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好氧氨氧化作用是由氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)进行的。近年来针对这些氨氧化微生物生态学功能的研究越来越受到关注。而土壤中尤其是湿地土壤中氨氧化微生物的群落结构与生态功能更是近来的研究热点。氨氧化作用是地球氮循环的重要限速步骤之一,也是氨重新进入大气氮库的第一步,因此氨氧化微生物与环境的相互关系以及其在生态系统中的作用引起了广泛的关注。本课题在以黑龙江为代表的北方高寒地区,选择了五个原始生态环境保持完整的代表型沼泽湿地,用第二代测序技术对原核生物16S r RNA基因和氨氧化细菌的amo A基因进行测序。通过对以上两种分子生物标记基因的生物多样性分析,研究了AOA和AOB在寒地沼泽湿地中的多样性和群落结构的时空变化特征,以及其与土壤中的碳氮元素的关系。同时考察了AOA和AOB以及与这二者代谢途径有关的亚硝酸盐氧化菌(NOB)、甲烷氧化菌(MOB)和产甲烷菌在原核生物群落中相对丰度的相关性。在寒地沼泽湿地土壤中Nitrososphaera subcluster 1是寒地沼泽湿地中分布最广丰度最高的AOA品系。Nitrosotalea cluster这个嗜酸性的AOA品系,则在土壤p H呈较强酸性的洪河湿地、三江湿地和漠河湿地的土壤中呈现较高的相对丰度;但Nitrosotalea cluster对土壤中原位氧含量需求比Nitrososphaera subcluster 1要高,在被水浸没的湿地表层土壤中,由于极端缺氧,即使是在酸性土壤中其相对丰度也较低。Nitrosopumilus cluster则主要出现在偏中性并且有水浸没的土壤中,主要出现在七星河湿地,它的出现往往伴随着外源营养物质的干扰。寒地湿地土壤中AOB则大部分都属于亚硝化单胞菌科(Nitrosomonadaceae)。AOA群落在同一湿地的土壤中表现出了高度的相似性,虽然同一湿地中不同植被条件下AOA群落结构也存在差异,但这种差异并不显著。在垂直维度上,AOA的多样性在地表无水或少量水覆盖的土壤中呈现由表层土至深层土逐渐降低的趋势,但在地表有较深水覆盖的湿地土壤中,受植物根际的影响,中层土中AOA多样性最为丰富。AOA占原核生物群落的0.004%～0.29%,AOB占细菌群落的1.4%～6.5%。从冻融期开始到冻融期结束,AOB的相对丰度呈下降趋势;而在夏季到秋季AOB的相对丰度则变化不大。AOA的丰度变化则随着季节变化更为明显,在冬季其相对丰度最低;在冻融期AOA相对丰度增加,通常在冻融期结束时和夏季生长季呈现较高的相对丰度;在秋季相对丰度开始降低。在寒地湿地土壤中与AOA和AOB代谢相关的几种主要的微生物中,产甲烷菌甲大多属于甲烷杆菌纲(Methanomicrobia)是广古菌门(Euryarchaeota)的主要组成。NOB群落主要由硝化螺菌门(Nitrospirae)的硝化螺菌属(Nitrospira)和β-变形菌亚门Nitrotoga属组成。甲烷氧化菌(MOB)群落多样性较高但相对丰度仅有0.01%～0.59%。在这些微生物中,AOA的相对丰度与AOB的相对丰度呈很弱的负相关,但AOA的相对丰度与MOB和产甲烷菌的相对丰度,呈显著的负相关关系(P<0.01)。在湿地土壤这种极端缺氧甚至是厌氧的生境中,AOA、AOB和MOB对氧的竞争则是它们间的负相关关系的主要成因。