Shifts in the community structure and activity of anaerobic ammonium oxidation bacteria along an estuarine salinity gradient

沿河口鹽度梯度的厭氧氨氧化細菌群落結構和活性的變化

來源：Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, Volume 121，2016，1632–1645

《地球物理研究雜志：生物地球科學》，第121卷，2016年，第1632–1645頁

 

摘要：

摘要部分闡述了厭氧氨氧化（anammox）是河口和海岸環境中氮去除的主要微生物途徑，但沿河口鹽度梯度的anammox細菌動態和活性關聯理解不足。本研究使用16S rRNA基因克隆庫、定量PCR和同位素示蹤技術，調查了長江河口及海岸帶鹽度梯度（0.1-33.8）沉積物中anammox細菌的多樣性、豐度、活性及其對總N2生產的貢獻。系統發育分析顯示anammox細菌群落結構沿鹽度梯度發生顯著變化（P<0.01），優勢屬從淡水區的Brocadia轉變為開闊海洋的Scalindua。anammox細菌豐度與鹽度顯著正相關（P<0.05），而anammox對氮去除的貢獻與鹽度顯著負相關（P<0.01）。沉積物有機質也被認為是控制anammox相對作用的重要因素。總體而言，數據證明了anammox細菌多樣性、豐度和活性沿河口鹽度梯度的生物地理分布，并表明鹽度是河口和海岸生態系統中anammox過程的主要環境控制因子。

 

研究目的：

研究目的是調查沿河口鹽度梯度的厭氧氨氧化細菌的群落動態、活性和貢獻，以增進對微生物氮轉化過程的理解，并為河口和海岸生態系統的氮管理策略提供依據。具體而言，旨在揭示鹽度如何影響anammox細菌的多樣性、豐度和活性，以及anammox過程在氮去除中的相對重要性。

 

研究思路：

研究思路包括在長江河口及海岸帶沿鹽度梯度（0.1-33.8）設置12個采樣點，在干季（3月）和洪季（7月）進行野外調查。使用分子方法（如16S rRNA基因克隆庫和定量PCR）分析anammox細菌的多樣性和豐度，并通過沉積物漿液實驗結合氮同位素示蹤技術測量anammox活性和反硝化速率。同時，測定環境參數（如鹽度、沉積物顆粒大小、營養鹽濃度等），并利用統計方法（如CCA、PCoA）分析環境因素與anammox細菌群落的關系。

 

測量的數據及研究意義：

1. anammox細菌多樣性數據：來自16S rRNA基因克隆庫，數據體現在表1，以及圖2的系統發育樹。研究意義是揭示anammox細菌群落結構沿鹽度梯度的變化，幫助理解鹽度對微生物分布的生物地理影響。圖2顯示了群落組成的系統發育關系。

 

 

2. anammox細菌豐度數據：來自定量PCR測量，數據體現在圖6。研究意義是量化anammox細菌的豐度與鹽度的正相關關系，表明鹽度通過影響底物可用性促進anammox細菌增殖。

 

3. anammox活性和貢獻數據：來自同位素示蹤技術，數據體現在圖7。研究意義是評估anammox過程對總氮去除的貢獻，顯示其與鹽度的負相關，并強調有機質在調控氮去除途徑中的作用。

 

4. 反硝化速率數據：來自同位素示蹤，數據體現在圖8。研究意義是比較anammox與反硝化的關系，顯示兩者活性正相關，支持anammox和反硝化可能耦合的假設。

 

5. 環境參數數據：如鹽度、沉積物有機質、硫化物濃度等。研究意義是識別影響anammox過程的關鍵環境因子，如鹽度、有機質和硫化物。

 

結論：

研究結論是沿河口鹽度梯度，anammox細菌群落結構、豐度和活性呈現顯著生物地理分布。鹽度是主要環境控制因子，與anammox細菌豐度正相關，但與anammox對氮去除的貢獻負相關。沉積物有機質也重要調控anammox的相對作用。anammox過程在河口和海岸生態系統的氮去除中扮演關鍵角色。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：

使用丹麥Unisense H2S-100微電極測量沉積物硫化物濃度，數據體現在環境參數分析中。研究意義在于評估硫化物對anammox過程的潛在影響，因為硫化物可能抑制anammox細菌活性。在本研究中，硫化物濃度與anammox細菌豐度和活性顯示正相關，但通過偏相關分析控制Fe(II)的影響后，關系不顯著，表明硫化物可能通過與Fe(II)結合形成FeS而降低其生物有效性，從而間接影響anammox過程。這有助于理解河口沉積物中硫循環與氮去除過程的相互作用。