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微生物介导着海洋氮循环,调控着生物可利用的营养物质、初级生产力以及温室气体的产生和消耗,海洋微生物生态是海洋生态系统的重要组成部分。近几十年来,以湛江为代表的粤西地区,由于水产养殖业和食品加工业的快速发展,近岸海域的富营养化作用加重,对粤西海域的微生物生态造成一定影响。对这一地区海域的微生物生态调查,对于认识环境状况,制定环境保护和治理对策,具有十分重要的现实意义。硝化作用,由氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)驱动的氨氧化过程和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)执行的亚硝酸盐氧化过程构成,是海洋氮循环的关键中心环节。氨氧化微生物在自然界中广泛分布,它们的相对丰度、生物多样性以及对整个硝化作用的相对贡献因环境而异;NOB一直被人们忽略,直到最近发现NOB除了氧化亚硝酸盐之外,还具备多种其它生态功能才获得重视。目前,对热带近海硝化微生物的时空分布特征认识还远不足,因此,针对相同地域AOA、AOB和NOB的时空分布规律进行研究具有科学意义。本研究基于氨单加氧酶(ammonia monooxygenase,AMO)基因(amoA)和亚硝酸盐氧化还原酶(nitrite oxidoreductase,NXR)基因(nxrB),通过荧光定量PCR和扩增子高通量测序首次从湛江湾湾内至南海西北部方向上对氨氧化微生物和亚硝酸盐氧化细菌丰度、多样性以及群落结构与环境因子的相关性进行研究。得出以下结论:1.湛江湾内冬季AOB丰度显著高于其他季节,AOA丰度稳定在10~5copies,Nitrospira属丰度显著高于Nitrospina属丰度。从湛江湾口外延至粤西跨陆架海域,水平方向上,AOA丰度不断增加,AOB丰度稳定在10~6数量级;Nitrospira和Nitrospina属丰度从近岸至跨陆架中部不断增加,随后保持稳定。南海西北部海域垂直方向上,AOA随着采样深度的增加而不断增加,至真光层中部(100m水深)到达丰度最大值,往下趋于稳定,AOB丰度稳定在10~5数量级;Nitrospira在表层丰度最大,随着采样深度的增加而不断减少,至真光层中部(100m水深)到达丰度最小值,往下保持稳定,Nitrospina在近表层(0-50m水深)丰度几乎无差异,随着采样深度的增加而不断增加。2.湖光玛珥湖生境中AOA和AOB、Nitrospira和Nitrospina属的生物多样性最低,而以上菌群在湛江湾生境表现出最大生物多样性。氨氧化微生物在不同生境中的群落组成存在显著差异:湛江湾和湖光玛珥湖生境中AOA的主要种属均为Nitrosopumilus,湛江湾水体中主要的AOB种属为Nitrosomonas,而湛江湾沉积物和湖光玛珥湖沉积物中AOB的优势菌属为Nitrosospira。Nitrospira和Nitrospina在不同生境中的组成也显著差异,Nitrospira在各生境中普遍存在,而Nitrospina几乎只存在于咸水生境。3.温度(P<0.01)、盐度(P<0.05)、pH(P<0.001)和硝酸盐浓度(P<0.05)显著影响湛江湾和湖光玛珥湖中AOA的群落结构,同样AOB的群落结构也受到温度(P<0.05)、盐度(P<0.05)和硝酸盐浓度(P<0.001)的影响。Nitrospira属群落结构受到温度(P<0.001)、盐度(P<0.05)、pH(P<0.001)以及溶解氧含量(P<0.01)的共同影响,Nitrospina属群落结构仅受到温度(P<0.05)和溶解氧(P<0.01)含量的影响。温度和溶解氧调控着湛江湾内氨氧化微生物的基因丰度,Nitrospira和Nitrospina属丰度除了受到温度和溶解氧以外,还受到铵盐、亚硝酸盐以及硝酸盐浓度的共同影响。