嘉陵江流域湿地沉积物中厌氧甲烷氧化过程及其功能微生物研究.pdf
摘要
摘要
anaerobicoxidationof
河流湿地是重要的甲烷排放源。厌氧甲烷氧化（
methane，AOM）已被证实是自然生态系统中重要的甲烷汇，河流湿地，尤
其是受人为干扰较多的城市河流中，产甲烷活动和电子受体的富集为其厌氧
环境中AOM提供了必要的发生条件，使其成为减少河流甲烷排放的潜在策
略。然而，目前有关河流复杂环境中AOM与电子受体的耦合过程及参与该
过程的活性微生物代谢机制等尚缺乏深入的研究。
本研究以嘉陵江流域（南充段）为研究对象，采集河流沉积物进行微宇
宙培养实验，基于稳定性同位素核酸探针技术DNA-SIP（Stableisotope
probing）、16SrRNA测序和宏基因组测序对沉积物中微生物厌氧甲烷氧化过
程和功能微生物进行分析。该论文分为两大部分，一是针对受人为干扰较大
的城市段河流沉积物，探究电子受体对河流沉积物AOM过程的影响以及活
性微生物氧化甲烷的影响机制；二是以河流消落带为研究对象，揭示不同深
度沉积物中厌氧甲烷氧化微生物的分布，及其与不同电子受体的潜在耦合代
谢途径。该研究深化了对河流环境中甲烷的厌氧微生物降解机制的理解，为
控制河流温室气体排放提供微生物学数据支撑。论文的主要研究成果如下：
1）嘉陵江流域城市段河流沉积物厌氧甲烷氧化速率为3.44-3.91μgCg−1
−1
d。厌氧培养160天后，沉积物甲烷氧化微生物的丰度增加了48.39%。基于
13
DNA-SIP分离的C-DNA分析表明，该沉积物的厌氧甲烷过程由古菌
CandidatusMethanoperedensNC10
、硝酸盐型厌氧甲烷氧化细菌（门）
CandidatusMethylomirabilis、好氧甲烷氧化细菌CandidatusMethylospira等多
种甲烷氧化微生物共同执行。在加入电子受体NO后，促进了Candidatus-
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Methylomirabilis、MethylomirabilaceaeMIZ17、Methylomirabilaceae
13-
Sh765B-TzT-35等NC10门的甲烷氧化菌对CH的同化，表明NO浓度的增
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加能促进反硝化型厌氧甲烷微生物的生长。加入不同铁矿物处理中，AOM过
程由不同的甲烷氧化微生物菌群主导。加入水铁矿促进了Candidatus
Methylomirabilis、MethylomirabilaceaeZ114MB74等的代谢活性，而加入
EDTA-Fe(Ⅲ)则促进了隶属于TypeⅠ的甲烷氧化菌Methylobacter和古菌
CandidatusMethanoperedensnorank_MarineBenthicGroupD
、的生长。对从
131313
CH标记处理中分离出的C-DNA进行宏基因组分析发现，同化CH的
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微生物除具有pmoA、fae、FDH等参与好氧甲烷氧化的功能基因外，同时还
具备norB（编码一氧化氮还原酶）、nosZ（编码氧化亚氮还原酶）、cysH（编