厌氧铁氧化反硝化耦合在城市湿地脱氮中的作用机理

Anaerobic iron oxidation is a hot topic in the research field of biogeochemical, and it might play an important role in the denitrification of urban wetlands with serious eutrophication. Based on the previous results and research foundation, we take urban wetland as the research object, targeting at deeply disclose the metabolic pathway and biochemical mechanism of anaerobic nitrate-dependent iron oxidation via the technique of stable isotope, real-time fluorescent quantitative PCR and high-throughput sequencing. In order to reveal spatiotemporal distribution characteristics and dynamic relationship between iron and nitrogen, samples (e.g. water, soil and plant) need to be took and analyzed from urban wetlands periodically. After obtaining functional bacteria coupling between anaerobic iron oxidation and denitrification, optimal growing conditions and diversity of them will be investigated by real-time fluorescent quantitative PCR and high-throughput sequencing technique. Finally, the metabolic pathway and mechanism for the coupling of anaerobic nitrate-dependent iron oxidation will be expected to elucidate by stable isotope, XRD (X-ray diffraction) and SEM (Scanning Electron Microscope). The research results will not only reveal the important roles of anaerobic iron oxidation exerted for denitrification in urban wetlands, but also provide a theoretical basis for the control of urban wetlands eutrophication.

厌氧铁氧化是生物地球化学领域的一个研究热点，其在富营养化严重的城市湿地氮素去除过程中可能起着非常关键的作用。项目在申请者已有研究基础上，以城市湿地为模型系统，综合利用稳定同位素、实时荧光定量PCR和高通量测序等分子生物学研究方法，深入研究厌氧铁氧化与反硝化过程耦合途径及生化机理。定期采集城市湿地中水、土壤和植物样品，研究城市湿地中铁和氮的时空变化规律及动态耦合关系。从城市湿地中筛选具有厌氧铁氧化反硝化功能的菌群并进行富集培养，研究厌氧铁氧化反硝化功能菌群最佳反应条件和群落组成。利用稳定同位素示踪、激光衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）等技术，揭示厌氧铁氧化与反硝化过程耦合途径及机理。项目研究成果将揭示厌氧铁氧化反硝化过程在城市湿地脱氮中的作用，还将为城市湿地富营养化的缓解和控制提供理论依据。

厌氧铁氧化是生物地球化学领域的一个研究热点，其在富营养化严重的城市湿地氮素去除过程中可能起着非常关键的作用。项目在申请者已有研究基础上，以城市湿地为模型系统，综合利用稳定同位素、实时荧光定量PCR和高通量测序等分子生物学研究方法，深入研究厌氧铁氧化与反硝化过程耦合途径及生化机理。定期采集城市湿地中水、土壤和植物样品，研究城市湿地中铁和氮的时空变化规律及动态耦合关系。从城市湿地中筛选具有厌氧铁氧化反硝化功能的菌群并进行富集培养，研究厌氧铁氧化反硝化功能菌群最佳反应条件和群落组成。利用稳定同位素示踪、激光衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）等技术，揭示厌氧铁氧化与反硝化过程耦合途径及机理。项目研究成果将揭示厌氧铁氧化反硝化过程在城市湿地脱氮中的作用，还将为城市湿地富营养化的缓解和控制提供理论依据。结果发现：1）城市湿地水体各形态氮和铁含量表现出时间（季节）、空间（水环境）动态变化，冬季氮含量高于夏季，夏季铁含量高于冬季；2）总氮与总铁的含量在和睦湿地河道和西溪湿地池塘水体中呈现出正相关关系，而在和睦湿地池塘和西溪湿地河道水体中则呈现出负相关关系；3）城市湿地水体中亚铁与硝态氮呈负相关关系，而总磷与总铁和亚铁则主要呈现为正相关关系；4）和睦湿地不同铁含量地区样品添加不同比例的铁均会抑制反硝化强度，而西溪湿地样品却与之相反，均会促进反硝化强度；5）高通量测序结果表明，和睦湿地不同铁含量地区比西溪湿地Chao1指数较低，表明反硝化细菌菌群的物种丰富度较低，而Shannon指数较高，表明反硝化细菌菌群的物种多样性较高。