厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,anammox)过程是近二十年来颠覆人们对微生物氮循环认识的重要过程之一(Jetten et al.2009)。一直以来,人们普遍认为反硝化过程是唯一能够产生氮气的微生物过程。Anammox过程的发现不仅证实了存在氧化NH4+同时还原NO2-产生氮气的理论依据(Mulder et al.1995),而且为新的废水脱氮工艺的开发与应用提供了可能(Kartal et al.2010)。目前研究发现,anammox细菌广泛存在于海洋,陆地、淡水等各种各样的自然生态系统中(Humbert et al.2010,Hu et al.2011),但是anammox细菌在富营养湖泊的沉积物环境中的分布、群落组成、多样性和氮转化速率仍不全面,其主要环境驱动因子尚需探明。本研究选取富营养湖泊太湖的沉积物作为研究对象,探究不同湖区不同深度的0-10 cm沉积物中anammox细菌的水平和垂直分布特征,并分析其主要环境驱动因子。本研究采用微电极系统测定沉积物柱中DO(dissolved oxygen)、Eh(oxidation-reduction potential)等理化性质,采用定量 qPCR(Quantitative PCR)测定相关微生物的基因丰度,采用IlluminaMiseq高通量测序、DGGE图谱等技术手段测定和计算相关微生物的群落结构和多样性特征,并采用15N同位素标记技术测定沉积物中anammox过程和反硝化过程的N转化速率,以期综合评价富营养的太湖沉积物中anammox细菌的分子生态学和活性特征受营养水平、植被类型和沉积物环境的影响。主要结果如下:(1)对太湖三个湖区梅梁湾(ML)、贡湖湾(GH)和胥口湾(XK)0-10 cm沉积物中的anammox细菌丰度、AOA丰度和AOB丰度研究结果显示:anammox细菌、AOA和AOB丰度均呈现0-5cm泥层显著高于5-lOcm泥层的趋势。此外,ML样点的anammox细菌和AOB丰度均显著高于其他两个样点,而ML样点的AOA丰度显著低于其他两个样点。回归分析显示沉积物中TN、NH4+-N和TOC含量对anammox细菌丰度,DOC和TOC含量对AOA丰度,TN和NO2--N含量对AOB丰度均有显著影响。太湖不同湖区沉积物中anammox细菌和AOB的群落结构也存在样点差异,其中ML样点与其他两个样点的差异性最大。TN含量、NO2--N含量、pH值、TOC/TN和DOC含量是影响anammox群落和AOB群落分布不可忽视的重要因子。总之,0-5 cm深度的表层沉积物是具有氨氧化功能的微生物集中区域;相比湖泊类型,营养水平可能对anammox细菌和好氧氨氧化菌的分布和群落影响更强烈。(2)对太湖梅梁湾(HN)和湖心(LN)样点沉积物中anammox细菌垂直分布特征研究结果显示,在LN样点中anammox细菌相对丰度随着深度的增加而出现先增加后降低的趋势,在2-4 cm深度处达到峰值;而在HN样点anammox细菌相对丰度则随深度变化趋势不显著。另外,群落组成分析结果表明Candidatus Brocadia spp.占anammox细菌总量的83.5-100%,是沉积物中最主要的anammox细菌属。而Candidatus Kuenenia spp.虽然在LN样点各深度均被检出,但在HN样点只分布在沉积物4-5 cm深度处。回归分析和RDA分析指出TN和NH4+-N含量是影响anammox细菌的相对丰度和群落组成最关键的因子。此外,anammox细菌的多样性指数存在显著的样点差异,多样性主要DOC、TOC、NH4+-N和pH等因素影响。总之,N素营养水平会强烈影响沉积物柱中anammox细菌相对丰度和群落结构的垂直分布。(3)太湖不同湖区沉积物中anammox速率为4.3±2.9 nmol N2 g-1 h-1至30.3±11.5 nmolN2g-1h-1,显著高于沉积物中反硝化速率,沉积物anammox速率在不同湖区之间差异不显著。我们推测前者与沉积物中NH4+-N、温度和TOC/TN具有很大联系,而后者则与湖泊内部的异质性有关。此外,碳源和pH控制实验结果也显示强酸条件和添加碳源对anammox速率具有明显的抑制作用,而强碱条件对anammox速率具有促进作用。所以,我们推断在较低碳含量的碱性湖泊沉积物中anammox细菌可能承担着更重要的脱氮作用。