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鳗草(Zostera marina),又名大叶藻,是一种多年生海草,是海洋生态系统中重要的初级生产力,具有重要的生态价值和科研价值。前期研究通过比较有无鳗草环境中的微生物群落发现,有鳗草生长的沉积物中的微生物群落结构发生变化,但未能证明这种变化与鳗草直接相关。因此,本研究通过分析鳗草根部附近及距根部水平方向40cm和80cm处沉积物中的环境因子和微生物群落,筛选根部附近沉积物中的特有菌,探究沉积物微生物群落的改变是否与鳗草有直接的关系。然后通过分析不同氮源处理对鳗草氮吸收情况以及氮代谢关键酶活性的影响,探究鳗草对不同氮源的吸收特征。同时,还以AMT1.5和AMT2.3为例对鳗草铵根转运蛋白(ammonium transporter,AMT)进行了初步研究。1.沉积物中环境因子和微生物群落的水平方向变化本研究使用相应的物理化学方法和高通量测序技术,分别对采自山东省威海市双岛湾鳗草根部附近及距根部40 cm和80 cm处沉积物的环境因子和微生物群落进行了分析。结果显示,鳗草根部附近沉积物表现出高水溶性硫化物(water sulfide,WS)、高总氮(total nitrogen,TN),低无机氮、低磷、低有机质含量(sediment organic matter content,SOM)的特征,且通过比较氮磷比推测氮可能是双岛湾鳗草生长的限制因子。结果还显示,不同样品中的微生物群落组成不同,但均是以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、浮霉菌门(Planctomycetes)和酸杆菌门(Acidobacteria)的微生物为主。同时,在鳗草根部附近沉积物中检测到的微生物丰度和多样性均高于距根部较远的样品,并且根部附近沉积物中的特有菌多是与硫代谢和氮代谢相关的菌。相关性分析发现,SOM是影响微生物群落最重要的环境因子,且在根部附近沉积物中的含量低于距根部较远的样品中的含量。此外,在鳗草根部附近沉积物中检测到的有害菌的含量也低于距根部较远的样品中的含量。这表明,植物与环境因子可以相互协作,通过增加或减少某些微生物的丰度或多样性,进而改变环境中微生物的群落。因此说明沉积物中微生物群落的改变确实与鳗草直接相关。2.不同氮源处理对氮吸收和氮代谢关键酶活性的影响前期结果显示,氮可能是影响鳗草生长的主要因素。因此本研究通过添加不同类型的氮源,研究鳗草在不同氮源处理下的氮吸收情况和氮代谢关键酶活性的变化。结果显示,环境中的NH4+可抑制鳗草对N03-的吸收,而N03-可促进鳗草对NH4+的吸收。因此鳗草可能以NH4+作为主要的氮源。除此,N03-可以诱导硝酸根还原酶(nitrate reductase,NR)、亚硝酸根还原酶(nitrite reductase,NiR)、谷氨酰胺合成酶(glutamine synthetase,GS)和谷氨酸合成酶(glutamate synthase,GOGAT)的活性,而NH4+仅可诱导GS和GOGAT的活性,对NR的活性有明显的抑制作用,对NiR的活性无明显作用。这四种酶活性变化在陆生植物中也表现出相似的结果,但陆生植物以NO3-作为主要的氮源。因此推测,虽然鳗草对不同氮源的吸收与陆生植物不同,但氮代谢关键酶活性的变化可能与陆生植物是相似的。3.鳗草铵根转运蛋白AMT的初步研究与陆生植物不同,鳗草利用的主要氮源形式为NH4+。大多数植物对NH4+的转运主要是由AMT来完成的,并且尚未发现有关鳗草铵根转运蛋白的报道。因此,本研究基于Olsen et al.提交的鳗草全基因组序列找到了编码AMT的基因,以ZmAMT1.5和ZmAMT2.3为例对其基因序列特征、表达模式以及氨基酸序列和蛋白的基本特征、结构和进化地位进行了初步分析。结果显示,ZmAMTl.5和ZmAMT2.3基因的表达量均受到10μM/LNH4+的诱导,说明两种基因均在鳗草NH4+的转运过程中发挥作用。根据其表达情况,我们推测ZmAMT1.5可能为高亲和转运蛋白,而ZmAMT2.3可能属于低亲和转运蛋白。对其蛋白结构预测显示,两种蛋白均为结构较稳定的疏水性蛋白;ZmAMT1.5有9个跨膜域,而ZmAMT2.3有11个跨膜域,均为经典膜转运蛋白;但两者的3D结构存在差异且进化关系较远,推测可能与两者的功能差异有关。本研究结果显示,确实是鳗草的存在改变了其沉积物中的微生物群落,完善了前期的研究结果,不仅对开发利用鳗草的生态功能有重要的意义,对鳗草的保护和恢复的研究也有较高的参考价值。同时,本文对鳗草氮吸收、氮代谢关键酶的活性和AMT的研究,填补了鳗草AMT的研究空白,为鳗草氮代谢机制的解析和AMT的研究提供了基础资料。