硝酸塩施用は微生物の生物多様性を低下させたが、Ceratophyllum demersumの表在性バイオフィルムの脱窒剤を刺激した

Nitrate application decreased microbial biodiversity but stimulated denitrifiers in epiphytic biofilms on Ceratophyllum demersum.

• Ziqiu Zhang
• Hezhou Chen
• Xiaoying Mu
• Songhe Zhang
• Si Pang
• Okugbe Ebiotubo Ohore

抄録

窒素種の中でも硝酸塩はアンモニウムや亜硝酸塩に比べて安定性が高く、表層水中の重要な窒素汚染物質である。しかし、硝酸塩負荷下での水中マクロファイト上の表在性微生物群集の特徴についてはほとんど知られていない。本研究では、硝酸塩負荷下での表在性バイオフィルムにおける細菌と微生物の共起パターンと応答を調査した。その結果、硝酸塩負荷は細菌・真核生物群集に大きな影響を与え、また、β多様性の分割解析により、ターンオーバーがネステッドネスよりも全体の非類似性に大きく寄与していることが明らかになった。シアノバクテリア, α-プロテオバクテリア, β-プロテオバクテリア, アクチノバクテリア, プランクトミセス, バクテロイデス, γ-プロテオバクテリアが優占的な細菌群集であった。真核生物群集では、Metazoan（Arthropoda, Rotifera, Gastrotricha, Annelida, and Nematoda）と藻類（Bacillariophyta, Chlorophyta, Streptophyta）が優占していた。脱窒菌（Rhodobacter, Acinetobacter, Bacillus, Flavobacterium, Pseudomonas）や遺伝子（nirS, cnorB, nosZ）は硝酸塩負荷に伴って増加した。ネットワーク解析の結果、光合成微生物、メタゾアン、バクテリア（脱窒剤を含む）の間には、光合成、捕食、摂食を介して複雑な相互作用が潜在的に存在することが示された。本研究は、水中マクロファイトを有する湿地における硝酸塩除去メカニズムに影響を与える要因を理解するための新たな視点を提供するものである。

Among nitrogen species, nitrate is more stable than ammonium and nitrite, and it is an important nitrogenous pollutant in surface water. However, little is known about the characterization of epiphytic microbial communities on submersed macrophytes under nitrate loading. In this study, we investigated the co-occurring pattern and response of bacteria and microeukaryotes in epiphytic biofilms under nitrate loading. Nitrate loading significantly affected bacterial and eukaryotic communities, and turnover played greater contribution to the total dissimilarity than nestedness by partitioning beta-diversity analysis. Cyanobacteria, α-proteobacteria, β-proteobacteria, Actinobacteria, Planctomycetes, Bacteroidetes, and γ-proteobacteria were dominant bacterial phyla/classes. Metazoan (phylum Arthropoda, Rotifera, Gastrotricha, Annelida, and Nematoda) and algae (phylum Bacillariophyta, Chlorophyta, and Streptophyta) were dominated in eukaryotic communities. The abundances of denitrifying bacteria (Rhodobacter, Acinetobacter, Bacillus, Flavobacterium, and Pseudomonas) and genes (nirS, cnorB, and nosZ) increased with nitrate loading. The network analysis showed there were complex interactions among photosynthetic microbes, metazoan, and bacteria (including denitrifiers) that they were potentially interrelated via photosynthesis, predation or feeding. This study provides new perspectives into understanding the factors affecting nitrate removal mechanisms in wetlands with submersed macrophytes.

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