高原湖泊甲烷厌氧氧化潜势及其相关功能微生物群落结构研究—以昆明滇池为例

Cutting emission of greenhoue gas is a hot spot in the field of global change.Anaerobic methane oxidation plays important role in controling global methane balance and reducing the greenhouse effect caused by methane. Eutrophication lake is the major source of methane, but anaerobic methane oxidation can cut methane emission. The rich organic matter, methane and NO2-/NO3- in eutrophication lake make it to be the idea study site for anaerobic methane oxidation. However, the studies of anaerobic methane oxidation potential, and the revelant functional microbe in eutrophication lake are lacking.We plan to regard eutrophication lake dianchi as the research object, and analyze the anaerobic methane oxidation potential by anaerobic incubation method, microbial community and abundance by DNA-based stable isotope probing and molecular biology methods. The relationship among key environmental factors, microbial community and anaerobic methane oxidation potential are also need to be explored. This study has important practical guiding value for reducing the greenhouse effect caused by methane, and provides new idea and choice for methane cutting in eutrophication lake.

温室气体的减排相关研究是当今全球变化领域研究的热点问题。甲烷厌氧氧化作用在调控全球甲烷收支平衡以及缓解因甲烷引起的温室效应等方面扮演着十分重要的角色。富营养化湖泊是甲烷排放的重要源，但甲烷厌氧氧化作用能消耗很大一部分的甲烷，减缓甲烷向大气中的排放。富营养化湖泊中丰富有机质、甲烷和NO2-/NO3-离子为研究甲烷厌氧氧化作用提供了理想的场所。但关于高原富营养化湖泊甲烷厌氧氧化潜势及其相关功功能微生物群落方面的研究比较缺乏。本项目拟以我国典型高原富营养化湖泊滇池为研究对象，通过室内厌氧培养的方法研究量化甲烷厌氧氧化潜势；通过稳定性同位素核酸探针技术DNA-SIP和分子生物学手段相结合的方法研究甲烷厌氧氧化微生物群落和丰度，并探讨关键环境因子、甲烷厌氧氧化微生物与甲烷厌氧氧化潜势之间的关系。该研究对减缓因温室效应而带来的气候变暖具有重要现实指导意义。

温室气体减排的相关研究是当今全球变化领域研究的热点问题。甲烷厌氧氧化作用在调控全球甲烷收支平衡以及缓解因甲烷引起的温室效应等方面扮演着十分重要的角色。富营养化湖泊是研究甲烷厌氧氧化作用提供了理想的场所,但关于高原富营养化湖泊甲烷厌氧氧化潜势及其相关功能微生物群落方面的研究比较缺乏。本项目以我国典型高原富营养化湖泊滇池为研究对象，在全面综述了微生物介导的反硝化型甲烷厌氧氧化过程研究进展的基础上，初步量化了滇池不同富营养化和不同面源污染程度区域沉积物的甲烷产生和氧化潜势，并揭示了环境因素和功能微生物类群的调控作用。主要研究结论如下：.（1）滇池不同富营养化程度地区（草海和外海区域）沉积物的产甲烷菌丰度范围为5.91E+7-7.74E+8拷贝数/g，且在不同富营养化区域存在显著差异，表现为外海中>外海南>草海>外海北。.（2）滇池不同富营养化区域的甲烷厌氧氧化活性范围为1.71-5.07μg/g/day，且在富营养化程度最高的草海区域呈最大值。Candidatus Methylomirabilis的相对丰度（84.86-98.13%）在不同富营养化区域没有显著差异。甲烷厌氧氧化速率与沉积物的碳氮含量及Candidatus Methylomirabilis的相对丰度显著正相关，而与总磷和pH显著负相关。.（3）在滇池不同面源污染区湖滨带湿地间，沉积物产甲烷菌（3.7578E+9-2.671E+10copies/g）、ANME古菌（9.925E+4-8.901E+5copies/g）、NC10（9.545E+5-6.852E+9copies/g）丰度、产甲烷速率（0.262-17.648ug/g/∙d）、甲烷厌氧氧化速率（7.771-27.294ug/g/d）以及古菌的Shannon、Simpson、Faith和Pielou指数和细菌的Faith指数存在显著差异，而pomA（1.335E+7-5.45E+7copies/g）和甲烷好氧氧化速率（3.620-6.603ug/g/d）则无显著差异。在门水平上，细菌主要由Firmicutes和Proteobacteria组成，古菌主要由Thaumarchaeota、Crenarchaeota和Euryarchaeota组成。