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HR-Peeper孔隙水采样器:石臼湖沉积物中含磷功能微生物群变化后引发磷释放

更新时间:2023-10-09   点击次数:335次


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摘要




磷过量是湖泊水体富营养化的重要原因。由于水体温度和深度的跨季节变化,湖泊生态系统中由phoD编码微生物调控的碱性磷酸酶(APase)诱导的有机磷(P0)矿化过程仍然不明确。本研究采用化学萃取法和溶液31P核磁共振法测定了石臼湖不同季节水体和沉积物中的磷和沉积物中碱性磷酸酶(APA)活性及酶动力学参数。同时利用高通量测序技术获得了编码功能基因phoD的微生物群落的丰度和组成。结果表明,由于陆源输入和生物量沉积的影响,从冬季到春季,水体深度越深,P0浓度越高,春季间隙水PO43-浓度显著升高,特别是在5 cm左右的沉积物深度,最高可达0.43 mg/L。春季沉积物中较高浓度的单酯和二酯的降解和矿化加剧了间隙水中PO43-的负荷。春季较高的APA (91.6 μg/(g·h))是P0·矿化的主要原因。phoD编码基因的绝对丰度在春季显著上升,达到冬季的2.6倍,促进了APA在春季的产生。相对丰度> 4%的phoD编码属以Cobetia和Calothrix为主,水藻属和Mitsuaria次之。优势菌属与APA和P组分呈弱正相关,表明低丰度菌属也参与了APA的生成和P0的水解。本研究表明,高水温、高深度促进了沉积物中P0的矿化,增加了水体中PO43-的不稳定负荷,为富营养化湖泊的管理提供了有价值的信息。

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采样点分布图与沉积物-水界面磷矿化的概念图

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利用HR-Peeper在不同采样季节获得沉积物孔隙水中(20 cm深度)P各组分的浓度。圆点的颜色代表不同的季节。经单因素方差分析,各组间差异有统计学意义,p<0.05。

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不同季节样品的多样性及统计分析。(a)是基于OTU组成的phoD基因α-多样性指数包括chao1、ACE、Shannon、Simpson;(b)和(c)是不同季节沉积物β多样性指数,包括PCA、PCoA、NMDS和PLS-DA分析。