亞硝酸鹽型厭氧甲烷氧化(nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO)是指以亞硝酸鹽(NO_2~-)為電子受體將甲烷(CH_4)氧化為二氧化碳(CO_2)的反應(yīng)過程,由Candidatus Methylomirabilis oxyfera介導(dǎo)完成,是耦聯(lián)氮循環(huán)和碳循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。青藏高原是全球范圍內(nèi)海拔最高、面積最大的高原,屬氣候變化和生態(tài)脆弱敏感區(qū)。目前,該地區(qū)草地土壤物質(zhì)循環(huán)是否存在N-DAMO反應(yīng)還未見報道。因此,研究青藏高原土壤中N-DAMO菌是否存在及其豐度、菌群結(jié)構(gòu)和活性與環(huán)境因子的關(guān)系,對于拓展N-DAMO菌在全球的生物地理分布信息、多樣性及其與碳氮循環(huán)關(guān)系,闡釋溫室氣體甲烷氧化的微生物機制以及青藏高原生態(tài)保護具有重要意義。本研究以青藏高原三種植被類型(沼澤草甸、高寒草甸和高山草原)土壤為研究對象,通過定量PCR、Hi-Seq高通量測序和穩(wěn)定性同位素活性示蹤等方法對土壤N-DAMO菌群進行分析,研究N-DAMO菌的豐度、多樣性及反應(yīng)活性,結(jié)合相關(guān)土壤理化性質(zhì),分析該生境中可能影響N-DAMO菌分布和菌群結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子,得到以下研究結(jié)果:1、首次發(fā)現(xiàn)青藏高原草地土壤中廣泛分布著N-DAMO菌。青藏高原土壤中N-DAMO菌16S rRNA基因的豐度在1.65±0.38×10~5~3.20±0.49×10~6 copies·g~(-1)dry weight之間,N-DAMO菌的豐度與NO_3~-濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.488,P0.01),與NH_4~+、NO_2~-、TIN含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.351,P0.05;r=-0.364,P0.05和r=-0.398,P0.05)。2、測序結(jié)果表明N-DAMO菌16S rRNA基因序列與已知的M.oxyfera菌親緣關(guān)系較近,相似度為95%~100%,M.oxyfera菌所屬的NC10門的序列數(shù)占到總序列數(shù)的97.37%,說明測序所獲得的特異性序列的豐度較高。但青藏高原生態(tài)系統(tǒng)中僅存在少數(shù)幾個與M.oxyfera菌親緣關(guān)系較近的細(xì)菌類別,種群多樣性水平不高。相關(guān)性分析表明,N-DAMO菌群落結(jié)構(gòu)組成與土壤NO_3~-含量極顯著正相關(guān)(r=0.930,P0.01),與土壤TIN含量顯著正相關(guān)(r=0.910,P0.05)。3、穩(wěn)定性同位素活性示蹤實驗于沼澤草甸和高寒草甸土壤中分別檢測到~(13)CO_2氣體含量和土壤~(13)C豐度的增加,表明N-DAMO反應(yīng)是碳氮循環(huán)的重要環(huán)節(jié),是青藏高原潛在的甲烷匯。Pearson相關(guān)性分析表明,青藏高原土壤樣品~(13)CO_2原子百分比(%)與土壤OC和NO_3~-含量呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.854,P0.05;r=-0.998,P0.05),土壤~(13)C豐度(%)與土壤OC含量呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.849,P0.05)。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X144;X172
【部分圖文】：

M.oxyfera能量代謝途徑示意圖(Wuetal.,2012a)

固氮作用指的是固氮微生物將氮氣(N2)轉(zhuǎn)化為氨的過程，氨化作用指的是將含氮化合物轉(zhuǎn)化為 NH3，從而為后續(xù)的硝化作用提供必要的前提條件。一般認(rèn)為硝化作用分為兩個過程來進行，第一個過程指的是氨態(tài)氮(NH4+)氧化為亞硝態(tài)氮(NO2-)的氨氧化過程(Ammonia oxidation)，第二個過程指的是亞硝態(tài)氮(NO2-)氧化為硝態(tài)氮(NO3-)的亞硝酸鹽氧化過程(Nitrite oxidation)。反硝化作用指的是將NO3 還原為 N2O，其中產(chǎn)生的 N2和 NO 排放到大氣中。近幾年來，研究者檢測到許多新的土壤氮循環(huán)微生物代謝過程，從而使全球氮循環(huán)理論體系得以完善和修正�，F(xiàn)階段，新發(fā)現(xiàn)的兩個氮循環(huán)相關(guān)微生物反應(yīng)過程：厭氧氨氧化反應(yīng)(anaerobic ammonium oxidizing, Anammox)(Mulder et al.,1995)和亞硝酸鹽型厭氧甲烷氧化反應(yīng)(N-DAMO)均是以 NO2 為電子受體，分別指的是將氨氧化為 N2和將 CH4氧化為 CO2的微生物反應(yīng)過程。這兩個微生物反應(yīng)過程的發(fā)現(xiàn)豐富了全球碳氮循環(huán)的相關(guān)內(nèi)容，改變了學(xué)術(shù)界對碳氮循環(huán)相關(guān)微生物的一貫認(rèn)識，為土壤微生物碳氮循環(huán)過程增添了全新的途徑(沈李東等，2011)(圖 1-2)。

蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 青藏高原亞硝酸鹽型厭氧甲烷氧化微生物研究第二章 研究材料與方法2.1 研究位點及樣品采集研究區(qū)域為蘭州大學(xué)高寒草甸與濕地生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，位于青藏高原東南緣的甘肅省甘南藏族自治州瑪曲縣境內(nèi)(101°53′E，33°58′N，海拔3500 m左右)，如圖 2-1 所示。該地區(qū)氣候類型屬于低溫濕潤的高原大陸性氣候(Zheng et al.,2011)，根據(jù)甘南合作氣象站的觀測數(shù)據(jù)顯示，該地區(qū)的年平均降雨量為 500 mm左右(Zhao and Zhou, 1999)，且降雨多集中于夏季，年平均氣溫僅為 2.4℃ (Liu etal., 2012)。植被蓋度較高達(dá)到了 90%以上，土壤類型主要為泥炭土。植物優(yōu)勢種為苔草(Carex thibetica Franch.)、鵝絨委陵菜(Potentilla ansrina L.)、矮嵩草(Kobresia humilis (C. A. Mey. ex Trautv.) Sergiev)等。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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1 沈李東;濕地亞硝酸鹽型厭氧氨氧化和厭氧甲烷氧化微生物生態(tài)學(xué)研究[D];浙江大學(xué);2014年

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1 耿丹丹;硝態(tài)氮還原型厭氧甲烷氧化微生物富集[D];重慶大學(xué);2015年

本文編號：2819239