红树林湿地高效除磷微生物生态机制及其对海洋磷循环的响应

Phosphorus is one of the most critical factors of eutrophication. With the development and utilization of ocean,especially the rapid development of mariculture industry, which had causing the degree of eutrophication in seawater become more and more serious ,especially the problem of phosphorus pollution . Mangroves are woody plant communities,which grow in the tropical and subtropical intertidal.As the wetland ecological system interaction zone in freshwater and seawater, mangrove have the effectively ability to degradation of pollutant degradation. The previous research have shown that microorganism play an important role on the phosphorus removal in the mangrove wetland ecosystem, but its mechanism is poorly known.The project intends to based on the field pointing experiments, semi-field experiments, indoor simulation experiments and so on. Using the marine biology , earth chemistry, microbiology, molecular biology method and meta-genomic technology to study the community structure of the phosphorus accumulating bacteria and their population characteristics and abundance, phosphorus accumulation characteristic , phosphorus removal capacity and its response to marine phosphorus cycle,then to reveal the ecology mechanism of efficient phosphorus removal bacteria in the mangrove wetland.The results will not only to clearing the phosphorus accumulating microorganism effect on the marine phosphorus cycle,but also playing an important role on the mechanism of biological phosphorus removal, the mangrove wetland microbial resources protection and solving the eutrophication problem of the sea water.

磷是引起水体富营养化的最关键元素之一，随着对海洋的开发利用，尤其是海水养殖业的发展，使水体的富营养化程度不断恶化，海水磷污染问题尤为突出。红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带的木本植物群落，作为淡水和海水交互地带的湿地生态系统,能高效降解污染物。研究表明微生物对红树林高效除磷起着重要作用，但对其机制却并不甚了解。本项目拟基于野外定点试验、野外半控制试验、室内模拟试验等，采用海洋生物学、地球化学、微生物学、分子生物学方法和宏基因技术等对红树林湿地生态系统中除磷微生物群落结构、种群特征和丰度、聚磷特性、除磷效率及对海洋磷循环的响应等进行系统研究，揭示红树林湿地高效除磷微生物生态机制。研究结果对明确红树林生态系统除磷微生物对海洋磷循环的影响、生物除磷机制、红树林湿地微生物资源保护及解决海水富营养化皆具有十分重要意义。

红树林生态系统对由磷引起的海水富营养化具有高效的净化能力，而微生物在红树林高效除磷中起着重要作用，但目前对其机制却不甚了解。通过对红树林湿地生态系统中微生物群落结构、种群特征和丰度、聚磷特性、除磷效率及对海洋磷循环的响应等进行系统研究，揭示红树林湿地高效除磷微生物生态机制。研究结果对解析红树林生态系统除磷微生物对海洋磷循环的影响、生物除磷机制、红树林湿地微生物资源保护及解决海水富营养化具有重要意义。 .在海南东寨港红树林保护区的5个样点采集红树林土壤和水样，采用Biolog-ECO微平板技术，分析红树林土壤和水体微生物功能多样性在时间和空间尺度的动态变化；利用宏基因组技术和Illumina第二代测序技术对东寨港红树林土壤微生物群落结构和多样性进行分析；利用Glimmer 3.02 软件进行细菌的基因预测，将预测基因的蛋白序列分别与Nr和GO数据库进行blastp比对（BLAST 2.2.28+）；通过BCIP蓝白斑筛选法、异染颗粒和PHB颗粒染色以及测定聚磷能力相结合的方法，筛选高效聚磷菌；对高效聚磷菌株SC36进行全基因组测序，并克隆多聚磷酸盐激酶（ppk）基因；基于基因型分析不同样地的土壤聚磷微生物资源，克隆ppk基因并进行异源表达；主要结果如下：. 1）红树林土壤环境因子对微生物群落结构和多样性具有显著的影响；土壤和水体微生物功能多样性指数随季节和样地的不同而变化。.2） 红树林土壤微生物对氨基酸类利用率最高，羧酸类利用率最低。红树林水体微生物对多聚物类碳源的利用率较高，其次为氨基酸类，对酚酸类的利用率相对较低。.3）绿弯菌门、变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门是东寨港红树林土壤优势菌群，有27.80% 的微生物为分类归属尚不明确，至少有79.33%的种不能进行纯培养。.4）有42株菌株的聚磷能力达到20%以上，最高可达到69.5%，表明东寨港红树林具有丰富的聚磷微生物资源。对高效聚磷菌株SC36进行了全基因组测序，草图包含56个scaffold； .5）菌株SC36有3个ppk基因，ppk基因的氨基酸与GenBank数据中已知序列的相似性分别为91%、98%和99%。.6）将3个ppk基因在E.coli进行异源表达，表达产物表现出较好的聚磷能力，尤其是表达菌株M15/pQE30a-ppk44T 10 h的聚磷率高达70%。