湖泊外源溶解有机碳的光降解作用对细菌碳源利用的影响

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在贫营养水体中,外源性有机碳的输入是对生物碳源的一种补给。外源输入的溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)大多是高分子量的腐殖质类物质,其地球化学行为可能非常惰性,很难被浮游生物直接吸收利用。但这些高分子量的DOC中含有许多可吸收太阳光的显色基团,具有显著的光化学活性。本文通过室内模拟腐殖酸紫外光降解和细菌培养实验,探究不同紫外光照强度对外源溶解性有机碳(DOC,以腐殖酸为主要组成)的紫外光降解规律和紫外光降解产物的影响,分析外源DOC紫外光降解程度和营养盐浓度对细菌生长和群落结构的影响。  研究发现紫外辐射使得腐殖酸溶液浓度不断减少,相对分子量下降,而且紫外光照强度越强,腐殖酸的紫外光降解程度越大。UVA类腐殖质降解速率最快,其次是UVC类腐殖质和类色氨酸,降解最慢的是UV类腐殖质,类络氨酸荧光强度几乎未见变化。利用不同紫外光降解程度的腐殖酸溶液培养细菌,发现腐殖酸紫外光降解产物中的小分子物质更容易被细菌利用,并促进细菌生长速率。在相同光照条件下培养细菌,添加不同浓度的NaNO3和KH2PO4,发现营养盐浓度越高,细菌的丰度就越高,表明细菌更容易吸收利用低C∶N和C∶P比的物质。营养盐提高了细菌对碳源的利用率。  随着时间的推移,各样品中Chaol和Shannon指数逐渐降低,说明随着DOC和营养盐的消耗,细菌的物种丰富度和多样性不断减少。不同光照和营养盐条件下,属水平上的细菌群落结构变化差异显著,不同光照条件下系统中对照组优势菌属是Aquabacterium;20W紫外灯光照组的优势菌属是Aquabacterium和Limonbacter;40W紫外灯光照组的优势菌属是Flavobacterium和Limonbacter;不同营养盐条件下系统中对照组的优势菌属是Flavobacterium和Novosphingobium;1bei营养盐和2bei营养盐添加组的优势菌属是Armatimonadetes_gp4和Sediminibacterium。结果表明,细菌群落结构变化与DOC可利用性和营养盐浓度密切相关。  综上所述,紫外辐射改变了腐殖酸的分子结构,降低了腐殖酸的相对分子质量,并产生了小分子物质。不同腐殖酸光降解程度和不同营养盐浓度对细菌碳源的利用率和群落结构均有显著的影响。
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