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洪湖是长江中上游典型的过水型湖泊,近几十年养殖业以及工农业活动使洪湖严重富营养化。为研究不同深度的沉积物中TC、TOC和TN等营养物质和微生物的相互作用和协同演化,本实验截取了一个长70 cm的沉积柱,并根据同位素定年的分析,得出0-70 cm沉积柱对应117年的沉积历史；同时还测定了营养元素和理化性质的垂直变化。分析显示,在37 cm以下(1965年以前)的沉积物中营养元素保持较低水平；从1965年开始,TC、TOC和TN等指标的含量逐渐升高,并在1998年(22～24 cm)出现一个最高峰,在20 cm之后趋于稳定。在此基础上,分别截取了上层(10～12 cm)、中层(22～24 cm)和下层(52～57 cm)三个具有典型差异的反映人为和自然环境变化的沉积层次进行微生物学研究。共构建6个细菌和古菌的16S rDNA克隆文库,以限制性酶切片段长度多态性(RFLP)测定了其丰度及多样性,并完成了测序和系统发育分析。结果显示,三个层次中细菌群落组成涵盖了变形细菌(Proteobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、浮霉菌门(Planctomycetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、绿菌门(Chlorobi)、放线菌门(Actinobacteria)等类群。其中最上层和最下层的细菌群落结构均以拟杆菌门为主,分别占到细菌总克隆子数的77%和88%。中间层次类群丰富,分布较为均匀,除6变形细菌略高(19%)外,其他类群所占比例差异相对较小或不明显。这与1998年特大洪水有关。不同深度的沉积物中古菌类群均由泉古菌门(Crenarchaeota)和广古菌门(Euryarchaeota)两大类组成,但不同层次间古菌类群组成差异明显。除硫球菌目(Desulfurococcales)是中间层所独有类群,最下层则以盐杆菌纲(Halobacteria)和热球菌纲(Thermococci)为独有类群；热原体纲在上层和中间层均保持较高比例(分别为31%和30%),在最下层则明显减少(13.9%)；甲烷微菌目与热原体纲的垂直分布相似,表现出共减少的趋势,暗示二者可能有共同的营养需求或者在生理代谢上相互依赖。此外,不同深度泉古菌克隆子的比例也有差异,在上层的比例为55%,中间层为52%,而在下层最高,为63%。总之,由于C、N等营养条件的巨大差异,不同深度微生物群落结构具有明显的垂直变化,特别是中间层,微生物多样性和群落结构受到1998年洪水的显著影响。本研究对沉积物中微生物的多样性和垂直变化的分析,为阐明微生物在沉积物碳氮硫等的地球化学循环中的作用提供了依据,同时也为研究洪湖沉积物中CO2和CH4等温室气体的产生与释放提供了重要参考资料。