摘要
磷是生物圈内广泛存在的、生物体所必需的基本元素，有限的磷素被开采利用后逐渐向土壤和海洋沉积，造成土壤和水体的污染、水体富养化、生态系统服务功能的恶化。而周丛生物作为一种自然界普遍存在的、具有高效捕获和富集磷的、环境友好型的生物磷去除材料，其复杂的生物群落及非生物结构影响着其捕获磷的能力。本研究以稻田周丛生物为对象，研究分析了我国三个主要稻作区稻田周丛生物磷捕获能力的地理分布差异及其影响因素;并通过外源添加聚磷菌与微藻构建高效富集磷的人工周丛生物，并进一步研究其捕获和富集磷的行为方式及其表面化学参数的变化特征，主要结论如下: (1)稻田周丛生物捕获磷的含量沿采样点呈现出由北到南增加的趋势，以华南双季稻稻区最高(2.24±0.21mg·g-1)，其次是长江中下游稻稻区(1.71±0.06mg·g-1)，东北早熟单季稻稻区最低(1.05±0.05mg·g-1)。偏最小二乘路径模型(PLS-PM)分析结果表明，周丛生物中胞外聚合物(EPS)含量(0.09*)、水体的营养状况(0.35*)、聚磷菌(0.33*)和藻类(0.28)的丰度是影响周丛生物捕获磷能力地理分布差异的主要因素，结合共线性网络分析(Co-occurrence network)结果进一步论证了周丛生物中聚磷菌(Anaerolinea sp.、Flavobacterium sp.、Cyanobacterium sp.)、藻类(Symbiodinium sp.、Biecheleria sp.、Scrippsiella sp.、Neidium sp.)作为周丛生物共发生网络中重要的节点微生物，关联着不同网络模块，影响着周丛生物对磷的捕获。 (2)为了进一步提高周丛生物富集磷的能力，利用不同的聚磷菌与藻类组合与周丛生物共培养，设计、比选得到具有高效富集磷能力的人工周丛生物。与普通周丛生物2.26±0.14mg·g-1的磷富集能力相比，绿球藻-弗氏柠檬酸杆菌、绿球藻、恶臭假单胞菌、斜生栅藻构建的人工周丛生物七天富集磷的能力分别提高到4.16±1.21mg·g-1、5.73±0.21mg·g-1、3.98±0.95mg·g-1、6.79±0.45mg·g-1。高通量测序及胞外聚合物提取测定结果表明，人工构建的高效富集磷的周丛生物中聚磷菌和微藻的相对丰度，及胞外聚合物含量显著增加，特别是蛋白含量分别提高了67.7％、125.2％、121.4％和84.6％。傅里叶红外光谱(FTIR)的结果进一步鉴定了胞外多糖和蛋白中的活性官能团-COOH、-OH和-NH参与了EPS与磷元素的分子间作用。基于LC-MS的代谢组学分析结果表明，高效富集磷的斜生栅藻-周丛生物中涉及到组氨酸代谢、硫氨酸代谢、维生素B6代谢途径的关键代谢物质中8种代谢物含量均发生了上调。
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