淡水養(yǎng)殖池塘環(huán)境中氨氧化微生物的研究.pdf

1、高密度集約化池塘養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境污染逐漸地引起人們的關(guān)注。大量飼料氮素殘留在池塘水體和沉積物中。在這些殘留氮素的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程中，氨氧化作用是硝化反應(yīng)的第一步，也是限速步驟，決定了氮素循環(huán)過(guò)程的快慢。本課題以氨氧化微生物為主要研究對(duì)象，調(diào)查了四大家魚養(yǎng)殖池塘中氨氧化微生物的時(shí)空分布規(guī)律，研究了空心菜浮床根系氨氧化微生物及其對(duì)凈化養(yǎng)殖池塘水質(zhì)的作用，探索了一種基于富集氨氧化微生物的生物懸浮載體池塘水質(zhì)改良技術(shù)，主要研究結(jié)果如下:

2、
　　1)開發(fā)了一種新的沉積物微生物總DNA提取方法，瓊脂糖凝膠電泳結(jié)果表明，通過(guò)此方法所獲得的DNA條帶整齊，大小在23kb左右。以AOAamoA基因?yàn)槟康幕?，通過(guò)qPCR方法對(duì)此方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明通過(guò)本提取方法所得DNA，無(wú)論在得率還是在純度方面均能達(dá)到土壤微生物總DNA提取試劑盒水平。
　　2)對(duì)湖北省公安縣的10口四大家魚養(yǎng)殖池塘氨氧化微生物時(shí)空分布規(guī)律進(jìn)行了周年調(diào)查。結(jié)果表明養(yǎng)殖水體中氨氧化微生物以AOB為

3、主;AOAamoA基因在檢測(cè)限以下，可能受到光抑制;未檢測(cè)到Anammox菌的存在。夏季水體AOBamoA基因濃度顯著高于其它季節(jié);其它3個(gè)季節(jié)，水體中的AOBamoA基因濃度無(wú)顯著差異。在沉積物中同時(shí)存在AOA、AOB和Anammox菌3種氨氧化微生物，并且都表現(xiàn)出季節(jié)變化規(guī)律。AOA濃度比AOB約高一個(gè)數(shù)量級(jí)，AOB最大濃度出現(xiàn)在秋季和冬季，AOA則出現(xiàn)在冬季。AOB和AOA最低濃度都出現(xiàn)在夏季。Anammox菌最高濃度出現(xiàn)在夏季和

4、秋季，最低濃度則出現(xiàn)在冬季。綜合分析推測(cè)DO是調(diào)控沉積物中3種氨氧化微生物的主要生態(tài)因子。
　　統(tǒng)計(jì)分析表明，夏季沉積物中AOAamoA和Anammox菌16SrRNA基因以及AOBamoA和Anammox菌16SrRNA基因之間都存在顯著性正相關(guān)關(guān)系(r=0.511，p＜0.01;r=0.448，p＜0.05;NonparametricCorrelations)，表明夏季池塘沉積物中AOA和Anammox菌以及AOB和Anamm

5、ox菌之間可能都存在一定的協(xié)同作用。Anammox菌16SrRNA基因濃度在夏季最高，并且和沉積物間隙水硝氮濃度之間存在顯著性正相關(guān)關(guān)系(r=0.520，p＜0.01;NonparametricCorrelations)，表明夏季池塘沉積物中Anammox對(duì)氮素循環(huán)可能發(fā)揮著重要作用，硝氮是影響Anammox菌濃度的重要生態(tài)因子。秋季沉積物中AOBamoA基因濃度最高，并且和間隙水亞硝氮濃度之間存在顯著性正相關(guān)關(guān)系(r=0.705，p＜

6、0.01;NonparametricCorrelations)，表明秋季池塘沉積物中AOB對(duì)于氨氮的氧化可能起主要作用。統(tǒng)計(jì)分析表明冬季池塘沉積物中AOAamoA基因和Anammox菌16SrRNA基因之間存在顯著性的正相關(guān)關(guān)系(r=0.794，p＜0.01;NonparametricCorrelations)，表明冬季池塘沉積物氮素循環(huán)過(guò)程中AOA和Anammox菌之間可能存在協(xié)同作用。
　　3)在面積為7000m2的養(yǎng)殖池塘中

7、進(jìn)行了空心菜浮床凈化水質(zhì)實(shí)驗(yàn)，并研究了水體及根系氨氧化微生物的濃度及多樣性。覆蓋面積7.5％的空心菜浮床能夠有效降低水體總氨氮濃度;同時(shí)，空心菜浮床通過(guò)調(diào)節(jié)水體pH，能夠有效降低水體分子氨濃度:在晴好天氣，浮床池塘分子氨濃度顯著低于對(duì)照塘?？招牟烁瞪细街腁OBamoA基因濃度達(dá)105copy/g-106copy/g，比空心菜根系上的AOAamoA基因濃度高一個(gè)數(shù)量級(jí)左右。此外，結(jié)果顯示空心菜根系上的AOB全部歸屬于Nitrosomo

8、naseuropealineage類群，水體和沉積物中的AOB雖然也以Nitrosomonaseuropealineage類群為主，但還有32.43％的水體AOB和38.46％的沉積物AOB歸屬在另外兩個(gè)類群:Nitrosospiraultiformislineage和Nitrosomonasoligotrophalineage中?？招牟烁瞪系腁OA全部歸屬在Group1.1b類群中，而沉積物中80％的AOA分布在Group1.1b類

9、群中，另外20％的AOA則屬于Group1.1a類群。
　　4)研究了懸掛在池塘水體中生物懸浮載體上氨氧化微生物的富集生長(zhǎng)狀況，并對(duì)富集后的載體進(jìn)行了水質(zhì)凈化效果研究。本研究中選擇水族箱中經(jīng)常用的過(guò)濾棉(PFC)作為懸浮載體，懸掛在池塘水體不同水層中，結(jié)果顯示15d左右PFC上的AOBamoA基因就可達(dá)到107copy/cm3水平，然而，養(yǎng)殖水體AOBamoA基因濃度一直保持在101copy/cm3-102copy/cm3。室內(nèi)實(shí)

10、驗(yàn)研究表明，富集飽和AOB后的PFC具有較高的氨氮氧化活性，當(dāng)pH、溫度和DO分別為7.0-8.5、28℃和6.0mg/L-7mg/L時(shí)，氨氮轉(zhuǎn)化速率達(dá)0.035±0.002mg(N)cm-3(PFC)h-1。氨氮轉(zhuǎn)化速率隨pH(6.0-6.5;7.0-8.5;9.5-10.0)的升高而升高;氨氮轉(zhuǎn)化速率和溫度(14℃，21℃，28℃，35℃)之間具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系;DO(1.0mg/L-2.0mg/L;6.0mg/L-7.0mg/