中国低温湿地有机质厌氧降解的温度敏感性及纳米四氧化三铁促进甲烷产生

【摘要】：我国青藏高原若尔盖湿地及东北的冻土、沼泽和稻田是我国低温湿地的典型代表,虽然处于低温地区,依然观测到明显的甲烷排放。目前这些低温湿地甲烷的产生和排放对气候变暖将如何响应还未知,因此,我们在实验室条件下研究这四个低温湿地甲烷产生的温度敏感性。研究表明,甲烷产生的温度敏感性可划分为低温范围(20℃)和中温范围(20℃-35℃),在低温范围内,温度敏感性更高。乙酸型产甲烷菌Methanosarcinaceae是低温条件下的优势产甲烷菌,随着温度升高,氢型产甲烷菌Methanobacteriales,Methanomicrobiales和Methanocellales的相对丰度会有所增加。mcrA基因丰度随着温度上升而增加,表明温度升高刺激了产甲烷古菌的生长。碳同位素测定结果表明,在低温条件下以乙酸型产甲烷为主,随着温度升高,甲烷产生途径发生转变,变成乙酸型和氢型产甲烷途径。总之,甲烷产生的温度敏感性的变化与产甲烷古菌群落结构和甲烷产生途径在不同温度的转变有关。 互营作用普遍存在于有机质厌氧发酵产甲烷过程中,而氢气和甲酸在互营氧化产甲烷过程中起着电子载体的作用,已有研究表明在以乙醇和乙酸为底物的互营氧化产甲烷过程中存在直接的种间电子传递,因此本研究以若尔盖湿地土壤为供试土壤,分别以乙酸、丙酸和丁酸为底物,通过添加导电性物质nanoFe3O4进行富集培养,研究体系中是否存在直接种间电子传递。研究结果表明三种富集培养体系nanoFe3O4处理均显著促进甲烷产生,由二氧化硅包覆nanoFe3O4后形成的nanoFe3O4@SiO2导电性降低且其不具备促进甲烷产生能力,而纳米石墨的添加明显的促进甲烷产生,但相同浓度下其促进作用小于nanoFe3O4。通过分子手段以及稳定同位素探针技术研究体系中的微生物群落结构,结果表明,丁酸互营氧化产甲烷体系主要的细菌是Syntrophomonas,主要的产甲烷古菌是Methanobacteriaceae;丙酸互营氧化产甲烷体系主要的细菌是Pelotomaculum,主要的产甲烷古菌是Methanobacteriaceae;而乙酸为底物的体系进行乙酸裂解产甲烷,主要的产甲烷古菌为Methanosarcinaceae。总之,本研究证明nanoFe3O4对甲烷产生有促进作用,但是没有证据显示在乙酸、丙酸和丁酸富集培养体系中存在直接的种间电子传递。 【关键词】：温度敏感性 湿地 nanoFe_3O_4 互营
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S154.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 研究意义8-9
• 1.2 有机质厌氧降解的机理9-16
• 1.3 胞外电子传递16-18
• 1.4 温度对厌氧降解产甲烷及微生物群落的影响18
• 1.5 土壤有机质降解温度敏感性的表征18-19
• 1.6 研究目标、内容与技术路线19-21
• 第二章 材料和方法21-29
• 2.1 材料21-22
• 2.2 研究方法22-29
• 第三章 有机质厌氧降解温度敏感性分析29-43
• 3.1 引言29
• 3.2 材料和方法29-31
• 3.3 结果与分析31-41
• 3.4 讨论41-42
• 3.5 小结42-43
• 第四章 温度对微生物群落结构及活性的影响43-63
• 4.1 引言43
• 4.2 材料与方法43-44
• 4.3 结果与分析44-61
• 4.4 讨论61-62
• 4.5 小结62-63
• 第五章 纳米四氧化三铁促进甲烷产生的研究63-87
• 5.1 引言63
• 5.2 材料和方法63-67
• 5.3 结果与分析67-85
• 5.4 讨论85-86
• 5.5 小结86-87
• 第六章 结论与展望87-88
• 6.1 结论87
• 6.2 展望87-88
• 参考文献88-97
• 致谢97-98
• 个人简历98

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