文献综述
沉积物中栖息着数量众多、种类繁多、分布广泛的细菌群落，它们是由多种群落组成的微生物群落[1]，各个种群之间存在着共存、共生、互利、竞争等各种复杂的生物关系，并且细菌群落在物质循环和能量流动中起重要作用。而沉积物作为流域地表运移物质、大气沉降物质和湖泊内源物质的共同宿体，并作为细菌群落的载体，记录了区域气候变化、生态演化、人类活动等丰富的信息[2]。以沉积物作为介质对湖泊生物生态的研究历来是探索湖泊环境演变的重要部分，通过对细菌群落的研究来分析沉积物物质循环和能量流动是一个非常有效的方法[3]。在细菌群落的研究中，传统的方法主要是富集、选择、分离、培养和鉴定等步骤，与微生物学研究中的纯培养技术相一致，然而由于样品的复杂性，尤其是来自于污染环境或污染处理系统中的样品，能够被培养并分类出的细菌群落通常只是非常小的一部分。曾有学者研究得到，样品中的细菌种群复杂，只有很少的细菌能够在实验室条件下被培养分离，而绝大部分的细菌无法被培养。再者，即使在实验室运用培养技术而得到了纯菌株，也不可能完全还原到原始环境的条件中去，包括细菌的种别、种群大小、种群动态变化等情况及许多重要参数都无法被准确真实的反映[4]。而分子生物学在细菌群落研究中的应用随着近年来分子生物学的发展，越来越多的研究者开始运用分子生物学技术对细菌群落进行研究。其原因主要是该手段能够准确真实快速地反应细菌群落的状态及其种群的多样性，不需要对细菌进行培养和分离，直接从样品中提取细菌的DNA、RNA和蛋白等，甚至能在原位直接对微生物进行研究。因此，分子生物学在环境微生物领域的应用越来越普遍与广泛[5]。
采用分子生物学手段对湖泊沉积物进行研究，这既是对湖泊沉积物研究工作的继承，又为该研究提供了新的方法和技术途径。而DNA作为湖泊沉积物中一种重要的生物大分子，它既是遗传物质，也是生物信息的载体，所携带的精确的遗传信息可作为研究湖泊沉积记录中生物和环境信息的一项很好的技术指标[6]。聚合酶链式反应(PolymeraseChain Reaction)即PCR技术，是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术。通过分离提取湖泊沉积物中的DNA，选择合适七档的引物，经过PCR技术的扩增，结合荧光定量PCR技术，就能够确定湖泊沉积物中生物时空分布特征和有机物源，从而可以用来解释湖泊区域的环境演变[7]。
另外，氮循环也与微生物密切相关。在氮循环中，除分解过程和分泌过程中产生的氨和硝酸盐会扩散到沉积物以外，这两种营养物质还可能被微生物利用而进行新一轮的循环[8]。沉积物中的反硝化细菌将这些产物变成溶解的氮气，除了固定氮气的特定细菌外，大多数微生物都不能利用这些氮气。这些反应的速率对O2很敏感，且受到水流扰动的影响。因此，微生物在氮循环中扮演着关键角色，进而对海洋和全球的生产力起关键性作用[9]。另外，细菌群落进行碳循环、氮循环、硫循环中产生的物质能够通过生物体自身或者其他途径传递到水体，决定着水体的营养化状况，进而影响水质[10]。另一方面，水体中的化学物质又可以通过自然沉降等途径传递到沉积物中，并作为营养物质提供给沉积物中的微生物，影响沉积物中微生物的种类和数量。而氮素是氮循环的重要元素，也是组成生命的重要元素，同时也是水体富营养化、有害藻类赤潮爆发、温室效应以及臭氧层破坏等环境问题的决定因素之一[11，12]。全球氮的生物地球化学循环过程主要由微生物驱动。在湖泊沉积物系统中，沉积物在垂直方向上的氧化还原梯度明显，是微生物驱动的一系列氮氧化还原反应親合的重要场所[13]。因此，氮循环在整个生态系统中有着举足轻重的地位。氮循环主要包括固氮作用、氨化作用、硝化作用（好氧氨氧化与亚硝酸盐氧化）、反硝化作用、厌氧氨氧化作用、以及硝酸盐异化还原成铵等过程[14]。因此，本文在前人研究工作的基础上，对湖泊沉积物总DNA进行了提取，并对总DNA中与氮循环作用相关的nirS、nosZ、chiA、Amx、amoA等基因片段进行PCR扩增检测，初步分析了湖泊沉积物中总DNA的分布特征，以期为进一步通过分子生物学手段对湖泊沉积物的研究提供借鉴和参考[15]。
综上所述，细菌群落时空分布与环境因子间的关系表现出极大的关联。细菌的新陈代谢及其产物，不断地改变着沉积环境的物理、化学因素；沉积物的来源、性质以及物理、化学的因素也影响着细菌的种类组成和数量分布。因此，细菌指标的变化可反映沉积物质量的变化，从而对湖泊环境的变化具有一定的指示作用。本实验以环境因素对沉积物中细菌丰度的影响为角度展开，旨在填补相关的研究空白或补充不同地域沉积物的情况，丰富人们对湖泊生态环境的认知，并指引未来研究的方向。
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