[发明专利]一种DNA稳定性同位素探针原位揭示河湖底泥中厌氧铁氨氧化细菌的方法

说明书

本发明公开了一种DNA稳定性同位素探针原位揭示河湖底泥中厌氧铁氨氧化细菌的方法，包括：(1)采集氮素污染河湖底泥样品；(2)进行¹³C‑和¹⁵N‑同位素孵育实验；(3)采用氯化铯密度梯度溶液超高速离心方法分离重层DNA；(4)进行DNA标记程度评价及菌群结构分析。本发明提供了一种分析天然水体环境下鉴定非培养混合菌群中厌氧铁氨氧化细菌的方法，为研究和认识铁还原参与的氮素循环过程和开发自养型氮转化技术具有重要意义。

技术领域

本发明涉及微生物生态学技术领域，更具体地，涉及一种DNA稳定性同位素探针原位揭示河湖底泥中厌氧铁氨氧化细菌的方法。

背景技术

河流(湖泊)氮素污染是一个广泛、持久的环境污染问题，其主要成因是河流接受沿岸大量的氮素输入负荷超出了自身的自净能力，长期受到来自流域农村生活、农业施肥、畜禽养殖及城市生活等面源污染。为提高生态系统的修复能力和寻求新的生物脱氮方法，人们一直对自然界氮循环路径进行着不断的探索与认识。厌氧铁氨氧化(又称Feammox)是水、陆生态系统中新发现的氮素转化途径，连同异养反硝化、共反硝化及厌氧氨氧化路径共同促进污染水域的氮素转化。Feammox已经在森林土壤、沼泽、湿地等有见报道，将氨氮(NH₄⁺-N)分别氧化为氮气(N₂)、亚硝酸盐氮(NO₂^--N)和硝酸盐氮(NO₃^--N)作为最终产物。过程产生的NO₂^--N和NO₃^--N再联合Fe(II)氧化和异养反硝化等过程可实现深度的总氮(TN)去除效果。由于Fe元素在地球生物圈广泛存在，储存量高，其变价态形式多样(包括零价铁、Fe(II)和Fe(III)等)且易转化，因此Feammox具有广泛的研究与应用价值。厌氧铁氨氧化具有在厌氧条件下利用Fe(III)氧化NH₄⁺产生的N₂的特性，相比于传统硝化反硝化具有节省100％曝气和100％有机碳源的优势，具有巨大的环境与经济效益。

然而，受研究水平和时间的限制，与Feammox相关的微生物群落生物信息非常缺少，物种鉴定和生理特征分析受到很大挑战。有研究者观察到Geobacter和Shewanella属的细菌丰度与Fe(III)的还原速率和¹⁵NH₄⁺-N降解速率呈正相关，从而推断其是Feammox的执行者。另有同位素示踪实验表明Geothrix与Shewanella属与Feammox驱动的³⁰N₂产生有关。这些研究仅从统计和观察角度间接推断该途径的功能微生物群落，无直接证据显示Feammox细菌的群落生态功能和生理代谢特点。由于具有厌氧铁氨氧化功能的细菌在自然界种类较多，并且与其他细菌生态关联性较高，实验室不可以单独培养，因其环境非培养的特点而难以依靠传统单纯培养技术鉴定。因此，基于群落代谢功能的微生物鉴定方法显得尤为重要。