滩涂土壤中碳氮循环相关活性微生物菌群研究

滩涂作为沿海大潮高潮位与低潮位之间的潮浸地带，是沿海经济带的重要生态屏障，也是重要的后备耕地资源。为了认识滩涂生态的基本规律，首先要了解滩涂生态系统的物质循环。本课题通过土壤样品mRNA分析和稳定同位素标记分析，并结合高通量焦磷酸测序和定量PCR分析，研究碳氮循环各个环节（包括产甲烷、甲烷氧化、氨氧化和反硝化等）中真正起作用的相关功能微生物的分布，解析滩涂土壤中参与碳氮循环的各类微生物群落的相互作用机理以及它们随环境因素的变化机制，并在这基础上确定能体现滩涂土壤健康状态的功能微生物基因参数。这些研究为滩涂的保护、修复和围垦利用提供坚实的科学依据。分析有活性功能微生物的分子生物学研究系统的建立将会推进我国土壤微生物生态的研究水平。

河口滩涂在改善水质，生物多样性的维持，以及扩大耕地面积等方面起重要作用。要认识和管理滩涂生态系统过程，首先要了解滩涂生态系统的物质循环而对其起关键作用的是滩涂土壤中的各种功能微生物。.土壤氮素循环中最重要的是氨氧化过程，而参与此过程的有氨氧化细菌和氨氧化古生菌。氨氧化细菌的主要组成随滩涂的不同发育阶段和土地利用方式发生变化。在光滩主要的氨氧化细菌是Nitrosomonas，但在荒地和农田主要是Nitrosomonas和Nitrosospira。主要氨氧化细菌的类型可作为监测滩涂土壤状态的一个指标。氨氧化古生菌随环境变化较少。净硝化活性是含水量较低的荒地高，反硝化活性反而是光滩高。在夏天和秋天，氨氧化微生物的数量和组成直接影响净硝化活性。.甲烷的净释放通量是甲烷产生（由产甲烷菌）和被氧化（由甲烷氧化微生物）相平衡的结果。在光滩产甲烷菌的丰富度随着深度的增加明显增高。崇明东滩盐沼地的芦苇正在被互花米草侵略性地更替。对这两种植物的甲烷释放率测定结果表明，互花米草比芦苇的甲烷释放速率更高。互花米草生长的盐沼沉积物中产甲烷菌多样性小于芦苇生长的沉积物。通过mRNA分析确认，在盐沼沉积物中有活性的主要为Methylomonas。此外，在滩涂样品中也检测到了以硫酸盐为电子受体的厌氧甲烷微生物（ANME-3）和以硝酸盐为电子受体的厌氧甲烷微生物。互花米草的入侵促进了甲烷氧化菌的丰度增加，但对甲烷氧化菌、氨氧化细菌以及氨氧化古生菌多样性产生的影响较少。.我们设计同时覆盖甲烷氧化细菌pmoA基因和氨氧化细菌amoA基因的高兼并引物，通过我们开发的两步PCR方法分析光滩沉积物，发现所测序列中绝大部分是非常规甲烷氧化菌（因为其pmoA基因序列与属于bata变形菌纲的氨氧化细菌的amoA基因接近）Crenothrix相关。在滩涂所发现的两个与Crenothrix相关的pmoA基因簇中有一个与已发现的公共数据库中所有的pmoA基因序列有很大差别，应是一个新发现的类型。Crenothrix相关微生物分布较广，且在长江河口光滩沉积物中是主要的甲烷或氨氧化菌类群。因此，对这类微生物的进一步研究将对滩涂生态系统以及整个甲烷/氨氧化机制的认识做重要贡献。