氮肥影响水稻土甲烷氧化的微生物学机制研究

水稻土碳循环直接影响全球变化和农业的可持续发展。水稻土既是重要的甲烷排放源，同时又氧化着大量的内源甲烷，水稻土的甲烷氧化直接关系到稻田的甲烷排放。氮肥施加是提高稻田单产的主要手段之一，同时也强烈影响着稻田甲烷氧化相关的关键微生物群落。本研究应用一系列分子微生物生态领域的新技术，包括稳定同位素探针技术、环境转录组学技术、实时定量PCR技术、16S rRNA基因和功能基因的末端限制性片段长度多态性分析及克隆、测序等研究水稻种植体系中与氮肥影响甲烷氧化过程相关的关键微生物群落，分析氮肥对水稻土甲烷氧化能力的影响，确定其中活跃好氧甲烷氧化菌种属，并从转录水平解析好氧甲烷氧化菌对氮肥的响应机制，探讨氮素对甲烷氧化活性的作用机理，为控制温室气体甲烷的排放提供微生物学基础。

1本项目主要研究了氮肥的施加对水稻田中好氧甲烷氧化和好氧甲烷氧化细菌群落组成和活性的影响。结合T-RFLP、rRNA-SIP、mRNA-qPCR等方法对 在有水稻植株的系统中，由于水稻土的甲烷排放受多方面因素的影响，氮肥对甲烷氧化的促进作用并没有显著降低水稻土的甲烷排放。甲烷氧化菌群落在不同水稻土部位差异显著，深层土中主要以II型甲烷氧化菌为主，而根际土和表层土中，I型甲烷氧化菌的相对丰度明显高于II型甲烷氧化菌。T-RF 437bp的甲基单胞菌属（Methylomonas）在根际土占据了绝对优势。通过水稻土的氮素矿化试验发现低温时不同pH水稻土氮素矿化对温度有相似的响应，但高温时不同土壤的氮素矿化显著不同；温度越高，氮素矿化越多，由此引起的水稻土氨氮浓度变化也越大。因此选择在常温25℃进行了富集培养试验。铵态氮肥的施加确实促进了水稻土的甲烷氧化，是通过促进甲烷氧化菌活性和群落生长来共同实现的。培养体系中以Ia型甲烷氧化细菌甲基细菌属（Methylobacter）和甲基孢囊菌属（Methylocystis）为主，并氧化着绝大部分的甲烷。Ia型甲烷氧化菌生长快速，氮肥的施加能使其迅速繁殖并在整个甲烷氧化菌群落中占主要；II型甲烷氧化菌生长相对较慢，但氮肥的施加也会促进其活性的表达，从而促进甲烷氧化。本项目已发表论文1篇，待发表论文2篇，参加国内学术交流4人次，培养研究生2名。