利用分子生态技术解析滇池污染水体的硝化反硝化菌群结构变化

我国许多流域内的水环境问题成为阻碍社会发展及影响居民生活质量的重要因素。大量氮元素排放对水体富营养化和温室气体排放起着决定性的作用，而其中硝化反硝化过程在水体氮循环中扮演着非常重要的角色。本研究将通过水质分析（环境学方法）及微生物群落解析（分子生物学方法），共同探索氮的环境过程。研究将在滇池流域内草海及外海周边及湖心布设多个采样点，在时间及空间上对区域内的水体及底泥微生物群落进行分析。其中，利用分子生态技术LH-PCR及T-RFLP技术来解析细菌、硝化反硝化菌群落结构，利用克隆文库技术获取细菌、硝化反硝化菌的种属信息，利用FISH及qPCR技术定量检测硝化及反硝化菌（基因）的数量及分布。另外，通过统计学方法对微生物群落与水质参数进行相关性分析，从而建立通过微生物群落信息及水质参数来解析环境污染问题的方法。研究将建立污染水体的微生态研究方法，从而逐步打开环境污染过程的"灰箱"模型。

本项目在执行期间的研究工作总体进展比较顺利，研究内容没有做大的调整（同申请内容相比），工作重点为滇池水质与微生物群落间的关系以及分子生态方法的建立。在项目实施期间，项目组在不同季节下对滇池草海及外海的水体（包括水相及沉积物相）进行了现场采样，并对水相及沉积物相的样品进行了物理化学特性分析；利用分子生态技术（包括Fingerprint、克隆文库、454 Pyrosequencing、Real-time PCR等）对滇池水体的细菌菌群组成与结构、硝化及反硝化功能基因进行了定性及定量分析。其中重点对氨氧化细菌及氨氧化古菌进行了分析，确定二者在滇池水体硝化过程中的地位；进一步探讨了水体物理化学特性与优势菌群组成与结构、硝化反硝化基因的相关关系。取得的研究成果包括（1）确定了不同时空条件下滇池水体的细菌及硝化反硝化菌群的组成与结构，发现草海细菌及硝化菌在数量、丰富度及多样性上都高于外海；（2）发现陆地碳源的输入促进了滇池沉积物微生物的生长、多样性及代谢；（3）通过对污水处理设施活性污泥及生物膜的微生态研究，发现某些生活废水处理系统中氨氧化古生菌在氨氮转化中占主导地位；（4）建立了综合利用物理化学方法与分子生态技术（包括metagenomic、16S rRNA pyrosequencing）探讨湖泊（河流）污染特征的环境学方法（5）发表5篇SCI、2篇中文及1篇会议论文。项目成果加深了我们对滇池水体微生态结构时空变化规律及其与水质相关关系的认知，有力配合了当地水专项的实施。