灘涂土壤中碳氮循環相關活性微生物菌群研究

《灘涂土壤中碳氮循環相關活性微生物菌群研究》是依託復旦大學，由全哲學擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：灘涂土壤中碳氮循環相關活性微生物菌群研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：全哲學

項目摘要

灘涂作為沿海大潮高潮位與低潮位之間的潮浸地帶，是沿海經濟帶的重要生態屏障，也是重要的後備耕地資源。為了認識灘涂生態的基本規律，首先要了解灘涂生態系統的物質循環。本課題通過土壤樣品mRNA分析和穩定同位素標記分析，並結合高通量焦磷酸測序和定量PCR分析，研究碳氮循環各個環節（包括產甲烷、甲烷氧化、氨氧化和反硝化等）中真正起作用的相關功能微生物的分布，解析灘涂土壤中參與碳氮循環的各類微生物群落的相互作用機理以及它們隨環境因素的變化機制，並在這基礎上確定能體現灘涂土壤健康狀態的功能微生物基因參數。這些研究為灘涂的保護、修復和圍墾利用提供堅實的科學依據。分析有活性功能微生物的分子生物學研究系統的建立將會推進我國土壤微生物生態的研究水平。

結題摘要

河口灘涂在改善水質，生物多樣性的維持，以及擴大耕地面積等方面起重要作用。要認識和管理灘涂生態系統過程，首先要了解灘涂生態系統的物質循環而對其起關鍵作用的是灘涂土壤中的各種功能微生物。 土壤氮素循環中最重要的是氨氧化過程，而參與此過程的有氨氧化細菌和氨氧化古生菌。氨氧化細菌的主要組成隨灘涂的不同發育階段和土地利用方式發生變化。在光灘主要的氨氧化細菌是Nitrosomonas，但在荒地和農田主要是Nitrosomonas和Nitrosospira。主要氨氧化細菌的類型可作為監測灘涂土壤狀態的一個指標。氨氧化古生菌隨環境變化較少。淨硝化活性是含水量較低的荒地高，反硝化活性反而是光灘高。在夏天和秋天，氨氧化微生物的數量和組成直接影響淨硝化活性。 甲烷的淨釋放通量是甲烷產生（由產甲烷菌）和被氧化（由甲烷氧化微生物）相平衡的結果。在光灘產甲烷菌的豐富度隨著深度的增加明顯增高。崇明東灘鹽沼地的蘆葦正在被互花米草侵略性地更替。對這兩種植物的甲烷釋放率測定結果表明，互花米草比蘆葦的甲烷釋放速率更高。互花米草生長的鹽沼沉積物中產甲烷菌多樣性小於蘆葦生長的沉積物。通過mRNA分析確認，在鹽沼沉積物中有活性的主要為Methylomonas。此外，在灘涂樣品中也檢測到了以硫酸鹽為電子受體的厭氧甲烷微生物（ANME-3）和以硝酸鹽為電子受體的厭氧甲烷微生物。互花米草的入侵促進了甲烷氧化菌的豐度增加，但對甲烷氧化菌、氨氧化細菌以及氨氧化古生菌多樣性產生的影響較少。 我們設計同時覆蓋甲烷氧化細菌pmoA基因和氨氧化細菌amoA基因的高兼併引物，通過我們開發的兩步PCR方法分析光灘沉積物，發現所測序列中絕大部分是非常規甲烷氧化菌（因為其pmoA基因序列與屬於bata變形菌綱的氨氧化細菌的amoA基因接近）Crenothrix相關。在灘涂所發現的兩個與Crenothrix相關的pmoA基因簇中有一個與已發現的公共資料庫中所有的pmoA基因序列有很大差別，應是一個新發現的類型。Crenothrix相關微生物分布較廣，且在長江河口光灘沉積物中是主要的甲烷或氨氧化菌類群。因此，對這類微生物的進一步研究將對灘涂生態系統以及整個甲烷/氨氧化機制的認識做重要貢獻。