水-沉积物界面微生物与磷的作用机制研究

磷是水体富营养化的限制性因素，而沉积物是水体系统的内源磷库，微生物作为自然界物质循环的主要推动力，水-沉积物界面的微生物作用是剖析水体富营养化生物作用机制的关键，但目前水-沉积物界面上微生物与磷的作用关系仍未明确，研究薄弱，成为该领域研究发展的瓶颈。本项目拟在原有研究基础上，针对偶联微生物生长与磷形态迁移转化的各主要理化因素，通过系列模拟研究，鉴定不同理化条件下水-沉积物界面的细菌群落结构、种属演替规律、关键酶等生物学特征，以及磷的物质形态迁移转化规律，明确细菌群落与磷的具体关联性，并结合野外生态验证，以期探索水-沉积物界面微生物-理化-磷的作用机制，为揭示水体富营养化的机理和水体的深层治理提供依据。

针对水-沉积物界面微生物作用是揭示水体富营养化生物作用机制的关键和瓶颈，本项目以我国典型的富营养化湖泊—太湖为对象，对不同营养化区域、不同季节，分析了水-沉积物界面上覆水和间隙水的磷（P）、pH及碱性磷酸酶（ALP）的时空分布特征及相关性；结合DGGE和16S rRNA基因克隆文库的分子生态学方法、以及传统的分离培养方法，研究了原生态的微生物种群时空演替；进而在实验室条件下，模拟研究不同pH、温度、盐度、以及解磷菌、聚磷菌、整体微生物群落对水-沉积物界面磷物质循环的影响。结果表明，太湖原生态水-沉积物界面P、pH和ALP具有明显的季节和空间异质性，采样点和季节对参数影响最显著，上覆水P与ALP和pH显著相关；界面沉积物中以变形杆菌为主，且在不同位点、不同季节存在明显的演替规律，如Polaribacter sp.等菌属更多出现在高营养区域，季节性减少。模拟研究结果表明，碱性pH、高温、高盐度可以加速沉积物P向上覆水的释放，解、聚磷细菌等微生物活动加速沉积物P的释放，贫营养时提高上覆水P含量，而在营养丰富时通过生长利用而降低上覆水P含量，并引起pH的不同改变。微生物、P、pH作用规律，与原生态具有一定一致性。研究中发现和鉴定细菌新种属2株，分别为Geodermatophilus taihuensis sp. nov.（CGMCC 1.12303）和Sediminicoccus rosea gen nov. sp. nov. （CGMCC 1.12302），分离高效聚磷细菌WK-3和解磷细菌21-III，完成了菌种鉴定和发酵条件优化。研究结果为进一步揭示水-沉积物界面磷循环和水体富营养化的生物作用机制奠定了基础。