天津滨海人工湿地细菌种群特征及氮降解菌筛选

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滨海人工湿地以其独特的地理位置及特有的水质净化特点,成为入海污染物控制和近海海域富营养化防治的最后一道关口,也使得在人工湿地去除氮过程中发挥关键作用的细菌种群特征研究及氮降解菌的脱氮性能研究更具现实指导意义。基于此,选取位于海河入海口南侧滩涂浅海区的天津临港滨海人工湿地公园为研究区域,利用高通量测序技术探究整体的细菌种群特征及时空差异,并进一步以bamo A和nir(nir K和nir S)基因作为分子标记,分析硝化和反硝化功能菌的种群特征,并在实验室富集、分离、筛选出湿地水体中的氮降解优势菌,通过形态观察、生理生化指标分析及16S r DNA序列系统发育树鉴定菌种,并探究菌株对湿地原水的降解效能,得到主要结果如下:不同季节芦苇根系上覆水和沉积物样本的细菌种群分布特征具有差异性,沉积物相比于上覆水在各个季节均具有更高的细菌多样性和丰富度。上覆水和沉积物在四季的第一优势细菌门均为变形菌门,而上覆水中第一优势细菌属存在差异,分别为norank f norank o Chloroplast、norank f Anaerolineaceae、Norank f norank o Chloroplast、黄杆菌属,影响细菌种群分布的主要环境因子分别为温度、NO3-N浓度、NH4-N浓度、p H;沉积物样本四季的第一优势细菌属分别为norank f Anaerolineaceae、norank f norank o norank c Subgroup 6、norank f norank o norank c Subgroup 6、norank f A4b,影响细菌种群分布的主要环境因子分别为NH4-N浓度、COD、COD、p H。沉积物样本中bamo A型硝化菌主要优势细菌属为unclassified k norank d Bacteria和亚硝化单胞菌属,对其丰富度产生显著影响的环境因子为温度和PO4-P浓度;对于nir K和nir S型两种反硝化菌,上覆水和沉积物样本中nir S型的多样性和丰富度高于nir K型,同一基因型反硝化菌,上覆水样本中多样性更高,沉积物样本中丰富度更高;上覆水样本中nir K和nir S型反硝化菌的主要优势属均为unclassified k norank d Bacteria和unclassified p Proteobacteria,相对丰度存在差异,沉积物中nir K型反硝化菌主要优势属为unclassified k norank d Bacteria和unclassified d Unclassified,nir S型为unclassified p Proteobacteria和unclassified k norank d Bacteria;nir K和nir S型反硝化菌的种群分布在上覆水中受环境因子影响更大,nir K型反硝化优势菌与环境因子具有更强的关联性。从芦苇根系上覆水筛选得到4株氮降解优势菌分别鉴定为铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、黏着剑菌(Ensifer adhaerens)、粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)和太平洋芽孢杆菌(Bacillus pacificus);将4种菌株在5℃、13℃、20℃、27℃、34℃条件下的湿地进水原水中培养,5℃时,细菌长势较弱,其他温度下均得到较好生长;黏着剑菌和太平洋芽孢杆菌表现出对原水NH4-N较高的降解效能,在34℃时降解率最高,分别可达83.9%和74.8%;铜绿假单胞菌、黏着剑菌、粘质沙雷氏菌对NO3-N的最优降解温度均为27℃,太平洋芽孢杆菌为34℃,最优温度下对NO3-N的降解率分别为65.5%、70.2%、67.8%、55.9%,铜绿假单胞菌、黏着剑菌、粘质沙雷氏菌对TN的最优降解温度同样为27℃,太平洋芽孢杆菌为20℃,最优温度下的降解率分别为23.6%、71.7%、34.4%、89.1%。
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