鮑林林,王曉燕,陳永娟,張苓榮

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北運河沉積物中主要脫氮功能微生物的群落特征

鮑林林1,2,3,王曉燕1,4*,陳永娟1,張苓榮1

(1.首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院,北京 100048；2.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室,北京 100085；3.中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049；4.首都師范大學(xué)首都圈水環(huán)境研究中心,北京 100048)

應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)研究北運河沉積物中主要脫氮功能微生物,反硝化細(xì)菌和厭氧氨氧化細(xì)菌(Anammox)的群落特征,探討了微生物群落的季節(jié)變化及其與環(huán)境因子的響應(yīng)關(guān)系.結(jié)果表明,沉積物中反硝化細(xì)菌和Anammox的豐度和群落組成隨季節(jié)變化差異顯著.從夏季到冬季,反硝化細(xì)菌豐度逐漸增加,Anammox的豐度卻逐漸降低;反硝化細(xì)菌的多樣性均顯著的高于Anammox的多樣性,反硝化細(xì)菌是北運河沉積物中主要的脫氮微生物.從夏季到冬季,沉積物中氮和TOC含量均逐漸升高,溫度是決定脫氮微生物群落特征季節(jié)變化的關(guān)鍵因子,TN與反硝化細(xì)菌的群落豐度顯著正相關(guān),C/N與Anammox的豐度顯著正相關(guān);反硝化細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)主要受到硝氮和pH的影響,pH也是影響Anammox物種時空分布的主要因子.系統(tǒng)發(fā)育分析表明,兩種脫氮微生物的主要類群均具有,反硝化細(xì)菌主要從屬于和, Anammox物種發(fā)育多樣性較低,主要為浮霉菌門的.

北運河沉積物；反硝化細(xì)菌；厭氧氨氧化細(xì)菌；季節(jié)變化；環(huán)境因子；系統(tǒng)發(fā)育

人為活動的日益增強(qiáng)已經(jīng)明顯加速了氮的循環(huán),過量氮素進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)容易引發(fā)一系列全球性環(huán)境問題.對水生態(tài)系統(tǒng)來說,氮素造成的水體富營養(yǎng)化問題以及氮循環(huán)微生物對氮素的遷移轉(zhuǎn)化作用越來越受到人們關(guān)注.氮循環(huán)中反硝化作用和厭氧氨氧化作用是去除環(huán)境中過量氮素的兩個主要過程,分別由反硝化細(xì)菌和厭氧氨氧化細(xì)菌(anaerobic ammonia oxidation bacteria, Anammox)所驅(qū)動[2-3].反硝化細(xì)菌一直是環(huán)境中脫氮的主要微生物,而越來越多的研究發(fā)現(xiàn),Anammox廣泛的存在于海洋、土壤和湖泊等生態(tài)系統(tǒng)中,也具有比較可觀的脫氮貢獻(xiàn)[4].這2種脫氮微生物在環(huán)境中的群落特征和生態(tài)功能對全球氮循環(huán)的平衡具有重要作用.

,反硝化細(xì)菌基因和Anammox的16S rRNA基因或肼氧化還原酶(hydrazine oxidoreductase,)基因常被作為兩種微生物的分子標(biāo)記,以研究其在環(huán)境中的群落特征和生態(tài)功能[2,5].環(huán)境溫度、污染物質(zhì)濃度和溶氧等[6]都是影響這兩種脫氮微生物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能的重要因子.已有的研究主要探討了河流沉積物中反硝化細(xì)菌和Anammox的活性特征[2,7-8]和脫氮效率[3-4,9],而河流生態(tài)系統(tǒng)中兩種脫氮微生物群落特征的綜合對比分析,潛在的生態(tài)功能差異和脫氮貢獻(xiàn),及其與環(huán)境因子的響應(yīng)關(guān)系還需要深入的研究.

城市河流受人類生產(chǎn)生活干擾劇烈,是氮污染最為突出的區(qū)域[10],其水體流速緩慢,污染物質(zhì)富集于淤積的沉積物中,極易造成二次污染.所以,沉積物中脫氮微生物的群落特征和生態(tài)功能直接關(guān)系到河流生態(tài)系統(tǒng)污染氮素的有效轉(zhuǎn)化和去除.北運河是典型的城市河流,是北京市主要的排污泄洪河道,水體氨氮嚴(yán)重超標(biāo),河床沉積物中也儲存了大量氮素[11].通過研究北運河沉積物中反硝化細(xì)菌和Anammox的群落結(jié)構(gòu)及其季節(jié)變化特征,分析微生物群落與環(huán)境因子的響應(yīng)關(guān)系,以探討兩種脫氮微生物在城市河流沉積物中的潛在作用和功能差異,為河流生態(tài)系統(tǒng)氮素的去除及污染控制提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 樣品采集和理化分析

沿北運河京區(qū)流域范圍內(nèi)水系干流上選擇4個采樣點,如圖1所示,包括馬坊橋(1)、壩河口(2)、榆林莊橋(3,涼水河口)和楊洼閘下游(4).分別于2013年7月(夏季)、10月(秋季)和2014年2月(冬季),采集河流表層沉積物(3~5cm).利用便攜式柱狀采泥器,每個樣點斷面隨機(jī)多點抓取河床沉積物,并取其表層部分均勻混合為1個樣品,樣品用無菌袋封裝并4℃冷藏運輸.分子實驗使用樣品﹣20℃凍存,其余樣品用作理化參數(shù)測定.沉積物的pH值、氨氮(NH4+-N)、亞硝氮(NO-N)和硝態(tài)氮(NO3?-N),以及總氮(TN)和總有機(jī)碳(TOC)的測定方法參考文獻(xiàn)[12].

1.2 微生物PCR擴(kuò)增和多態(tài)性分析

采用Power Soil DNA試劑盒(MO BIO Laboratories Inc.,美國)提取沉積物(0.3g濕樣)總DNA,即PCR擴(kuò)增的模板DNA.反硝化細(xì)菌的PCR擴(kuò)增引物為針對亞硝酸鹽還原酶基因()的和nirS 6R,并根據(jù)降落PCR的方法進(jìn)行基因擴(kuò)增[13-14].Anammox采用巢式PCR,先由引物Pla46f和630r對浮霉菌屬進(jìn)行擴(kuò)增,再將所得產(chǎn)物作為模板,由特異性引物和Amx820r進(jìn)行Anammox的16S rRNA基因的擴(kuò)增[7,15].PCR擴(kuò)增引物序列及相應(yīng)溫度程序如表1所示.用于T-RFLP分析的PCR產(chǎn)物,對前引物(nirS 1F和Amx368f)的5’端進(jìn)行(FAM)標(biāo)記,采用限制性內(nèi)切酶TakaraⅠ(,大連)酶切以進(jìn)行群落多態(tài)性分析[12].

表1 PCR擴(kuò)增引物序列及相應(yīng)的溫度程序Table 1 Primers and procedures for PCR amplification

1.3微生物的定量和克隆序列分析

反硝化細(xì)菌的定量分析仍以基因為標(biāo)記,而Anammox定量分析以的拷貝數(shù)表示,所用引物為hzocl1F1(TGYAAGACYTGYCAY- TGG)和hzocl1R2(ACTCCAGATRTGCTGAC- C)[16].采用SYBR Green法,對和基因進(jìn)行絕對定量分析(實時熒光定量PCR,RT-qPCR),定量結(jié)果為3次測試的平均值.

通過藍(lán)白斑篩選微生物的陽性克隆子,并將測試序列提交至NCBI數(shù)據(jù)庫,獲取序列登陸號(反硝化細(xì)菌:KJ777836-KJ778008和KM406982- KM406998;Anammox:KM008745-KM008972).利用DOTUR軟件對反硝化細(xì)菌和Anammox進(jìn)行獨立操作單元(operational taxonomic unit, OTU)的劃分,并建立相應(yīng)的克隆文庫,以鄰位相接法(neighbor-joining)構(gòu)建包括北運河沉積物的檢測序列和已發(fā)表參比序列的系統(tǒng)發(fā)育樹.

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS16.0、OriginPro8.1等軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.整理后的T-RFLP片段種類數(shù)據(jù)由PRIMER5.0軟件進(jìn)行微生物群落的香農(nóng)多樣性(Shannon-Weiner,)分析.使用Canoco for Windows 4.5軟件,對微生物群落的時空分布及其與沉積物環(huán)境因子的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行典范對應(yīng)分析(canonical correspondence analysis, CCA).

2 結(jié)果與分析

2.1沉積物理化參數(shù)

表2 表層沉積物的理化性質(zhì)Table 2 Physical and chemical properties of sediments

注:S, Summer,夏季; F, Fall,秋季; W, Winter,冬季; NO?,為NO2?+NO3?;C/N為TOC與TN的比值,下同.

各季節(jié)沉積物的主要理化參數(shù)如表2所示.此外,夏季、秋季和冬季的沉積物上覆水的平均溫度()分別為28,12,2℃,北運河沉積物pH值范圍6.78~7.77.雖然北運河水體以NH4+污染為主,但在沉積物中,除了夏季3號樣點(S3)和冬季1號樣點(W1)外,其余各樣點的硝氮(NO?,NO-N與NO3?-N的總量)的含量均明顯高于NH4+.總體看來,夏季到冬季沉積物中各類污染物質(zhì)含量逐漸增加,可能與其污水處理廠退水和再生水補給為主[11]有關(guān),秋冬季降雨補給減少,污染稀釋作用降低.位于楊洼閘下游4號點的沉積物(S4、F4和W4)中,TOC和TN的含量均相對低于其他樣點.此外,TOC和TN的含量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(< 0.05).

2.2 群落豐度的季節(jié)變化

如圖2所示,基因的拷貝數(shù)夏季最低(1.39×107~9.32×107copies/g),秋季次之(1.79× 1010~1.3×1011copies/g),冬季最高(5.9×1010~ 3.34× 1011copies/g);而基因的拷貝數(shù)夏季最高(1.03×107~9.37×107copies/g),秋季次之(1.01× 104~1.09×104copies/g),冬季最低(0~1.00× 104copies/g).綜合看來,夏季沉積物中反硝化細(xì)菌和Anammox的群落豐度相當(dāng),而秋、冬季時反硝化細(xì)菌群落豐度明顯高于Anammox.

由表3可見,不同季節(jié)中,各理化參數(shù)對微生物群落豐度的影響作用不同.夏季,沉積物TOC含量、C/N與反硝化細(xì)菌、Anammox的豐度均具有顯著正相關(guān)關(guān)系,Anammox的群落豐度還與沉積物TN含量相關(guān);秋季,各形態(tài)氮素含量和pH值均對反硝化細(xì)菌的豐度具有顯著影響,而與Anammox的豐度沒有顯著相關(guān)性;冬季,僅pH值與反硝化細(xì)菌的豐度顯著負(fù)相關(guān),Anammox的豐度與TOC、TN含量顯著正相關(guān).綜合看來,是2種脫氮微生物的群落豐度季節(jié)變化的關(guān)鍵因子,反硝化細(xì)菌和Anammox的群落豐度分別與TN含量和C/N的變化相關(guān)性較高.

表3 群落豐度與環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性Table 3 Pearson’s correlations between microbial abundance and environment factors

注: *<0.05, **<0.01; ns,無顯著性.

2.3 群落組成的多樣性

表4為北運河沉積物反硝化細(xì)菌基因和Anammox基因的T-RFLP片段數(shù)目,及其群落多樣性指數(shù).一個T-RF片段至少代表一種相應(yīng)的微生物,群落結(jié)構(gòu)可由T-RFs的組成表征.各樣點檢測出反硝化細(xì)菌的T-RFs 12~20種,Anammox的T-RFs 1~12種,反硝化細(xì)菌的群落多樣性顯著高于Anammox的多樣性.秋季,反硝化細(xì)菌的T-RFs數(shù)量最多,多樣性指數(shù)最低,但是夏季其T-RFs最少時多樣性指數(shù)最高.秋季和冬季沉積物中Anammox的群落多樣性均高于夏季的群落,其中S3和S4樣品的Anammox主要檢測出一種T-RF,多樣性最低.Pearson相關(guān)分析表明,僅冬季的Anammox群落多樣性與沉積物NO?存在顯著相關(guān)性(= 0.99,< 0.05).

圖3為物種與環(huán)境因子的CCA雙軸圖,反映了脫氮微生物群落主要T-RFs種類(相對豐度大于6%)的時空分布特征,及其與沉積物主要環(huán)境因子的響應(yīng)關(guān)系.如圖所示,反硝化細(xì)菌和Anammox的主要物種分布均具有顯著的季節(jié)分異,冬、夏兩季的物種組成差異最大,而且夏季各沉積物樣點之間的微生物群落結(jié)構(gòu)差異也比較大.

表4 脫氮微生物功能基因的T-RFs和多樣性Table 4 T-RF fragments and diversity ofnirSand 16S rRNA genes

2.4 群落結(jié)構(gòu)特征和因子響應(yīng)

反硝化細(xì)菌CCA前四個排序軸的總解釋度為86.3%,AX1和AX2對物種—環(huán)境因子相關(guān)性的解釋度分別為37.8%和19%,影響群落時空分布的主要因子有與AX1相關(guān)度較高的pH(-0.72)和與AX2相關(guān)的(-0.75)和NO?(0.66);Anammox的CCA前四個排序軸的總解釋度為88.5%,AX1和AX2對物種—環(huán)境因子相關(guān)性的解釋度分別為35.5%和28%,(0.86)與AX1存在較高的相關(guān)性,而pH(0.63)與AX2相關(guān).總體看來, pH值和是影響反硝化細(xì)菌和Anammox群落物種時空分布的主要環(huán)境因子.

2.5 系統(tǒng)發(fā)育特征

對夏季各沉積物中反硝化細(xì)菌(0.05的分異度)和Anammox(0.02的分異度)進(jìn)行了克隆文庫的系統(tǒng)發(fā)育分析.圖4所示為反硝化細(xì)菌的系統(tǒng)發(fā)育樹,根據(jù)其系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,主要劃分為兩支.Cluster A包含了43%的克隆序列,其發(fā)育多樣性高于Cluster B,主要與各種沉積物環(huán)境來源的序列相似性較高.Cluster A又可分為兩個亞支,大部分的序列屬于Cluster A1,而Cluster A2主要包含1號樣點的克隆序列,其與發(fā)現(xiàn)于堿性咸水湖泊的sp. HGD1[17]同源性較高.Cluster B主要由2、3號樣點的序列組成,與活性污泥和反應(yīng)器環(huán)境中的類群同源性較高,而且2號樣點的所有序列屬于這個分支.此外,2號樣點的序列2d20及同一OUT的其他27個克隆序列與水稻根系土壤中檢測出的RCH2的相應(yīng)片段具有83%的相似性,而序列2d16與58Eu具有91%的相似性[18].

Anammox的系統(tǒng)發(fā)育樹也主要劃分為兩支(圖5),Cluster A包含了65.9%的測試序列,主要與土壤、沉積物以及活性污泥等環(huán)境來源的類群同源性較高,而Cluster B與土壤和地下水等環(huán)境來源物種的相似性很高.Cluster A和Cluster B均與長江河口潮間帶沉積物中的屬的序列[19]具有較高的同源性,可見,是北運河沉積物中主要的Anammox類群.

3 討論

3.1 脫氮微生物群落特征的季節(jié)變化

對北運河夏季、秋季和冬季沉積物中脫氮微生物群落特征的研究表明,反硝化細(xì)菌的群落豐度明顯高于Anammox.反硝化細(xì)菌一直是環(huán)境中主要的脫氮類群,而且群落豐度與脫氮微生物的活性具有正相關(guān)性[2,9],由此看來,具有顯著豐度優(yōu)勢的反硝化細(xì)菌也是北運河沉積物中的主導(dǎo)脫氮微生物.長江河口濕地[19]和美國New River河口,其沉積物中主要的脫氮貢獻(xiàn)者也均為反硝化細(xì)菌.此外,微生物群落豐度存在顯著的季節(jié)變化,夏季到冬季反硝化細(xì)菌的豐度逐漸增加,Anammox的豐度卻顯著降低.已有研究也有類似的結(jié)果,遼河口沉積物中反硝化細(xì)菌的數(shù)量春季最多,秋季次之,夏季最少,且馬恩河(法國)秋、冬季沉積物的反硝化活性高于春、夏季的活性[8],均表明干冷季節(jié)河流沉積物反硝化細(xì)菌群落豐度和相應(yīng)的功能更具優(yōu)勢.萊州灣,冬季反硝化細(xì)菌的群落豐度更高,夏季的Anammox群落豐度高于冬季[5],太湖流域河流沉積物夏季和初秋的Anammox脫氮活性也高于冬季的活性[20],可見,與反硝化細(xì)菌相反, Anammox在暖濕季節(jié)的群落特征和功能活性更具優(yōu)勢.

群落多樣性的結(jié)果表明,北運河沉積物中反硝化細(xì)菌的群落多樣性顯著高于Anammox,進(jìn)一步驗證反硝化細(xì)菌在脫氮作用中的群落優(yōu)勢.此外,脫氮微生物的群落結(jié)構(gòu),尤其是Anammox,具有顯著的季節(jié)分異.已有研究認(rèn)為,沉積物微生物群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)分異,與河流季節(jié)性的溫度和降水變化有關(guān),如濕季(夏季)和干季(秋季)微生物的優(yōu)勢種類組成明顯不同[21].

3.2 反硝化細(xì)菌和Anammox的物種進(jìn)化特征

環(huán)境中的反硝化細(xì)菌主要包括、、和等類群[22],系統(tǒng)發(fā)育分析的結(jié)果表明,北運河沉積物大部分反硝化細(xì)菌的克隆序列(Cluster B)都與同源.孔強(qiáng)等[23]曾在天津段北運河中分離培養(yǎng)了一株好氧反硝化細(xì)菌,鑒定其為sp.,而且該類群具有良好的TN和NO3?降解效率.可見,sp.類群是北運河沉積物中的主要反硝化細(xì)菌.此外,Cluster B中部分序列還與索氏菌屬()相關(guān)類群的相似性很高.是廣泛存在于各種類型廢水處理裝置中的功能類群[24],也含有基因片段,具有亞硝酸鹽還原功能,與的基因具有很高的相似性[18]. Cluster A主要與的反硝化細(xì)菌同源.是一類耐鹽性很強(qiáng)的中度嗜鹽菌,屬于極端微生物,主要分布于高鹽含量、污染的或堿性的環(huán)境中[25],Berendes等[26]就從城市的污水處理廠中分離出一株參與反硝化作用的sp.,研究表明類群的反硝化細(xì)菌也具有顯著的脫氮作用[17].在氮污染嚴(yán)重的北運河沉積物中,、和相關(guān)類群的反硝化細(xì)菌分布廣泛,對北運河過量氮素的去除具有重要作用.

浮霉菌門的Anammox主要包括Candidatus Brocadia、Kuenenia、Scalindua和Jettenia屬,北運河沉積物中Anammox的主要發(fā)育類群從屬于Candidatus Brocadia.研究表明, Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia是高氮含量的泥炭土壤中主要的Anammox[27],而且Candidatus Brocadia也是污泥反應(yīng)器中的主要類群,能夠耐受高濃度的NO2?,脫氮效果顯著[28].由此看來, Candidatus Brocadia作為北運河沉積物中主要的Anammox類群,顯著的耐污、脫氮特征也反映出其對北運河污染環(huán)境的適應(yīng)和一定的脫氮貢獻(xiàn),當(dāng)然,Anammox的脫氮貢獻(xiàn)大小及其與反硝化細(xì)菌的共同作用,還需要進(jìn)一步對脫氮活性進(jìn)行定量研究.

3.3 主要環(huán)境因子的影響作用

微生物的群落特征是與環(huán)境變化相互作用的結(jié)果.因子分析表明反硝化細(xì)菌的群落豐度與NO?、NH4+和TN的含量具有顯著正相關(guān)關(guān)系,其物種的時空分布也與NO?相關(guān).北運河水體流速緩慢,為沉積物反硝化細(xì)菌營造了較好缺氧環(huán)境,所以,氮素的可利用性是決定脫氮微生物群落結(jié)構(gòu)和功能作用的重要因子.等[29]在太湖流域的研究發(fā)現(xiàn),沉積物反硝化速率隨NH4+含量的增加而升高,而且當(dāng)高含氮污水排入河流時,氮素的去除效率;長江河口沉積物的反硝化細(xì)菌數(shù)量和反硝化速率也與NH4+濃度呈顯著正相關(guān)關(guān)系[9].相關(guān)研究還表明,徑流NO濃度升高,水庫內(nèi)沉積物的反硝化活性隨之升高[30],可見,氮相關(guān)營養(yǎng)鹽水平對反硝化細(xì)菌的群落分布和功能活性具有重要的影響作用[31-32].

研究表明,Anammox在NH和NO?共存的環(huán)境條件下分布更為廣泛,氮的可利用性對Anammox的生長也很重要[33].但是,萊州灣河口沉積物的Anammox群落豐度與NO3?含量呈負(fù)相關(guān)[5],東江沉積物中的研究也發(fā)現(xiàn)的豐度與NO2?顯著負(fù)相關(guān)[34],這可能與過高的氮----含量對沉積物Anammox群落生長具有抑制作用有關(guān)[35].從本文的研究結(jié)果看來,NO?與NH4+的含量從夏季到冬季逐漸升高, Anammox群落豐度也逐漸降低,雖然兩者之間并沒有顯著的相關(guān)性,群落豐度的具體響應(yīng)值得深入探討.因子分析結(jié)果還表明,沉積物C/N的值與Anammox的群落豐度顯著正相關(guān),已有研究表明在污水處理系統(tǒng)中,Anammox在高氨氮低C/N(2左右)的條件下才具有較高脫氮效率[36],可見,北運河沉積物C/N含量與Anammox的群落功能可能也存在積極的響應(yīng)關(guān)系,有待進(jìn)一步論證.

此外,有機(jī)質(zhì)含量對脫氮微生物群落特征也有一定的影響作用,錢塘江沉積物中有機(jī)碳是決定沉積物Anammox分布和群落多樣性(負(fù)相關(guān))的主要因子[37],東湖沉積物有機(jī)質(zhì)的含量與基因拷貝數(shù)正相關(guān)[38],本文表明夏、秋季的TOC與微生物群落豐度具有顯著的響應(yīng)關(guān)系.季節(jié)性的溫度變化對反硝化細(xì)菌和Anammox群落豐度和物種時空分布的影響作用最為顯著,綜合河流水文化學(xué)的季節(jié)性變化,脫氮微生物與環(huán)境因子的響應(yīng)更為復(fù)雜,所以,要闡明其與脫氮微生物相互作用的具體機(jī)制,還需要更深入的全面的探究.

4 結(jié)論

從夏季到冬季,北運河沉積物中主要氮含量和TOC逐漸增加,受閘壩上游水體的攔截作用和閘壩下游水體流速激增的擾動影響,4號樣點沉積物中的TOC和TN含量相對較低.反硝化細(xì)菌的群落豐度從夏季到冬季逐漸增加,Anammox豐度卻顯著降低;兩種微生物的群落結(jié)構(gòu)具有顯著的季節(jié)差異.反硝化細(xì)菌的群落多樣性顯著高于Anammox的多樣性.綜合看來,反硝化細(xì)菌是北運河沉積物中主要的脫氮微生物.

4.2 季節(jié)變化是影響反硝化細(xì)菌和Anammox群落豐度和物種組成的關(guān)鍵因子,和C/N分別與反硝化細(xì)菌和Anammox的群落豐度顯著正相關(guān),反硝化細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)主要受到硝氮和pH值的影響,pH值也是決定Anammox群落物種時空分布的主要因子.

4.3 系統(tǒng)發(fā)育分析表明,水體氮污染嚴(yán)重的北運河中,沉積物的脫氮微生物類群都具有良好的耐污性和較高的脫氮效率,反硝化細(xì)菌主要與沉積物和活性污泥等環(huán)境中的類群同源,從屬于和;Anammox與土壤、沉積物、活性污泥和地下水等來源的類群相關(guān),主要為浮霉菌門的.

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* 責(zé)任作者, 教授, wangxy@cnu.edu.cn

Diversity, abundance and distribution of-type denitrifiers and Anammox bacteria in sediments of Beiyun River

BAO Lin-lin1,2,3, WANG Xiao-yan1,4*, CHEN Yong-juan1, ZHANG Ling-rong1

(1.College of Resources, Environment and Tourism, Capital Normal University, Beijing 100048, China；2.State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China；3.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China；4.Research Center of Aquatic Environment in the Capital Region, Capital Normal University, Beijing 100048, China)., 2016,36(5)：1520~1529

Denitrification and anaerobic ammonia oxidation are two main processes for nitrogen removal in nitrogen cycle. The seasonal variation of community diversity and abundance, phylogenetic composition of-type denitrifiers and Anammox (anaerobic ammonia oxidation) bacteria of sediments in Beiyun River were compared based on PCR (polymerase chain reaction), T-RFLP (terminal restriction fragment length polymorphism), clone and sequencing. The abundance of-type denitrifiers increased from summer to winter while the abundance of Anammox bacteria decreased significantly. What’s more, the abundance of-type denitrifiers was significantly higher than Anammox in fall and winter. Community composition of the two microbial groups varied seasonally and the community diversity of-type denitrifiers was much higher than Anammox bacteria. Concentrations of nitrogens and organic carbon in the sediments increased significantly from summer to winter. Environmental temperature was significantly correlated with the seasonal changes of abundance and community distribution of the two microbial groups in sediments. Correlation analysis revealed that total nitrogen had a great effect on the abundance of-type denitrifiers, while C/N was significantly correlated with abundance of Anammox bacteria. NO?and pH were also the main environmental factors determining the community distribution of-type denitrifiers and Anammox bacteria in sediments.. Phylogenetic diversity of-type denitrifiers was much higher than that of Anammox bacteria.-type denitrifiers were grouped into generaand, while Anammox was mainly bacteria belonged to.

Beiyun River sediment；-type denitrifiers；Anammox；environmental factors；phylogeny

X172

A

1000-6923(2016)05-1520-10

鮑林林(1990-),女,四川綿陽人,博士研究生,主要從事生態(tài)環(huán)境治理和流域生態(tài)診斷研究.發(fā)表論文11篇.

2015-10-08

國家自然科學(xué)基金項目(41271495);國家重大水專項(2009ZX07209-001-02)