《富營養化水體沉積物的宏基因組學及聚磷菌多樣性研究》是依託中國農業大學，由袁紅莉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：富營養化水體沉積物的宏基因組學及聚磷菌多樣性研究
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：袁紅莉
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磷是引發水體富營養化的關鍵因素。水-沉積物間的磷循環很大程度上依賴於微生物的代謝活動，聚磷菌與水-沉積物間磷的循環直接相關。多聚磷酸激酶（PPK）是聚磷過程的關鍵酶，研究表明ppk1基因適於研究聚磷菌的多樣性。本項目以富營養化的太湖為對象，通過構建藻華爆發前期及爆發期沉積物樣品ppk1基因的克隆文庫結合定量PCR研究，明確聚磷菌的種群結構及數量變化特點，為深入了解聚磷菌在水體磷循環及富營養化中的作用機理奠定基礎；利用宏基因組測序技術探索這兩個樣品中微生物的群落特徵，結合對磷及其他理化條件的分析，探索微生物種群組成的變化與藻華爆發的關係。預期研究結果將有助於揭示沉積物中微生物種群的變化及代謝特點在藻華爆發過程中所發揮的重要作用，並從聚磷菌這一直接與磷循環相關的微生物類群出發，原創性地探索它們在調控水體富營養化進程中的生物作用，從微生物生態學的角度逐步深層次揭示水體富營養化機制。
結題摘要
大量研究表明磷是水體富營養化的限制性因子。沉積物微生物在水-沉積物間的磷循環過程中發揮著重要作用，聚磷菌與磷循環直接相關。本項目利用宏基因組和高通量測序技術研究了“藻華”爆發不同時期、不同營養程度位點太湖沉積物細菌群落結構變化，並通過構建ppk1基因克隆文庫結合qPCR分析了聚磷菌的種群結構及數量變化與“藻華”的關係。項目在執行過程中已完成了全部研究內容。研究結果表明（1）“藻華”爆發前2-3個月，沉積物中的營養物質尤其是磷大量釋放進入水體，為藻類的復甦和生長繁殖提供營養，沉積物鐵結合態磷（Fe-P）和NO3--N與“藻華”爆發密切相關；（2）太湖沉積物中最主要細菌類群為變形菌門，還包括擬桿菌門、綠彎菌門、疣微菌門、酸桿菌門、厚壁菌門、放線菌門和藍藻門等，但在“藻華”爆發不同時期各類群相對豐度有明顯變化。在“藻華”爆發前，β-和ε-變形菌綱（重度富營養）及綠彎菌門（中度富營養）相對豐度明顯升高，這3個類群在沉積物營養物質釋放過程中發揮重要作用。隨著“藻華”的持續發生，大量藻類死亡沉降進入沉積物，並主要在α-和γ-變形菌綱等細菌的作用下分解，釋放出的營養物質再次積累在沉積物中。進一步分析發現，Thiobacillus和Sulfuricurvum分別是β-和ε-變形菌綱中的優勢屬，而綠彎菌門中則沒有優勢屬。上述結果表明沉積物細菌在“藻華”爆發不同時期有明顯差異，在物質循環中發揮重要作用。對於重度污染的16號位點，Thiobacillus和Sulfuricurvum可作為預測“藻華”發生的細菌類群；對於中度污染的7號位點，則應以綠彎菌門為預測類群；（3）太湖沉積物Candidatus Accumulibacter類聚磷菌的數量和多樣性可以反映水體的營養水平，隨水體污染程度增加，聚磷菌的多樣性降低但數量隨“藻華”的爆發顯著增加，說明聚磷菌是沉積物中磷循環的重要驅動者，並與“藻華”爆發密切關聯。分離自太湖沉積物的高效聚磷菌P. stutzeri YG-24兼有異養硝化-好養反硝化的能力，成功克隆到該菌株的ppk1和nirS基因並建立了利用該菌株去除水體低濃度磷的技術。本項目通過分析沉積物中微生物種群的變化及代謝特點揭示了微生物在“藻華”爆發過程的作用，為探明水體富營養化機理及建立防治措施奠定了理論基礎。已發表SCI論文5篇，獲得發明專利1項。
