浑河底泥中甲烷相关微生物群落结构时空分布及与环境关系研究

摘要

河流是全球甲烷排放相关的重要生态系统类型之一，深入了解其在全球甲烷循环过程中的作用对于认识全球温室气体的产生具有重要作用。目前，对于甲烷相关微生物群落特征的研究多数围绕在稻田、湿地、湖泊等生态环境中，而针对河流的研究却鲜见报道。本研究采用PC R-RFLP(限制性片段长度多态性聚合酶链反应)技术和克隆文库技术等方法，对浑河底泥中产甲烷菌和反硝化厌氧甲烷氧化菌群落结构进行了检测并对其多样性以及与环境因子相关性进行了分析。对产甲烷菌和反硝化厌氧甲烷氧化菌的甲基辅酶M还原酶基因(Methyl Coenzyme M Reductase A, mcrA)、甲烷氧化单加氧酶基因α亚基(Particulate Methane Monooxygenase, pmoA)和反硝化厌氧甲烷氧化菌16S rRNA基因进行研究以便全面了解甲烷循环相关微生物群落特征。论文得出以下主要结果： （1）浑河底泥中存在大量的不可培养的反硝化厌氧甲烷氧化菌。检测到的反硝化厌氧甲烷氧化菌16S rRNA基因序列和pmoA功能基因序列主要与河流底泥、湖泊沉积物、泥炭地沉积物、污水厂活性污泥、地下生态系统沉积物以及水稻田底泥等作为接种物得到的富集培养物的序列高度相似。反硝化厌氧甲烷氧化菌群落结构时空变化特征较为明显，多样性易受到周边环境的影响。 （2）浑河底泥产甲烷菌的多样性划分为4大类群：甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷微菌目(Methanomirobiales)、甲烷胞菌目(Methanocellales)和甲烷八叠球菌目(Methanosarc ina les)。 （3）浑河底泥中Methanosarcina为优势菌属。从河流上游到下游，产甲烷菌的群落结构呈现出空间变异的特征。河流上游占优势的产甲烷菌菌属为Methanosarcina和 Methanospirillum；中游主要菌属为 Methanosarcina、Methanobacterium和 Methanomethylovorans，下游主要菌属为 Methanosarcina和Methanobacterium.3月份和9月份占优势菌属均为 Methanosarcina和Methanobacterium. （4）浑河水样中TOC、pH值和BOD5以及泥样TN、含水率和电导率是影响反硝化厌氧甲烷氧化菌群落结构多样性的主要因素；水样中 TOC、BOD5、pH值和氨氮以及泥样TN、含水率和 DOC是影响pmoA功能基因的群落结构多样性的主要因素；水样中TO C、TP、亚硝氮和硝氮以及泥样电导率、DO C和含水率是影响产甲烷菌mcrA功能基因的群落结构多样性的主要因素。

目录

声明

第一章 引言

1. 1自然界甲烷的循环及相关微生物

1. 2 产甲烷菌和反硝化厌氧甲烷氧化菌多样性检测的标记基因

1. 3微生物群落结构及多样性的研究方法

1. 4目前研究进展

1. 5本研究的目的、意义、研究内容和技术路线

第二章 研究区域与方法

2. 1研究区域概况

2. 2样品采集及方法

2. 3分子生物学分析方法

2. 4数据分析方法

第三章 水质和底泥变化情况

3. 1水质理化指标

3. 2底泥理化指标

第四章 反硝化厌氧甲烷氧化菌16S rRNA基因和pmoA功能基因的群落结构特征

4.1 反硝化厌氧甲烷氧化菌16S rRNA基因的群落结构特征

4.2 pmoA功能基因的群落结构特征

第五章 产甲烷菌的mcrA功能基因的群落结构多样性

5.1 产甲烷菌的mcrA功能基因的群落结构的空间差异

5.2 产甲烷菌的mcrA功能基因的群落结构的时间差异

第六章 结论及建议

6. 1结论

6. 2建议

致谢

参考文献

附录 攻读硕士期间发表论文