铬-铜和镍对人工湿地硝化细菌与反硝化细菌群落结构分布的影响-靳振江

生态环境学报2013,22(12):1936-1944http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com基金项目：国家自然科学基金项目(41361054；41163003；41273142)；广西自然科学基金创新研究团队项目(2011GXNSFF018003)；广西自然科学基金项目(2011GXNFSA018006；2010GXNSFA013018)；广西环境污染控制理论与技术重点实验室研究基金项目(桂科能0701K012)；广西矿冶与环境科学实验中心项目（KH2012ZD004）；广西危险废物处置产业化人才小高地资助项目作者简介：靳振江(1974年生)，男，副教授，硕士生导师，主要研究方向为生态学和环境微生物学。E-mail：zhenjiangjinjin@163.com*通信作者：张学洪（1963年生），男，教授，博士生导师，主要研究方向为水污染处理和植物修复。E-mail:zhangxuehong@x263.net收稿日期：2013-06-19铬、铜和镍对人工湿地硝化细菌与反硝化细菌群落结构分布的影响靳振江1,2,3，黄海涛1,2,3，刘杰1,2,3，林华1,2,3，张学洪1,2,3*1.桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心，广西桂林541004；2.桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林541004；3.桂林理工大学广西环境污染控制理论与技术重点实验室，广西桂林541004摘要：在铬、铜和镍复合污染的3段波形潜流人工湿地中采集0~15cm土壤样品，分别以单氨加氧酶的编码基因amoA和亚硝酸还原酶的编码基因nirK的部分序列作为硝化细菌和反硝化细菌的指示基因，采用实时聚合酶链式反应(实时PCR)与PCR–变性梯度凝胶电泳(PCR–DGGE)结合克隆和测序的方法，研究了硝化细菌与反硝化细菌群落结构的空间分布。结果表明，在人工湿地中，amoA和nirK基因丰度均在第3段最高，分别为(8.60±2.75)×106拷贝·g–1和（137.76±42.16）×106拷贝·g–1。回收的15个amoA基因序列中有7个属于簇3a，而8个nirK基因序列中有3个属于簇III。相关性分析表明，amoA基因拷贝数与全量铜、全量镍和铬的活化率呈显著负相关(r分别为-0.870、-0.884和-0.898)，但有效铜与amoA香农-维纳指数和辛普森指数之间均呈显著正相关(r分别为0.892和0.940)，铜的活化率与amoA基因均匀度呈显著正相关(r=0.887)；nirK基因拷贝数与全量铜、全量镍和铬的活化率也均呈显著负相关(r分别为-0.818、-0.820和-0.860），但有效铜与nirK基因均匀度呈显著正相关(r=0.917)。以上结果表明，硝化细菌和反硝化细菌在人工湿地各个阶段的变化规律基本相同，这二者的丰度与多样性指数对重金属污染的反应总体上呈相反的变化。关键词：重金属；人工湿地；微生物群落；硝化；反硝化中图分类号：X171.5文献标志码：A文章编号：1674-5906（2013）12-1936-09引用格式：靳振江，黄海涛，刘杰，林华，张学洪.铬、铜和镍对人工湿地硝化细菌与反硝化细菌群落结构分布的影响[J].生态环境学报,2013,22(12):1936-1944.JINZhenjiang,HUANGHaitao,LIUJie,LINHua,ZHANGXuehong.EffectofCr,CuandNiondistributionsofnitrifyinganddenitrifyingbacteriacommunitiesinaconstructedwetland[J].EcologyandEnvironmentalSciences,2013,22(12):1936-1944.一般而言，微生物群落结构越复杂，土壤生态系统就越稳定。然而，重金属污染能够改变土壤微生物的群落结构[1-2]，并因此影响土壤生态系统的健康和稳定[3]。在土壤系统中，重金属的可溶态与非可溶态之间可以相互转变，因此，研究微生物结构和功能与重金属可溶态与非可溶态之间的关系可以帮助我们更好地理解在重金属转化过程中微生物的动态响应[4]。在现实生活中，采矿业与冶炼业中产生的废水中含有的重金属往往不止一种，因此，多种重金属复合污染下微生物的群落结构变化值得关注。研究表明，重金属复合污染下，细菌[5-6]和真菌群落结构[5-7]与微生物生物量[7]等指标发生了显著变化。然而，目前的问题是，微生物受重金属胁迫影响的研究主要集中在微生物整体变化，而微生物功能菌群对重金属胁迫响应及其机制的研究相对缺乏[8]。在多种多样的功能微生物中，硝化细菌和反硝化细菌是参与土壤氮素循