摘要
氨氧化古菌（ammonia-oxidizingarchaea,AOA）和氨氧化细菌（ammonia-oxidizingbacteria,AOB）不仅在氨氧化过程中发挥重要作用，还能介导氧化亚氮（N2O）的产生。氨氧化过程是硝化作用的第一步和限速步骤，在海洋沉积物氮循环中具有重要作用；N2O是重要的温室气体和平流层臭氧消耗的自由基前身，具有很强的环境效应。本论文首先运用高通量测序、实时荧光定量PCR技术（quantitativereal-timePCR,qPCR）等分子生物学技术，对海洋沉积物中总细菌群落（DNA水平）和活性细菌群落（RNA水平）的差异进行了分析。然后，以渤海、南黄海和东海北部为研究区域，在RNA水平上，对表层沉积物中活性细菌和古菌群落丰度、多样性、组成、功能及分布特征开展了较为详尽的研究。在此基础上，通过分析沉积物中AOA和AOB群落丰度并结合模拟培养实验，探讨了AOA和AOB对氨氧化作用和N2O生成的贡献。主要研究成果如下： （1）总细菌丰度比活性细菌丰度高1~2个数量级。总细菌和活性细菌群落结构具有显著差异，基于DNA水平的测序在探讨微生物群落时可能会误判重要的功能微生物；微生物群落中的“稀有生物圈”可能是转录活跃者，发挥着重要的生态功能。活性微生物对环境变化更为敏感，更能体现实际的生态状况。 （2）总细菌（1.21×108~1.43×109copies·g-1）和活性细菌（2.36×104~1.04×109copies·g-1）丰度从渤海、南黄海至东海北部海域逐渐降低，总古菌（1.21×107~2.11×108copies·g-1）和活性古菌（1.74×104~1.55×108copies·g-1）丰度则在渤海海域最高，其次为东海北部海域，南黄海海域最低。活性古菌丰度占总古菌丰度的比例高于活性细菌丰度占总细菌丰度的比例。活性微生物丰度在不同站位间的差异更大。活性细菌和古菌群落分析表明，研究海域内具有活跃的硫循环过程、化能异养过程和氮循环过程。渤海、南黄海和东海北部海域活性微生物群落受地理位置和环境因子共同影响，且前者影响更大，这可能与不同海域的沉积物来源关系密切。丰富微生物群落和稀有微生物群落具有不同的生态位，发挥着不同的作用，共同决定着微生物群落结构；在应对环境变化时，稀有微生物群落具有重要作用。发挥实际生态功能的活性微生物群落间主要存在竞争关系。 （3）在黄渤海表层沉积物中，AOA和AOB的amoA基因丰度、amoA表达丰度和潜在硝化速率（PNR）分别为2.38×103~3.18×108copies·g-1和7.59×103~9.63×107copies·g-1、nd~4.88×104copies·g-1和nd~2.82×104copies·g-1以及0.0026~0.2265μmolN?(d?g)-1和0.0000~0.4333μmolN?(d?g)-1，总体上均表现为夏季高于春季，渤海海域高于南黄海海域。河口和近岸沉积物硝化潜能总体高于远岸沉积物硝化潜能。整体来看，AOA对氨氧化过程的相对贡献高于AOB，且AOA在春季的相对贡献高于夏季，AOB在夏季的相对贡献高于春季。 （4）N2O产生过程的模拟培养实验结果表明，氧气浓度较高时，硝化作用和反硝化作用产N2O过程均受到抑制，此时N2O的生成主要来源于“其他作用”。NH4+的添加促进了AOB的生长繁殖，也增大了AOB对氨氧化过程和N2O产生的贡献率（特别是和AOA相比）。不同过程对N2O生成的贡献为：其他作用（51.37%）gt;反硝化作用（27.40%）gt;硝化作用（21.23%），AOA（13.01%）gt;AOB（8.22%）。 本研究揭示了中国东部近海表层沉积物中的活性微生物群落结构特征，明确了近海沉积物中AOA和AOB在氨氧化过程中的生态地位，为海洋沉积物中N2O的来源研究提供了新的视角，也为认识近岸海域氮循环过程提供了科学依据。
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