青藏高原北部湖泊沉积物固碳微生物群落结构与固碳功能及其环境影响因素研究

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuehan3269
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湖泊环境作为内陆水生系统的重要组成部分,具有分布广泛、理化特征多样、碳循环速率快等特点,往往能够对区域乃至全球碳循环过程产生影响。微生物是湖泊生态系统中碳循环的主要驱动者,其介导的固碳过程也是湖泊碳循环关键步骤。因此探究湖泊微生物的固碳过程对全面认识湖泊碳循环来说十分必要。前人的研究表明,除了蓝细菌、真核藻类等光能自养微生物外,多种细菌、古菌能够在不依赖光能的条件下进行CO2固定,即暗固碳,且暗固碳过程对多种环境的无机碳固定总量有着不容忽视的贡献。因此深入了解湖泊暗固碳过程及其贡献具有重要的生态学意义。青藏高原拥有世界上海拔最高、数量最多、总面积最大的高原湖泊群,而在这些高原湖泊当中,暗固碳过程是否存在?其对微生物总固碳过程的贡献大小如何?微生物固碳过程如何响应环境因子的变化?这些问题尚无定论。为了回答以上问题,本文选取了青藏高原北部6个具有不同盐度等理化参数的高原湖泊作为研究对象,利用高通量测序、功能基因克隆文库及荧光定量PCR的手段对其近岸表层沉积物中的固碳微生物群落结构及丰度进行了描述;使用14C同位素示踪技术测定了近岸表层沉积物微生物总/暗固碳速率,并探究了固碳微生物群落结构及其固碳功能与环境因子的关系。研究结果表明:1.在青藏高原6个不同盐度的湖泊中,近岸表层沉积物环境的藻类固碳微生物群落组成具有明显差异。整体上以蓝细菌门的Synechococcales目和真核藻类的Ceramiales目为主。藻类固碳微生物的群落结构受到多种环境因子(如DIC、DOC、温度、盐度、浊度)的显著影响。2.在青藏高原6个不同盐度的湖泊中,近岸表层沉积物环境的非藻类(除蓝细菌外的原核微生物)固碳微生物群落中,都只检测到卡尔文循环固碳途径功能基因的存在。因此卡尔文循环可能是青藏高原北部湖泊沉积物中微生物最主要的固碳途径,且该途径可能存在于从淡水到盐度饱和的“全盐度环境”中。3.所有湖泊样品中,卡尔文循环功能基因cbbL和cbbM的群落组成均以变形菌门(Proteobacteria)中的α-、β-、γ-proteobacteria为主,包括大量硫氧化菌(SOB)和少量氨氧化细菌(AOB)。部分功能基因群落受到盐度、pH等环境因子的显著影响。4.微生物固碳功能基因在青藏高原湖泊近岸表层沉积物中广泛分布且丰度较高。整体而言呈现出cbbL(red)>cbbL(green)>cbbM的丰度分布规律。5.暗固碳过程在青藏高原北部湖泊沉积物环境中广泛存在,其速率为0.50-6.02μg C g-1 h-1。暗固碳过程对湖泊特别是高盐湖泊的微生物总固碳过程有着重要贡献(0.7-41.1%)。6.pH、盐度等多种环境因子对湖泊沉积物光、暗固碳速率及暗固碳贡献率有着显著的影响。以上发现揭示了青藏高原湖泊近岸表层沉积物环境中固碳微生物的群落结构及丰度特征,证明了暗固碳是青藏高原湖泊碳循环过程中不容忽视组成部分。此外,众多环境因子与固碳微生物群落及功能之间存在的显著性相关关系提示我们,湖泊的微生物固碳过程受到环境、气候的显著影响。这对科学、准确地评估湖泊生态系统的碳通量及其在区域乃至全球碳循环中的作用具有一定的指示意义。
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