东海表层沉积物中氨氧化微生物群落的空间分布和季节性变化

Ammonia oxidation plays a significant role in the nitrogen cycle in marine sediments. Seasonal and spatial distribution of ammonia-oxidizing archaea(AOA) and betaproteobacteria(β-AOB) in surface sediments from the East China Sea(ECS) were investigated using ammonia monooxygenase α subunit(amo A) gene. In order to characterize the community of AOA and β-AOB, real-time quantitative polymerase chain reaction(q PCR) was carried out in this study, along with environmental parameters. The abundance of β-AOB amo A gene(2.17×106–4.54×107 copy numbers per gram wet weight sediment) was always greater than that of AOA amo A gene(2.18×105–9.89×106 copy numbers per gram wet weight sediment) in all sampling stations. The q PCR results were correlated with environmental parameters. AOA amo A gene copy numbers in April were positively related to temperature and nitrite concentration(p0.05). β-AOB amo A gene copy numbers in August correlated negatively with salinity(p0.01), and correlated positively with ammonium concentration(p0.05). With the increase of salinity, the amo A gene copy ratio of AOB to AOA had a tendency to decrease, which suggested β-AOB dominated in the area of high level ammonium and AOA preferred high salinity area.     

湛江湾沉积物中反硝化和厌氧氨氧化细菌的丰度、多样性及分布特征

采用实时荧光定量PCR、高通量测序等方法对湛江湾沉积物中四个月份的反硝化细菌与厌氧氨氧化细菌的多样性和丰度进行了分析。结果表明:湛江湾沉积物中反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌丰度在四个月份的变化和空间分布趋势为:nirS型反硝化细菌在二月份最高,四月份最低,且其平均丰度有从湛江湾湾内向湾口附近呈现先升高再降低的趋势;nirK型反硝化细菌丰度在九月份最高,十一月份最低;nosZ型反硝化细菌在四月份最高,其余月份变化不大;厌氧氨氧化细菌丰度在九月份最高,二月份最低。通过相关性分析结果表明,亚硝酸盐、铵盐等共同调控着湛江湾沉积物中反硝化和厌氧氨氧化细菌丰度变化。系统发育分析表明:湛江湾中存在着一些广泛分布的反硝化细菌,但也生活着一些新奇的nirK型和nosZ型反硝化细菌。对于厌氧氨氧化细菌而言,其主要属于浮霉菌门及Candidatus Scalindua属,具有较高的耐盐性,另外湛江湾海区的厌氧氨氧化细菌也生活着一类在其他地方没有的新分支。典范对应分析分析结果表明:硝酸盐显著影响湛江湾反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌的群落结构。湛江湾沉积物中反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌存在特殊的竞争与共存的关系,且由亚硝...     

海水反硝化和厌氧氨氧化速率同步测定的15N示踪法及其应用

反硝化与厌氧氨氧化作用是海洋结合态氮迁出的主要途径,15N示踪法是定量反硝化和厌氧氨氧化作用的新方法,它具有灵敏度高、可同步测量反硝化与厌氧氨氧化速率的优点.本研究开展了一系列方法学实验,以确定高纯氦气驱赶水样所含气体的时间、超声赶气时间、同位素比值质谱仪测量N2含量的精度、N2含量及其同位素组成测定的工作曲线以及示踪剂的最佳添加量等,从而确立起15N示踪同步测定海水反硝化和厌氧氨氧化速率的方法.所建立方法测量N2含量的相对标准偏差小于8%,可满足海洋反硝化与厌氧氨氧化速率测定的需要.应用该方法实测了厦门筼筜湖富氧与缺氧水体的反硝化与厌氧氨氧化速率,结果表明,缺氧底层水的反硝化速率[4.10～5.47μmol/（dm3·d）]比富氧表层水[0.43～0.46μmol/（dm3·d）]明显来得高,但缺氧底层水的厌氧氨氧化速率[0.00～0.12μmol/（dm3·d）]则比富氧表层水的速率[0.52～0.67μmol/（dm3·d）]低得多.     

海洋沉积物中硝化和反硝化过程研究进展

硝化和反硝化过程是氮循环的中心环节。水生态环境中氮的转化受诸多因素的制约,了解这些控制要素的作用机理,对预防和消除水体富营养化或缓解初级生产的氮限制有重要意义。综述了硝化和反硝化的研究现状,着重介绍了硝化-反硝化影响因素及测量方法的研究进展,并预测了进一步研究重点。     

海洋沉积物氨氧化菌群落结构的测序分析

本文以氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)特征基因氨单加氧酶(ammonia monooxygenase,AMO)α亚基基因(amoA)为目标基因(～491bp),分别采用克隆文库、454高通量测序和illumina测序技术对其群落结构进行了比较研究。结果表明, 454高通量测序和illumina测序技术得到的菌群多样性及丰富度均高于克隆文库技术。在菌群组成方面,虽然3种测序技术检测到的优势类群均为亚硝化螺菌,但在菌群丰度方面存在差异。3种测序技术中,克隆文库技术在很大程度上可能高估物种丰度,且对部分低丰度类群的检测能力有限;illumina单端测序由于其测序片段较短,可能存在物种注释错误、不能准确区分各物种间序列差异等问题;比较而言, 454高通量测序技术能较为全面和准确地反映海洋沉积物中AOB的菌群结构特征。     

龙门口水库滨岸带硝化作用研究

以龙门口水库滨岸带湿地为研究对象,以农业径流中氮元素为主要的农业面源污染物,2012年7~9月通过设置植被类型和氮浓度不同的3个采样区进行对比试验,对滨岸带土壤中氮含量、硝化细菌数量及其硝化速率进行了研究。结果表明,表层土壤硝化速率和硝化细菌数量水平分布特征为有农田径流且有水草区有农田径流且无水草区无农田径流且无水草区,且均随着土壤深度的增加明显降低。从月份变化来看氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)的数量分布表现为7月8月9月,与氨氮含量变化趋势基本一致,硝化速率也呈现出夏季大于秋季的特点。对滨岸带土壤硝化作用有显著影响的因子为AOB的数量、氨氮、总氮、总磷含量、含水率和温度,从而进一步证实了氨氧化是硝化作用的限制性步骤。     

用于海洋沉积物中厌氧氨氧化细菌分子生态学研究的引物比较

为比较厌氧氨氧化细菌16SrRNA基因的2对特异性引物(Amx368F/Amx820R、Brod541F/Amx820R)在其分子生态学研究方面的优点与不足,本研究采用高通量测序和qPCR技术对长江口及其邻近海域沉积物中厌氧氨氧化细菌细菌的群落组成、多样性和丰度进行比较分析,结果表明,引物Amx368F/Amx820R特异性较高,能够较为完整地反映沉积物中厌氧氨氧化细菌的多样性信息,且其覆盖的厌氧氨氧化细菌丰度与功能基因hzo丰度正相关(P<0.01);而引物Brod541F/Amx820R特异性较低,覆盖部分厌氧氨氧化细菌及其他多个门的细菌,其量化的厌氧氨氧化细菌与功能基因hzo丰度无明显相关关系(P>0.05)。因此,引物Amx368F/Amx820R能够更加真实地反映厌氧氨氧化细菌在海洋沉积物中的群落特征,在其分子生态学研究中更具优势。     

渤海中部和黄海北部表层沉积物重金属含量及生态风险评价

于2015年9月,在渤海中部和黄海北部海域调查并采集表层沉积物样品,对样品的粒度、重金属(Cu、Pb、Zn、Cd、Cr)含量及有机碳含量进行了测定,探讨表层沉积物重金属含量、生态风险及其空间分布特征,分析影响生态风险空间分布的因素。结果表明:受河流输入及海洋沉积环境的影响,沉积物重金属含量较高的区域为河口区、渤海湾口以及北黄海中西部,调查区表层沉积物重金属Cu、Pb、Zn和Cr单因子潜在生态风险程度为低污染水平,Cd达到中等污染水平;表层沉积物重金属综合潜在生态风险均为中等水平。     

厌氧氨氧化细菌物种组成对环境因子响应的研究进展

分析海洋水体及沉积物中厌氧氨氧化细菌所处的环境条件,比较海洋与淡水环境中其物种组成的差异,总结了其物种组成、丰度及厌氧氨氧化活性对环境因子的响应规律。认为厌氧氨氧化细菌物种组成受多种环境因子的影响。其中,盐度为影响其物种组成的最显著因素,如Candidatus Brocadia,Candidatus Kuenenia及Candidatus Scalindua分别适应淡水、寡盐和海水环境;同一地区,其物种组成在不同季节表现出明显差异,夏季的多样性高于冬季的;根据陆源厌氧氨氧化细菌多样性及海洋沉积物中浮霉菌门多样性随深度增加而减小的趋势,推断海洋沉积物中厌氧氨氧化细菌多样性与深度成反比。厌氧氨氧化细菌丰度、厌氧氨氧化活性与温度、NO-2及NO-3浓度之间成正相关;丰度与季节的关系,在不同地区的研究结果存在差异。未来厌氧氨氧化细菌研究工作重点应在其对氧浓度的耐受范围、海洋中厌氧氨氧化细菌多样性随深度的变化规律、导致其物种组成、丰度及厌氧氨氧化活性季节性差异的具体环境因子。     

黄海北部海域沉积物反硝化细菌数量及反硝化速率的季节变化

用乙炔抑制法和最大或然数（most probable number,MPN）法对黄海北部海域沉积物反硝化速率及反硝化细菌数量的季节变化进行了研究,结果表明,该海域反硝化速率在夏季最大,范围在3．2～7．5μmol／（m^2·h）之间,平均值为4．85μmol／（m^2·h）;而在春、秋季其范围分别为0．26～2．65μmol／（m^2·h）和1．21～4．12μmol／（m^2·h）。该研究海域3个季节反硝化细菌数量差别较大,春、夏、秋季分别在1．78×10^4～8．12×10^4,1．18×10^6～6．18×10^6和0．72×10^5～4．50×10^5个／g之间。春、秋两季反硝化速率和反硝化细菌数量之间呈显著性正相关,相关系数分别为0．759和0．750（P〈0．05）。本结果可为黄海北部海域氮循环机制研究提供重要参考。     

过硫酸氢钾复合物对对虾养殖底泥硝化作用、氨氧化微生物丰度和群落结构的影响

采用在模拟池塘中投放过硫酸氢钾复合物（KMPS）进行对比实验的方法,探究KMPS对养殖底质硝化作用的影响。通过对氨氮和亚硝态氮含量的检测,探究对不同时期氮素转化的影响,低频率高剂量投放组中的氨氮和亚硝态氮含量显著降低,而高频率低剂量组中氨氮和亚硝态氮的含量显著上升。高频率低剂量KMPS的投放使氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）丰度降低,而低频率高剂量KMPS的投放不会造成丰度降低,而且还表现出部分时期AOB丰度的上升。进一步对群落结构进行分析发现KMPS的投放使AOA群落中Nitrosopumilu属相对丰度降低,Nitrososphaera属的相对丰度上升,这种相对丰度的变化与KMPS的投放方式无关;但AOB群落受到KMPS投放方式的影响,低频率高剂量的KMPS投放下AOB群落优势属相对丰度显著提高。以上结果均说明低频率高剂量KMPS的投放起到了促进底质硝化作用的效果。同时,可为KMPS用于对虾养殖池塘底质改良开辟一个新的途径。     

黄、渤海沉积物中陆源脂类有机质的组成分布与转化特征

本文对黄、渤海表层沉积物中脂类化合物的组成进行了分析研究。结果表明,黄、渤海表层沉积物有机碳的含量为0.03%~1.02%,以黄河口含量最低,黄河口外和双台子河口外,以及北黄海和南黄海中部含量较高。有机质碳稳定同位素δ13C的分布为-21.55‰~-24.28‰,表征其陆海双重来源特征,并且海源特征由河口向海、由近岸向离岸逐渐增强。陆源脂类化合物以河口处略高,河道处略低,由河口向渤海中部和靠近渤海海峡方向迅速降低,表现出显著的河流输入特征;其形态组成由河道的游离态接近100%的绝对优势,迅速转变为渤海中部的以皂化结合态为主（大于50%）,仅在渤海中部和渤海海峡附近存在小于5%的矿物结合态,转化程度较低。北黄海中部和南黄海中部泥质区的有机碳和陆源脂类化合物显著富集,但其对总有机碳的相对贡献较小;其中皂化结合态超过50%,矿物结合态小于10%,说明其具有中等偏高的转化程度。     

渤海沉积物中产甲烷途径及产甲烷菌群落特征

全球甲烷排放主要来源于厌氧环境中产甲烷菌的代谢活动。采集渤海典型站位沉积物样品,测定了沉积物中甲烷和硫酸盐含量。通过提供不同类型产甲烷底物进行培养,分析了各样品中甲烷产量;通过高通量测序,分析了产甲烷菌群落特征。结果表明,渤海沉积物中产甲烷途径以甲基营养型为主,同时具有H2/CO2还原型途径。同一站点随着深度的增加,甲烷产生量逐渐减少,产甲烷速率相应降低。古菌群落以Crenarchaeota、Asgardaeota和Nanoarchaeota为主,产甲烷菌Ca. Methanofastidiosales占据优势地位。本研究为全面了解产甲烷菌在海洋生境中产甲烷过程提供了重要参考。     

渤海不同区域沉积物古菌的多样性分析

产甲烷古菌在滨海沉积物碳循环过程中起着重要作用。本研究以渤海不同区域沉积物为研究对象,通过T-RFLP以及室内富集培养方法,解析了渤海不同区域沉积物产甲烷菌群落结构差异,并评估其产甲烷潜力。结果表明,渤海不同区域沉积物细菌和产甲烷古菌群落结构组成存在差异,其主要优势产甲烷菌为Methanobacterium和Methanosarcina,主要优势细菌为Desulfovibrio和Thiobacillus。渤海不同区域沉积物在实验室培养条件下产甲烷量存在明显差异,表现为近岸区域沉积物产甲烷量较高。且渤海沉积物具有较高的产甲烷潜力(乙酸转换率达到46.46%),潜在甲烷排放量估计值可达1.74亿t/年。     

黄东海表层沉积物中磷的赋存形态和分布特征及其对生态系统的潜在影响

For better understanding the phosphorus(P) cycle and its impacts on one of the most important fishing grounds and pressures on the marine ecosystem in the Yellow Sea(YS) and East China Sea(ECS), it is essential to distinguish the contents of different P speciation in sediments and have the knowledge of its distribution and bioavailability. In this study, the modified SEDEX procedure was employed to quantify the different forms of P in sediments. The contents of phosphorus fractions in surface sediments were 0.20–0.89 μmol/g for exchangeable-P(Exch-P), 0.37–2.86 μmol/g for Fe-bound P(Fe-P), 0.61–3.07 μmol/g for authigenic Ca-P(ACa-P), 6.39–13.73μmol/g for detrital-P(DAP) and 0.54–10.06 μmol/g for organic P(OP). The distribution of Exch-P, Fe-P and OP seemed to be similar. The concentrations of Exch-P, Fe-P and OP were slightly higher in the Yellow Sea than that in the East China Sea, and low concentrations could be observed in the middle part of the ECS and southwest off Cheju Island. The distribution of ACa-P was different from those of Exch-P, Fe-P and OP. DAP was the major fraction of sedimentary P in the research region. The sum of Exch-P, Fe-P and OP may be thought to be potentially bioavailable P in the research region. The percentage of bioavailable P in TP ranged from 13% to 61%. Bioavailable P burial flux that appeared regional differences was affected by sedimentation rates, porosity and bioavailable P content, and the distribution of bioavailable P burial flux were almost the same as that of TP burial flux.     

PAH-biodegradation potential of indigenous microorganisms: evidence from the respiratory activity of surface sediments in the Quanzhou Bay in China

Seven stations were established in the Quanzhou Bay (24.73°-24.96°N, 118.50°-118.70°E) in China on three cruises to determine the concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and the numbers of PAH-degrading bacteria in surface sediments. Assessing the biodegradation poten- tial of indigenous microorganisms by measuring the respiratory intensity with the addition of PAHs in sediment samples was also one of the aims of this study. The results show that the total PAH concentrations of the sedimen...     

北黄海-渤海表层沉积物中浮游植物生物标志物的分布特征及指示意义

作为一种新的地球化学指标方法,多参数生物标志物法已被广泛应用于重建浮游植物生产力及群落结构。本文对北黄海-渤海表层沉积物中浮游植物生物标志物的分布进行了研究。通过对北黄海-渤海60个站位的调查研究发现,硅藻、甲藻和颗石藻这3种浮游植物的生物标志物含量高值区主要分布在泥质区,同TOC的分布模式类似。为了消除粒度和沉积速率对含量的影响,将这3种生物标志物含量分别与TOC做比值,结果发现相对含量高值区与高生产力区相对应。以这3种生物标志物的相对比例来分别指示浮游植物在北黄海-渤海的相对贡献变化,结果表明近岸区硅藻相对贡献高,这主要与硅藻在高浓度硅的情况下具有竞争优势有关;而由于对营养盐的竞争关系,甲藻相对贡献高值区处于远岸区。在北黄海中部发现高的颗石藻相对贡献,与黄海暖流入侵路径相对应。     

渤海中南部沉积物中生源要素的分布特征

从化学结合形式出发,对渤海中南部海区沉积物中OC、N、P、BSi等生源要素的含量进行调查分析,讨论了各生源要素的分布及其影响因素。结果表明:受陆源输入的影响,表层沉积物中各形态氮、磷及有机碳均呈现"近岸高,远岸低"的分布趋势,生物硅的含量分布则与海区浮游硅藻的分布趋势相一致;可交换态氮是总氮中较活跃的部分,占总氮的比例约为3.7%;固定态铵是总氮的主要组成部分,约占总氮的38.4%,其主要与有机质含量及黏土矿物组成有关;渤海表层沉积物中OC/BSi、ON/BSi以及OP/BSi的比值分别为2.38、0.19、0.03,低于Redfield比值,说明有机质优先于生物硅分解;OC/ON平均值在6.0~14.0之间,判断渤海沉积物中有机质受陆源输入和海洋自生共同影响;其中,有机碳主要以陆源输入为主,而有机氮在沉积物表层主要以陆源输入为主,在沉积物下层则主要来源于海洋自生。