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珠江口是全球河口反硝化作用发生程度较高的地区,沉积物中反硝化细菌群落组成和结构对环境梯度的影响,可能在评估和解析珠江口反硝化细菌中发挥重要作用。本文以亚硝酸盐还原酶基因(nirK和nirS)为分子标记,采用以PCR技术为基础的克隆文库的方法对珠江口表层沉积物和纵向沉积物中反硝化细菌的多样性进行了研究。
四个站位表层沉积物中共获得196个nirK基因克隆,隶属于16个操作分类学单元(OperationalTaxonomicUnit,OTU)。各站位OTU个数为5-8个,每个OTU包含的克隆数目不相同,范围在1-49之间。基因序列之间的相似性为64%-99%,氨基酸序列之间的相似性为62%-94%。表层沉积物中共获得382个nirS基因克隆,隶属于128个OTUs。各站住OTU个数为32-56,每个OTU包含的克隆数目不相同,范围在1-28之间。基因序列之间的相似性为64%-100%,氨基酸序列之间的相似性为57%-94%。nirK氨基酸序列系统进化树形成了5个不同的Clusters,而且每个站位拥有自己独特的Cluster,这反映出携带nirK基因的反硝化细菌在空间上分布的差异。nirS氨基酸序列系统进化树分析显示ClusterⅠ、Ⅱ、Ⅵ和Ⅶ隶属于站位S3和S4;ClusterⅣ隶属于站位S1,这反映出携带nirS基因的反硝化细菌在空间上分布的差异。但是,与nirK基因相比,nirS受环境影响较弱。沉积物中硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮和盐度可能对珠江口沉积物反硝化细菌在水平尺度上的分布具有显著影响。
站位S4四层沉积物中共获得160个nirK基因克隆,隶属于18个OTUs。各位点OTU个数为6-10个,每个OTU包含的克隆数目不相同,范围在1-57之间。基因序列之间的相似性为64%-99%,氨基酸序列之间的相似性为62%-92%。沉积物中共获得314个nirS基因克隆,隶属于80个OTUs。各位点OTU个数为11-49,每个OTU包含的克隆数目不相同,范围在1-105之间。基因序列之间的相似性为20%-100%,氨基酸序列之间的相似性为52%-92%。nirK氨基酸序列系统进化树形成了4个不同的Clusters,每个Cluster都含有来自不同克隆文库的克隆,四个站住中大部分克隆分布在ClusterⅠ中,这反映出携带nirK基因的反硝化细菌群落在垂直尺度上相似。nirS氨基酸序列系统进化树显示四个克隆文库没有自己独特的反硝化细菌Cluster,这暗示了携带nirS基因的反硝化细菌群落在垂直尺度上相似。但nirK和nirS克隆文库分析表明反硝化细菌群落分布随着沉积物深度增加而不同。因此,本研究中珠江口沉积物中反硝化细菌在垂直尺度上的分布与沉积物深度有关。
多样性覆盖百分率和稀释曲线表明珠江口沉积物中携带nirS基因的反硝化细菌的多样性高于携带nirK基因的反硝化细菌,而且携带nirS和nirK基因的反硝化细菌多样性在垂直尺度上随沉积物深度的增加而逐渐降低。