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氮素是影响湖泊富营养化的关键元素之一,氮素的生物地球化学循环在湖泊营养盐循环中占有重要地位。硝化作用(NH3→NO2-→NO3-)是氮循环过程的关键步骤,而氨氧化过程(NH3→NO2-)是硝化作用的限速步骤。微生物是氮循环的驱动者,氨氧化菌的群落结构、丰度和活性将直接或间接地影响生态系统中的氨氧化过程。氨氧化菌是全球氨氧化过程的主要驱动者,包括氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和氨氧化古菌(ammonia-oxidizingarchaea,AOA)。氨氧化菌在全球具有很广的生态位,目前,近年来对氨氧化菌(AOA和AOB)分子生态学的研究还主要集中于土壤和海洋环境,对湖泊生态系统中的研究较少。在太湖生态系统中,河蚬和水丝蚓的生物扰动行为通过影响氨氧化菌的群落组成和活性,最终会影响氨氧化过程。为了了解这两种底栖生物的扰动行为对表层沉积物中氨氧化菌群落结构和丰度的影响,并进一步揭示其对氨氧化过程的影响,通过构建室内模拟试验研究不同密度及不同温度条件下河蚬、水丝蚓生物扰动的微宇宙体系,应用克隆文库、实时荧光定量PCR(real-time qPCR)等分子生物学方法,研究底栖生物扰动条件下沉积物中氨氧化菌群落结构、丰度的变化规律等。研究得出的主要结论如下:1.密度微宇宙实验(1)底栖动物的添加促进了 N元素向上覆水的释放,一定程度地促进硝化过程。水丝蚓的促硝化能力更强。河蚬、水丝蚓三个密度处理组的硝化强度关系为:低密度最强,中密度次之,高密度最弱,这说明适量的生物扰动为氨氧化菌提供了合适的生态位。(2)定量PCR结果显示,所有表层沉积物中AOB amoA基因丰度远低于AOA。河蚬体系中,AOBamoA基因丰度与密度呈负相关,高密度处中AOAamoA基因丰度最低。水丝蚓处理组中,AOA aoA基因丰度在各个处理组中变化不明显,中密度处理组中AOBamoA基因丰度最高,高密度处理组中最低。(3)底栖动物的扰动行为明显地降低了沉积物中氨氧化菌的多样性,氨氧化菌群落结构更单一。AOA和AOB序列的多样性都低于对照组。AOA包含三个属,即 Nitrosotalea、Nitrosopumilus、Nitrososphaera。AOB 均属于 β-Proteobacteria变形菌纲的亚硝化单胞菌群(Nitrosomonas)和亚硝化螺菌群(Nitrsospira),前者是优势菌群。河蚬体系中,AOA序列多样性的关系表现为:低密度多样性最高,高密度次之,中密度最低。水丝蚓体系中,AOA序列多样性无明显区别,AOB序列多样性的关系表现为:高、中密度多样性一样,均高于低密度。2.温度微宇宙实验(1)河蚬在15℃、22℃、28℃条件下对硝化过程促进作用不明显,水丝蚓一定程度地促进了硝化过程。温度因子明显地影响了河蚬、水丝蚓的扰动行为及沉积物中氮素的释放能力。(2)河蚬、水丝蚓处理组中AOB aoA基因丰度值在22℃培养的表层沉积物中明显高于其余2个处理组。河蚬处理组中,AOA和AOBamoA基因丰度走势一致,均在22℃最高,28℃最低。水丝蚓处理组中,AOA amoA基因丰度在各个处理组中变化不明显,AOB amoA基因丰度在22℃最高。(3)不同处理组中,AOA的群落结构变化明显。AOA包含三个属,即Nitrosotalea、Nitrosopumilus、Nitrososphaera。AOB 序列均属于β-Proteobacteria亚纲的亚硝化单胞菌群(Nitrosomonas)和亚硝化螺菌群(Nitrosospira)两个优势种群,水丝蚓体系仅含前者序列。河蚬体系中,AOB序列的多样性要高于AOA,AOB序列多样性高于对照组。水丝蚓体系中,22℃处理组的AOA amoA基因序列多样性低于15℃和28℃,15℃处理组的AOB aoA基因序列多样性高于22℃和28℃。河蚬的AOB群落结构多样性高于水丝蚓。本论文的研究成果将有利于阐明环境因子对湖泊氨氧化过程的影响机理,有助于进一步揭示湖泊生态系统中的氮循环规律,同时,也可以为太湖氮污染的治理提供有益参考。