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氮循环(Nitrogen Cycle)是最重要的物质循环之一,对生态系统的平衡有着重要意义。氨氧化过程是由氨氧化微生物驱动完成的一个限速反应过程,是氮循环中最关键的反应步骤。氨氧化微生物在氨单加氧酶的催化下将氨氧化成羟胺,再由亚硝化细菌将羟胺氧化成亚硝酸供动植物体所利用。氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing Archaea,AOA )和氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing Bacteria, AOB)是驱动氨氧化过程的主要微生物类群。大量研究表明,AOA不仅广泛的分布在各种环境介质中,而且是自然界中最丰富的氨氧化微生物。深入探讨AOA在生态系统中的作用和功能对重新评价氮循环具有重要意义。近年来,对AOA的研究大多集中在海洋与土壤环境,而对湿地生态系统中AOA的研究鲜有报道。本研究在海南省东寨港红树林湿地设定三个采样点,分别为有大量红树植物覆盖的S1样点(近红树林区域),远离红树林靠近海边的滩涂地S3样点(近海区域),以及在S1和S3之间的过渡带S2样点(湿地过渡区)。每个样点设定三个深度,分别为0～2 cm (S) , 20～25cm (M)以及40～45cm (L)。分别利用GC-MS及紫外分光光度计分析了水体中多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)和沉积物中无机氮的质量浓度;通过构建amoA基因克隆文库的方法对海南省东寨港红树林湿地不同采样点沉积物中AOA的多样性和分布进行研究;同时利用荧光定量PCR的方法测定不同采样点中氨单加氧酶基因(amoA)基因的相对丰度;最后探讨了 AOA基因多样性与不同环境因子的相关性。本研究重点关注红树林湿地生态系统中AOA的多样性、物种分布及其与环境因子的关系,以期为更好更全面的评价氮循环及氨氧化过程以及东寨港红树林生态功能和分布模式研究提供了可靠地科学依据,同时也为研究AOA对环境胁迫的响应,保护湿地生态系统提供重要的决策参考。主要研究结果如下:(1)东寨港保护区水体15个样点无机氮(铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐)平均质量浓度为0.18mg·L-1,无机氮的质量浓度随着采样点接近入海口逐渐降低,根据国家标准GB 3097-1997规定得知,该水体符合第一类水质标准。PAHs质量浓度范围为 234.46± 114.77 ng.L-1 ～683.33±157.03 ng.L-1,其中苯并[a]芘未检出,根据来源分析得知该水体属于石油源污染且对水生生物有潜在的生态风险。研究表明东寨港保护区水体营养盐质量浓度达标,但PAHs对水生生物有潜在的生态风险。本研究为东寨港红树林沉积物中AOA的多样性与环境因子的关系研究提供基础数据。(2)不同采样点的沉积物中,含水率和三种无机氮质量浓度趋势如下:S1>S2>S3。同一采样点中层和深层沉积物的含水率、铵盐质量浓度均高于表层,三个采样点表现出相似的规律;同一采样点中硝态氮在垂直方向上分布没有表现出明显规律。该结果为研究红树林湿地生态系统中的物质循环提供了重要参考。(3)通过构建amoA基因克隆文库的方法,共得到总克隆文库298条有效序列,基因登录号为 KY350640-KY350784, KY357132-KY357284。通过 98%的相似度划分为34个操作分类单元(OTUs)。对于子克隆文库,样点S1由浅到深不同深度的有效克隆分别为40、40和37个;样点S2由浅到深不同深度的有效克隆分别为38、31和37个;样点S3由浅到深不同深度的有效克隆分别为31和39个,其中表层克隆失败。通过OTUs聚类分析得知OTU1,OTU2,OTU3为三个采样点优势种,其相对丰度分别为18%,11%,10%。同—样点不同深度的物种丰度随深度的增加而降低(S>M>L),物种丰度随着采样点远离红树林区域而减低(S1>S2>S3)。东寨港红树林湿地生态系统中AOA多样性指数为2.93,与我国其他湿地相比具有较高的多样性。通过构建系统发育树得知,34个OTU中有30个来自土壤簇,占到了 88.2%,有4个来自海洋簇,由此可见,东寨港红树林生态系统中AOA大多来自土壤簇,与海洋簇亲缘关系较远。(4)通过荧光定量PCR的方法构建克隆文库,分析不同采样点中氨氧化作用关键酶——一氨单加氧酶基因(amoA)的表达量,研究不同沉积物中amoA基因丰度的分布规律,及其与环境因子的相关性。结果显示AOA amoA基因在红树立区域的表达量最高,在近海区域最低,呈现出随着采样点远离红树林区域表达量逐渐降低的规律;S1和S3不同深度间基因丰度没有明显差异,S2中层表达量最高。为了更好地评价AOA在环境中的丰度,本研究还测定了 AOB中amoA基因的拷贝数,结果显示:AOA中amoA的基因表达量远远高于AOB,且AOA对含氧量的耐受性更强。AOA基因拷贝数与亚硝酸盐、铵盐质量浓度呈显著正相关。AOA多样性指数与亚硝酸盐、铵盐质量浓度无显著相关性。此外,三个采样点的基因丰度与其多样性指数有极强的相关性。