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题名: 青藏高原若尔盖高寒湿地甲烷代谢及功能微生物的研究
作者: 崔萌萌
学位类别: 博士
答辩日期: 2015-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 庄国强
关键词: 甲烷,若尔盖湿地,全球变暖,产甲烷作用,产甲烷菌,甲烷氧化作用,甲烷氧化菌,
其他题名: Methane metabolism and its associated microbes in the cold Zoige wetland of Tibet Plateau
中文摘要:     甲烷 (CH 4)是大气中重要的温室体,导致全球候变暖因素。 是大气中重要的温室体,导致全球候变暖因素。 全球气候变暖对生态环境有着负面的影响作用。大中 全球气候变暖对生态环境有着负面的影响作用。大中 全球气候变暖对生态环境有着负面的影响作用。大中 全球气候变暖对生态环境有着负面的影响作用。大中 全球气候变暖对生态环境有着负面的影响作用。大中 CH 4浓度取决于两种相 浓度取决于两种相 互拮抗又联系的微生物代谢活动 —— CH 4生成和 生成和 CH 4氧化作用。由产 氧化作用。由产 CH 4菌完 成的 CH 4生成作用是大气甲烷的主要物来源,有机厌氧降解最后步骤。 生成作用是大气甲烷的主要物来源,有机厌氧降解最后步骤。 生成作用是大气甲烷的主要物来源,有机厌氧降解最后步骤。 大部分 CH 4在进入大气之前经由 在进入大气之前经由 CH 4氧化菌消耗。 氧化菌消耗。 CH 4氧化作用是 CH 4的一个 重要的汇,可以在好氧或厌条件 下进行。温度是 CH 4生成和 CH 4氧化作用的 重要影响因素,而 CH 4作为全球第二大温室气体,其排放又进而影响候 作为全球第二大温室气体,其排放又进而影响候 作为全球第二大温室气体,其排放又进而影响候 变暖,因此 CH 4和全球气候变暖形成一个调节循环。 和全球气候变暖形成一个调节循环。
    湿地是大气中 CH 4的最大自然排放源。作为世界上高寒湿地,若尔 的最大自然排放源。作为世界上高寒湿地,若尔 的最大自然排放源。作为世界上高寒湿地,若尔 的最大自然排放源。作为世界上高寒湿地,若尔 的最大自然排放源。作为世界上高寒湿地,若尔 盖湿地是中国最大的 泥炭储备区,其碳量占总盖湿地是中国最大的 泥炭储备区,其碳量占总盖湿地是中国最大的 泥炭储备区,其碳量占总6.2%6.2% 。若尔 盖湿地位于对全球 气候变化特别敏感的青藏高原。因此,若尔是进行盖湿地位于对全球 气候变化特别敏感的青藏高原。因此,若尔是进行盖湿地位于对全球 气候变化特别敏感的青藏高原。因此,若尔是进行盖湿地位于对全球 气候变化特别敏感的青藏高原。因此,若尔是进行气候变暖 及 CH 4相关研究的理想地 区。若尔盖湿相关研究的理想地 区。若尔盖湿的 CH 4代谢 是揭示全球 变暖情况下高寒湿地碳循环的重要组成部分。
    围绕若尔盖湿地 的 CH 4代谢 ,本论文开展了以下工作:
    (1) 在厌氧条件下进行为期 84 天的微宇宙实验,利用室增温方法模拟 天的微宇宙实验,利用室增温方法模拟 研究 21 世纪末全球气候变暖以及植物对若尔盖湿地 CH 4排放和 产 CH 4菌 的 影响。研究结果表明:若尔盖湿地的 影响。研究结果表明:若尔盖湿地的 影响。研究结果表明:若尔盖湿地CH 4排放与温度之间呈正相关 排放与温度之间呈正相关 排放与温度之间呈正相关 系;但是实验增温没有改变若尔盖湿地的主要产 系;但是实验增温没有改变若尔盖湿地的主要产 系;但是实验增温没有改变若尔盖湿地的主要产 系;但是实验增温没有改变若尔盖湿地的主要产 系;但是实验增温没有改变若尔盖湿地的主要产 CH 4途径 —— 乙酸发酵 型,同时也对其 型,同时也对其 细菌 和古菌 的群落组成没有影响;此外,植物若尔盖 的群落组成没有影响;此外,植物若尔盖 的群落组成没有影响;此外,植物若尔盖 湿地的 细菌和 古菌的 群落组成。因此,本研究表明温度和植物共同 群落组成。因此,本研究表明温度和植物共同 群落组成。因此,本研究表明温度和植物共同 群落组成。因此,本研究表明温度和植物共同 影响若 尔盖湿地的 CH 4排放,其又进而影响全球气候变暖因此 排放,其又进而影响全球气候变暖因此 CH 4和全 球气候变暖形成一个调节循环。
    (2) 为了 更深入研究若尔盖湿地 CH 4生成作用,在 生成作用,在 15 ºC 15 ºC15 ºC和 30 ºC 30 ºC30 ºC的条件下 条件下 进 行为期 90 天的微宇宙实验,向培养体系中加入 天的微宇宙实验,向培养体系中加入 [13 C] 纤维素。研究结果表 纤维素。研究结果表 明:若尔盖湿地 CH 4排放与温度之间呈正相关系;未标记样品的表观 排放与温度之间呈正相关系;未标记样品的表观 排放与温度之间呈正相关系;未标记样品的表观 排放与温度之间呈正相关系;未标记样品的表观 排放与温度之间呈正相关系;未标记样品的表观 产 CH 4同位素分馏因子 同位素分馏因子 αc值的研究结果显示:若尔盖湿地主要 值的研究结果显示:若尔盖湿地主要 值的研究结果显示:若尔盖湿地主要 值的研究结果显示:若尔盖湿地主要 CH 4生成 途径为乙酸发酵型,温度对其没有影响。
    (3) 本研究选取若尔盖湿地的三种主要覆盖植被木里苔草、刚毛荸荠和两栖蓼的根际土壤,利用mcrA-454高通量测序技术和实时荧光定量PCR (qPCR)技术来进行若尔盖湿地产CH 4古菌的多样性和数量分析。研究结果表明:若尔盖湿地每克鲜土中mcrA基因的拷贝数为106到 108,两栖蓼样品中mcrA基因的拷贝数极显著的低于 (P<0.01)木里苔草和刚毛
荸荠样品;木里苔草和刚毛荸荠样品的产CH 4古菌群落结构组成相似,而两栖蓼样品与以上二者不同;若尔盖湿地含有三种类型的产CH 4古菌:乙酸营养型、氢营养型和甲基营养型,包括5个不同科的产CH 4古菌,分别Methanosaetaceae, Methanosarcinaceae, Methanobacteriaceae, Methanoregulaceae 和 an unclassified Methanomicrobia。
    (4) 在好氧和厌氧条件进行为期23天的微宇宙实验,向培养体系中加入13CH4来研究若尔盖湿地的CH4氧化速率。研究结果表明:若尔盖湿地的好氧和厌氧CH4氧化潜在速率(以NO2-为受体)分别为6.51 nmol·day 6.51 nmol·day6.51 nmol·day 6.51 nmol·day-1·g -1(dw ) CO 2 和 0.617 nmol·day 0.617 nmol·day0.617 nmol·day 0.617 nmol·day-1·g -1(dw )CO 2。据估算,整个若尔盖湿地每年通 。据估算,整个若尔盖湿地每年通 。据估算,整个若尔盖湿地每年通 。据估算,整个若尔盖湿地每年通 过好氧 和厌CH 4氧化消耗的 氧化消耗的 CH 4分别为 36 Tg 36 Tg36 Tg和 3.6 Tg 3.6 Tg3.6 Tg。
    (5) 本研究利用 454高通量测序技术和qPCR技术解析若尔盖湿地CH 4氧化菌的群落结构组成。研究结果表明:type I CH4氧化菌是若尔盖湿地的主要好氧CH4氧化菌, Methylobacter 约占50%;以Methylocystis为代表的type II CH4氧化菌也存在于若尔盖湿地;N-DAMO (nitrate/nitrite-dependent anaerobic methane oxidation) 16S rRNA 和pmoA基因分析结果表明若尔盖湿地含有属于NC10门的细菌;若尔盖湿地每克鲜土中pmoA和N-DAMO 16S rRNA基因的拷贝数分别为107 - 108和104 – 105;三种样品中,两栖蓼样品中的N-DAMO 16S rRNA基因拷贝数最高,但其pmoA的拷贝数最低。
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/34121
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崔萌萌-青藏高原若尔盖高寒湿地甲烷代谢及功能微生物的研究.pdf(7864KB)学位论文--限制开放 联系获取全文

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崔萌萌. 青藏高原若尔盖高寒湿地甲烷代谢及功能微生物的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015.
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