甲烷是一種重要的溫室氣體,可以由產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生,濱海河流沉積物是其重要的潛在來源。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為,鐵氧化物能夠與產(chǎn)甲烷過程競爭電子,從而抑制甲烷產(chǎn)生。本研究團(tuán)隊前期的工作顯示,在異化鐵還原菌存在并適合胞外電子傳遞發(fā)生的條件下,可以種間通過直接電子傳遞的方式促進(jìn)甲烷產(chǎn)生。因此,揭示該區(qū)域內(nèi)鐵還原菌多樣性及其電活性、產(chǎn)甲烷菌多樣性及其產(chǎn)甲烷類型,并嘗試解析鐵氧化物轉(zhuǎn)化過程對甲烷產(chǎn)生過程的影響,對于評估河海交互區(qū)域溫室氣體排放潛力,闡明生物地球化學(xué)碳、鐵耦合循環(huán)具有至關(guān)重要的科學(xué)意義。本研究以受人為活動影響明顯的渤海及其入海河流沉積物為研究對象,分析了濱海河流不同區(qū)域的沉積物中鐵還原菌的多樣性,并分離得到一株新的具有電活性的鐵還原菌;揭示了鐵氧化物在厭氧產(chǎn)甲烷條件下的轉(zhuǎn)化規(guī)律;解析了渤海不同斷面沉積物中產(chǎn)甲烷菌的空間分布規(guī)律,以及由河到海空間與鹽度梯度條件下產(chǎn)甲烷菌多樣性與產(chǎn)甲烷類型的變化規(guī)律。在研究過程中獲得的主要結(jié)論如下:1、通過對濱海河流沉積物中電活性鐵還原微生物的研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)界河沉積物Jh2、Jh3樣品具有明顯的鐵還原活性;克隆文庫表明兩個位點具有特征性的鐵還原細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),Jh2樣品中鐵還原菌主要以Geobacter sp.為主;而Jh3樣品中鐵還原菌主要以Clostridium sp.為主;并在濱海河流沉積物中,分離得到了一株具有電活性的鐵還原菌(JhA)。以上結(jié)果拓展了對于Anaerosinus sp.這一新菌種電活性的認(rèn)識;同時,環(huán)境中新分離得到具有電活性的鐵還原微生物,將為重金屬環(huán)境修復(fù)提供菌株來源,具有潛在的應(yīng)用價值。2、通過對磁鐵礦在濱海河流沉積物產(chǎn)甲烷體系中產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化的研究,發(fā)現(xiàn)了該體系內(nèi)含有鐵還原微生物與產(chǎn)甲烷菌。其中,鐵還原微生物在無定形鐵存在情況下,與產(chǎn)甲烷菌競爭電子,從而抑制甲烷產(chǎn)生;但隨著無定形鐵轉(zhuǎn)化為磁鐵礦,產(chǎn)甲烷體系中具備了磁鐵礦介導(dǎo)的胞外電子傳遞條件,從而促進(jìn)了甲烷產(chǎn)生;而磁鐵礦本身也可以作為電子受體,被鐵還原菌還原競爭電子,抑制了前期甲烷產(chǎn)生。研究結(jié)果揭示了產(chǎn)甲烷菌群中磁鐵礦的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化對其中鐵還原菌和產(chǎn)甲烷古菌間電子傳遞過程的影響。3、通過對渤海不同海域沉積物中微生物群落多樣性與產(chǎn)甲烷潛力的研究表明,海底沉積物中微生物T-RFs片段相近,但其群落在空間分布上存在差異;沉積物中可提取態(tài)總鐵對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有顯著影響,但未有顯著影響古菌群落的環(huán)境因子;樣品中脫硫弧菌(Desulfovibrio)和硫桿菌屬(Thiobacillus)是主要優(yōu)勢細(xì)菌,甲烷桿菌屬(Methanobacterium)和甲烷八疊球菌屬(Methanosarcina)是主要優(yōu)勢古菌;富集過程中不同區(qū)域沉積物樣品產(chǎn)甲烷量不同,表現(xiàn)為近岸樣品產(chǎn)甲烷量較高。由以上結(jié)果推測,渤海沉積物中細(xì)菌尤其是與鐵循環(huán)相關(guān)細(xì)菌可能是影響產(chǎn)甲烷潛力的重要因素;同時,人為活動,如水產(chǎn)養(yǎng)殖,污水排放等造成的有機物輸入,可能增加了近海區(qū)域甲烷排放潛力。4、通過對渤海及其入海河流沉積物中產(chǎn)甲烷菌多樣性的研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)由河到海過程中產(chǎn)甲烷菌多樣性降低,且營養(yǎng)類型由復(fù)雜到單一;河海環(huán)境中甲基營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌存在差異性,渤海中以甲烷類球菌屬(Methanococcoides)為主,而黃河以甲烷八疊球菌屬(Methanosarcina)為主;在海水富集培養(yǎng)過程中海洋樣品仍以Methanosarcina為主,而河流樣品卻以未在原位樣品中檢測到的甲烷葉菌屬(Methanolobus)為主,該結(jié)果說明,渤海沉積物中產(chǎn)甲烷菌并非主要來源于黃河。同時,在河海環(huán)境中均分離得到梅氏甲烷八疊球菌(Methanosarcina mazei),說明該菌種具有良好的環(huán)境適應(yīng)性,而且可能是濱海環(huán)境中重要的產(chǎn)甲烷菌與碳循環(huán)參與者。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X172
【部分圖文】：

概況及樣品采集況重要內(nèi)海（圖2.2），其受人為活動影響明顯佩，2010）。一方面，入海河流界河（圖大的金礦—招遠(yuǎn)金礦（Ning et al., 2011）。的礦山廢水注入界河中，隨著河流行進(jìn)與微量元素，特別是河流中大量的可溶性二014），但其中的鐵還原菌作用并不明確。量最豐富（圖2.2），泥沙攜帶量最大的河流響，針對由河到海過程中產(chǎn)甲烷菌的空間分解甲烷菌的海水適應(yīng)性與產(chǎn)甲烷類型關(guān)系

第 2 章 材料方法河口沉積物樣品采集于招遠(yuǎn)界河流域，沿河流經(jīng)方向采集三個不同樣Jh1、Jh2 和 Jh3，圖 2.1）；在黃河流經(jīng)區(qū)域根據(jù)與入�？诘木嚯x，分別選取物 3 個位點（YR-1、YR-2、YR-3，圖 2.2），河流 3 個位點取樣重復(fù) 3 次；渤海不同區(qū)域沉積物（圖 2.2）：黃河河口附近區(qū)域（BHB），由渤海灣至遼橫貫渤海中部區(qū)域 M），渤海與黃海交匯區(qū)域（E）。采集到合適的沉積物樣速去除其中的大顆粒雜質(zhì)，如石頭、樹葉等，然后進(jìn)行均勻混合，并立即放樣冰盒內(nèi)帶回實驗室。

第 3 章 濱海河口沉積物中電活性鐵還原菌為進(jìn)一步探究克隆文庫中與鐵還原相關(guān)的克隆組成，選擇有代表性16SrRNA序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，如圖3.3所示。其中，地桿菌科（Geobacteraceae）與梭菌科（Clostridiaceae）是所有細(xì)菌中兩個重要組成部分，具有最高同源性的一些參考序列來源相同。全噬菌科（Holophagaceae）與紅環(huán)菌科（Rhodocyclaceae）有相同的參考序列。

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1 朱~

本文編號：2810567