huán)境因子為溫度(-0.9631)和pH (0.7244), 總體而言, TN是影響東湖沉積物AOA群落結(jié)構(gòu)的主要因素, TOC和TP是影響AOB群落結(jié)構(gòu)的主要因素。

表 4　沉積物中AOA的多樣性指數(shù)Tab. 4　Diversity index of AOA in sediments

表 5　沉積物中AOB的多樣性指數(shù)Tab. 5　Diversity index of AOB in Sediments

表 6　AOA和AOB的多樣性指數(shù)與沉積物理化指標(biāo)相關(guān)性分析Tab. 6　Correlation analysis between the diversity index of AOA and AOB and physical and chemical indicators in sediments

3　討論

已有研究表明, AOA比AOB更適合厭氧或低氨氮濃度條件[19], 在海洋生態(tài)系統(tǒng)[20]和土壤環(huán)境中[21]AOA amoA基因比AOB的豐度高3個(gè)數(shù)量級(jí)。在淡水生態(tài)系統(tǒng)中, Hou等[22]分析了太湖和巢湖不同富營(yíng)養(yǎng)程度點(diǎn)位中沉積物AOA與AOB豐度, 發(fā)現(xiàn)在中營(yíng)養(yǎng)采樣點(diǎn)中AOA多于AOB; Yang等[23]發(fā)現(xiàn)在洱海的沉積物中, AOA數(shù)量多于AOB。這與本研究在東湖沉積物中AOA和AOB豐度的研究結(jié)果類似, 攜帶amoA基因的微生物并不足以說明其參與氨氧化過程, 因此無法僅僅以基因豐度含量高低確定AOA和AOB在氮循環(huán)中的具體貢獻(xiàn), 但目前還沒有發(fā)現(xiàn)不能進(jìn)行氨氧化過程的此類微生物[24],AOA可能在東湖生態(tài)系統(tǒng)氨氧化中占主要作用。

湖泊沉積物中的AOA和AOB受多種環(huán)境因子的影響, 現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)AOA豐度受pH[25]、-N[26]、-N[27]、TN[26]、TP[27]及TOC[28]的影響,AOB的豐度受-N[29]、-N[26]、pH[26]的影響。在本研究中, 東湖沉積物AOA豐度在不同季節(jié)存在顯著差異, 其數(shù)量與溫度呈顯著負(fù)相關(guān)。Lu等[30]研究農(nóng)業(yè)池塘沉積物AOA群落分布時(shí), 也得到相似的結(jié)論。Hou等[31]研究了東湖不同富營(yíng)養(yǎng)化程度子湖郭鄭湖和團(tuán)湖AOA群落分布, 發(fā)現(xiàn)AOA豐度與沉積物中有機(jī)物的含量呈負(fù)相關(guān), AOA豐度對(duì)環(huán)境因子變化敏感。本研究中考察了季節(jié)尺度, 方差分析表明不同季節(jié)之間TN、TP、-N均有顯著差異(P＜0.05), 使得溫度對(duì)AOA數(shù)量的影響更為明顯。pH[32]被認(rèn)為是影響AOA和AOB amoA基因數(shù)量的一個(gè)重要環(huán)境因子, 但是在本研究中, pH對(duì)沉積物中AOA和AOB的amoA基因數(shù)量無顯著影響。這些不一致的研究結(jié)果表明AOA和AOB對(duì)于氨氧化過程中的貢獻(xiàn)與環(huán)境條件密切相關(guān)。

利用高通量測(cè)序分析了東湖沉積物AOA和AOB的群落結(jié)構(gòu), 在AOA和AOB中均檢測(cè)到部分序列(其他)與目前GenBank中已經(jīng)探明的amoA序列相似性較低, 可能是未分離或培養(yǎng)的區(qū)別于已知菌種的新型氨氧化微生物。東湖沉積物AOA Shannon指數(shù)介于0.03—0.05, 東湖AOB Shannon指數(shù)介于1.34—1.99, 高于AOA, 在淡水濕地[33]、金山湖[27]及太湖[26]沉積物中AOB多樣性均較AOA高,AOA多樣性較AOB低, 使得優(yōu)勢(shì)屬的相對(duì)豐度和優(yōu)勢(shì)度更加明顯。李虎等[34]研究了浙江甌江沉積物中AOA及AOB組成, 發(fā)現(xiàn)AOA的shannon指數(shù)在2.64—2.89, AOB的shannon指數(shù)在2.83—3.56。多樣性顯著高于東湖, 推測(cè)是由于東湖是湖泊生態(tài)系統(tǒng), 環(huán)境條件相對(duì)封閉單一, 因此生物多樣性也較低。河流生態(tài)系統(tǒng)具有流動(dòng)性, 易受周邊環(huán)境影響,造成了較高的AOA、AOB多樣性。Bollmann等[28]研究了不同營(yíng)養(yǎng)程度湖泊沉積物的AOA組成, 結(jié)果表明湖泊的營(yíng)養(yǎng)程度是影響氨氧化微生物群落組成的重要因素, 富營(yíng)養(yǎng)湖泊Erie沉積物AOA以Nitrososphaera為主, 寡營(yíng)養(yǎng)湖泊Superior以Nitrosopumilus為主。東湖沉積物AOA主要為Nitrosopumilus (99.8%), 說明東湖郭鄭湖的污染程度相對(duì)較輕, 沉積物TN是影響東湖沉積物AOA群落結(jié)構(gòu)的主要因素。對(duì)于AOB, Nitrosomonas青睞于低氨氮環(huán)境而Nitrosospira更適應(yīng)高氨氮的污染環(huán)境[35], 東湖沉積物AOB主要為Nitrosomonas(55.3%),AOB群落結(jié)構(gòu)主要受TOC和TP的影響, 與Yang等[23]在滇池的研究結(jié)論類似。有研究表明AOA和AOB的群落結(jié)構(gòu)多樣性受總磷的影響[36], 但Liu等[33]在淡水濕地的研究發(fā)現(xiàn)AOA和AOB的群落結(jié)構(gòu)多樣性和總磷沒有顯著相關(guān)性, AOA的多樣性和有效磷含量顯著正相關(guān)。到目前為止, AOA及AOB在含磷酸鹽生態(tài)位中的優(yōu)勢(shì)尚未確定。應(yīng)進(jìn)一步研究磷酸鹽水平與AOA和AOB的存在與活性之間的關(guān)系[37]。

圖 6　環(huán)境因子對(duì)AOA和AOB群落結(jié)構(gòu)影響CCA分析Fig. 6　CCA analysis of the effects of environmental factors on AOA and AOB community structure

4　結(jié)論

在東湖沉積物中, AOA豐度比AOB高, 沉積物中氨氧化反應(yīng)可能由AOA驅(qū)動(dòng)。東湖沉積物樣品中AOA豐度與T呈顯著負(fù)相關(guān), 但AOB豐度變化不明顯。沉積物中Nitrosopumilus為優(yōu)勢(shì)AOA菌, 沉積物TN是影響東湖沉積物AOA群落結(jié)構(gòu)的主要因素; Nitrosomonas為優(yōu)勢(shì)AOB菌, 東湖沉積物AOB群落結(jié)構(gòu)主要受TOC和TP的影響。

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