HR-Peeper孔隙水采樣器:石臼湖沉積物中含磷功能微生物群變化后引發(fā)磷釋放
摘要
磷過量是湖泊水體富營養(yǎng)化的重要原因。由于水體溫度和深度的跨季節(jié)變化,湖泊生態(tài)系統(tǒng)中由phoD編碼微生物調(diào)控的堿性磷酸酶(APase)誘導(dǎo)的有機磷(P0)礦化過程仍然不明確。本研究采用化學(xué)萃取法和溶液31P核磁共振法測定了石臼湖不同季節(jié)水體和沉積物中的磷和沉積物中堿性磷酸酶(APA)活性及酶動力學(xué)參數(shù)。同時利用高通量測序技術(shù)獲得了編碼功能基因phoD的微生物群落的豐度和組成。結(jié)果表明,由于陸源輸入和生物量沉積的影響,從冬季到春季,水體深度越深,P0濃度越高,春季間隙水PO43-濃度顯著升高,特別是在5 cm左右的沉積物深度,最高可達0.43 mg/L。春季沉積物中較高濃度的單酯和二酯的降解和礦化加劇了間隙水中PO43-的負荷。春季較高的APA (91.6 μg/(g·h))是P0·礦化的主要原因。phoD編碼基因的絕對豐度在春季顯著上升,達到冬季的2.6倍,促進了APA在春季的產(chǎn)生。相對豐度> 4%的phoD編碼屬以Cobetia和Calothrix為主,水藻屬和Mitsuaria次之。優(yōu)勢菌屬與APA和P組分呈弱正相關(guān),表明低豐度菌屬也參與了APA的生成和P0的水解。本研究表明,高水溫、高深度促進了沉積物中P0的礦化,增加了水體中PO43-的不穩(wěn)定負荷,為富營養(yǎng)化湖泊的管理提供了有價值的信息。
采樣點分布圖與沉積物-水界面磷礦化的概念圖
利用HR-Peeper在不同采樣季節(jié)獲得沉積物孔隙水中(20 cm深度)P各組分的濃度。圓點的顏色代表不同的季節(jié)。經(jīng)單因素方差分析,各組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義,p<0.05。
不同季節(jié)樣品的多樣性及統(tǒng)計分析。(a)是基于OTU組成的phoD基因α-多樣性指數(shù)包括chao1、ACE、Shannon、Simpson;(b)和(c)是不同季節(jié)沉積物β多樣性指數(shù),包括PCA、PCoA、NMDS和PLS-DA分析。
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