氮是水生态系统初级生产力的限制性生源要素,过多的氮素输入会引起水体富营养化,进而导致的水华暴发会对水体生态系统产生诸多危害,引发一系列的环境和健康问题。认识水体中氮的转化过程和通量特征有利于调控和削减水体中过量的氮,对维持水生态健康十分重要。在水生态系统中,上覆水、沉积物及泥水交界面的硝化和反硝化作用是影响氮素在水体中的转化、赋存形态和含量和重要因素。微生物是氮循环的驱动泵,硝化及反硝化作用是微生物的特有过程,决定了氨氧化细菌(AOB)、氨氧化古菌(AOA)以及反硝化细菌在氮循环中发挥关键作用。水生植物是水生态系统的重要组成部分,也对水体中氮素循环及关键微生物种群、数量和活性有重要影响。因此,研究淡水湖泊生态系统中硝化和反硝化微生物种群、数量和活性变化及其所受到的水生植物的影响有助于深入认识水体中氮的转化过程和通量,具有重要的意义。本研究在对太湖沉积物中氨氧化微生物和反硝化微生物的数量和/或群落组成调查的基础上,在实验室构建微宇宙模拟蓝藻水华暴发,探讨蓝藻水华暴发对水体中氨氧化微生物和反硝化微生物的影响。同时,构建水生植物存在的微宇宙以研究沉水植物和漂浮植物分别对沉积物和水体中氨氧化微生物以及反硝化菌的影响。结果显示:1)通过对太湖北部湖区的调查可知:竺山湾沉积物中AOB amoA基因拷贝数量占优势,且5月份达最高值1.7×105gene copies克-1干泥,其他沉积物中AOA aoA基因拷贝数量占优势。河流入湖口附近湖区夏季沉积物中AOA种群多样性较高。西部沿岸湖区夏季和冬季AOA amoA基因拷贝数量和群落结构可能由117bp T-RF所代表的来源于水体/沉积物的AOA主导。在整个太湖北部湖区沉积物中,Nitrosomonas在AOB群落中占优势。西部沿岸湖区沉积物-水界面氮素交换通量和沉积物的潜在氨氧化通量均较所调查的其他湖区高。东北部有水生植物的湖区沉积物中氨氧化作用可能由-344bp,606bp,609bp T-RF所代表的来源于水体/沉积物的AOA驱动。2)通过在室内构建微宇宙模拟蓝藻水华的重复暴发,结果显示:在蓝藻水华暴发和衰亡过程中,太湖水体的理化因子以及细菌的数量和群落组成都有一定程度的恢复。在蓝藻水华暴发和衰亡过程中,太湖水体中氨氧化菌的数量和功能活性逐渐恢复,对水体中铵态氮的去除有贡献;且AOA amoA基因拷贝数量较AOB占优势。蓝藻水华暴发促进太湖水体中反硝化菌的数量和功能活性的增加,从而有利于太湖水体中氮的去除。3)通过在不同类型沉积物中种植苦草来构建微宇宙模拟体系,本研究发现:苦草增加了东太湖和梅梁湾沉积物中AOA的丰度和生物多样性;苦草的存在有利于东太湖沉积物中AOB生物多样性的保持,但对两湖区沉积物中AOB的amoA基因丰度却无明显影响。Nitrosomonas在所研究的太湖沉积物的AOB群落中占主导;苦草的种植对Nitrosospira有利。种植苦草的东太湖和梅梁湾沉积物中的氨氧化作用均取决于AOA的活性。水生植物对不同的AOA和AOB种属存在选择性。4)通过在实验室构建微宇宙模拟漂浮植物对富营养化水体的修复,发现:凤眼莲根际对水体中AOA和AOB aoA基因拷贝数量的增加均有促进作用,两者的数量在实验结束时分别为实验开始时的1.71倍和62.33倍;但不利于水体中含nir基因反硝化微生物数量的增长。细菌的数量和代谢活性之间并不存在对等关系;对AOB来说,354bpT-RFAOB数量多,但氨氧化活性极低;80bpT-RFAOB则相反。Nitrosomonas euraopaea数量和氨氧化活性均较高,且凤眼莲有利于其amoA的数量增加和转录。在扰动较小、无机氮含量较高的水体中,水生植物削减水体中87.60%的总氮,而挂膜模拟根际削减水体中91.78%的总氮,因此,水生植物并不一定作为水体氮素削减的主要手段,而可以从调控微生物的活性方面考虑。