城市湿地微生物群落结构与功能研究

Wetland microbes play an important role in the material transformation and energy flow in the wetland ecosystem．Choosing the WuYuanWan urban wetland park in Xiamen, Fujian for field study, this proposal focuses on the microbial community and function in urban wetland. The project aims 1) to describe the microbial community structure in the wetland using 16S rDNA based pyrosequencing, 2) to investigate the shift in microbial community structure and functioal genes in a construted wetland of WuYuanWan urban wetland park using RNA extraction, mRNA enrichment, cDNA synthesis and metatranscriptome sequencing. Based on these studies, we would reveal the key microbes and functional genes related to the cycling of biogenic elements, especialy the nitrogen cycling, and obtain comprehensive understanding of genetic composition and functional activity of microbial community in urban wetland.

湿地微生物在湿地生态系统的物质转化和能量流动中起着重要作用。本申请将以福建省厦门市五缘湾城市湿地公园为研究区域，应用高通量测序技术，深入研究湿地微生物多样性和群落结构；随后以公园中的人工湿地为研究重点，采取环境转录组学思路，在转录水平研究污水流经前后湿地微生物群落结构和功能基因的动态变化，同时结合常规环境检测数据，探明湿地中与生源要素循环尤其是氮素循环相关的关键微生物类群及关键基因；在群落水平上揭示湿地中微生物群落结构与功能在维护城市湿地生态功能中的作用和机制，从而更深入地阐释湿地微生物群落的生态动力学过程，为城市湿地的可持续开发利用及修复技术提供的理论参考和科学依据。

湿地微生物在湿地生态系统中物质转化和能量流动起着重要作用，然而对湿地微生物活性微生物群落结构和与生源要素循环相关的功能基因的表达还不明。本研究以福建省厦门市五缘湾城市湿地公园为研究区域，首先采用16S rRNA基因高通量测序技术，深入研究不同功能区湿地微生物多样性和群落结构，结果表明不同类型样品细菌群落结构有显著差异，在水样中，变形菌门、拟杆菌门和放线菌门为优势菌群，而沉积物中变形菌门、拟杆菌门和绿弯菌门占主要部分，细菌群落多样性土壤>沉积物>水样，冗余分析（RDA）表明，湿地微生物群落结构pH、总氮、总有机碳、铵盐和硝酸盐显著影响；..随后以公园中的人工湿地为研究重点，采集了进水、湿地和出水的水样及沉积物样品，提取了样品DNA和RNA，16S rRNA基因高通量测序分析表明沉积物中微生物多样性显著高于水体样品，总微生物群落结构与活性微生物群落皆有也有显著差异，放线菌门细菌是总微生物的重要组成，但在活性微生物中相对丰度较低。主成分分析（PCA）表明样品类型是影响微生物群落组成的主要因素，入口水体样品中微生物群落组成与湿地系统中间和出口水样存在显著性差异。功能基因定量分析表明表明无论是DNA水平还是RNA水平，沉积物中反硝化微生物功能基因（nirS、nirK和nosZ）显著高于水体。..对人工湿地样品进行转录组测序和分析发现不同类型样品的转录组具有显著差异，表明这些样品中微生物功能基因表达具有显著差异。Mantel test和普氏分析表明活性微生物群落和转录组数据显著相关（P<0.01），表明活性微生物在湿地生态系统中起着关键作用。转录子NOG数据库注释结果表明这些转录子的功能主要是跟能量产生、物质转运和转化等相关的功能基因。进一步对氮转化功能基因分析发现人工湿地系统沉积物氮转化功能基因高度富集，显著高于水样，进水和湿地水样基因丰度也显著高于出水样品。..活性微生物群落结构与功能基因显著相关暗示着这些活性微生物在人工湿地系统中起着重要作用。湿地沉积物和水样中氮转化功能基因的高度富集表明沉积物微生物是人工湿地系统中氮转化的主要驱动力，这些微生物加速了氮在湿地系统中的转化，并最终加强了湿地系统的脱氮功能。.