红树林湿地厌氧氨氧化的微生态机制研究

In this project, anaerobic ammonia oxidation (Anammox) coupling microbiology mechanism will be investigated in the mangrove wetlands, by in-situ sampling study and microcosm experiment. Therefore, the Anammox rate and contribution under different environmental conditions (pH, substrate concentration, oxidation reduction potential, sulfide, dry-wet alternation etc) will be measured. The abundance and distribution of functional genes (Anammox) will be quantified by real-time fluorescent quantitative PCR through the selected molecular markers. To evaluate the key members of Anammox bacteria, clone sequencing will be conducted using the DNA extracted from in-situ and microcosm experiment and then the clone libraries will be constructed to compare the community structure characteristics. In addition microcosm experiment will be stimulated to explore the pattern of Anammox affected by environmental factors. Since the knowledge gap of Anammox in mangrove wetlands, this project will draw a picture of Anammox process in the selected sites. In conclusion, our research will provide a direct evidence for the occurrence of Anammox process, contribution in mangrove wetlands, experimental basis and data support for wetland nitrogen cycle.

本项目以红树林湿地为研究对象，针对红树林特有的生境特征，采用野外采样和人工模拟相结合的方法，围绕红树林区厌氧氨氧化的微生态机制开展研究。主要研究内容包括：原位监测和分析红树林湿地不同环境条件下（pH、底物浓度、氧化还原电位、硫化物、干湿交替等）厌氧氨氧化的速率及N2排放贡献特征，选择厌氧氨氧化的功能基因作为分子标记，运用荧光定量PCR技术测定厌氧氨氧化微生物的功能基因拷贝数；构建克隆文库揭示厌氧氨氧化微生物的群落结构特征，探讨红树林湿地系统中参与厌氧氨氧化过程的关键微生物成员，阐明厌氧氨氧化的微生态机制。在此基础上进一步通过人工微宇宙模拟实验，探讨厌氧氨氧化的变化规律和主要影响因子。目前关于红树林湿地生态系统中的厌氧氨氧化及其微生态机制研究较少，本研究可以填补红树林湿地厌氧氨氧化研究上的不足，为不同自然环境条件下厌氧氨氧化作用机理研究提供理论依据和数据支持。

随着社会经济的发展和城市化进程的加快，大量工农业以及生活污水的近岸排放等高强度人类活动使得河口湿地的自然生态环境以及近岸水体遭到了不同程度的污染。厌氧氨氧化 (Anaerobic Ammonium Oxidation, 简称 Anammox) 是指在厌氧的环境中发生，以NH4+为电子供体，NO3－为电子受体的氧化还原反应。对于红树林湿地厌氧氨氧化的研究较少展开，但红树林作为具有特殊生境的一类生态系统，对于营养元素的净化及分解具有重要意义。因此，本研究以云霄红树林沉积物为研究对象，探究微生物介导的厌氧氨氧化过程及影响因素。研究结果表明：在所有的沉积物样品中均检测到Anammox活性，表明Anammox在红树林湿地中广泛发生；光滩的活性高于林下湿地，表明红树植物的存在限制了Anammox过程的发生，因此限制了Anammox对N2产生的贡献率；克隆文库的构建显示红树林湿地中的Anammox细菌由多个种组成，其中Candidatus Scalindua和 Candidatus Kuenenia是主要优势种；hzsB功能基因的拷贝数结果进一步表征了Anammox功能细菌的表达和作用，hzsB功能基因在红树林湿地中与Anammox活性具有显著的正相关关系，表明红树林湿地中Anammox过程是由微生物介导发生的。宇宙微系统的试验结果进一步表明，不同树种的Anammox微生物群落结构不同，根系分泌物中的低分子量有机酸的组成对Anammox活性有显著影响。作为氮循环过程的重要一环，Anammox活性的表达对于红树林生态系统稳定的维持具有重要意义。