基于气候变暖的我国典型湿地甲烷氧化能力及甲烷氧化菌菌群演替特征研究

Methane emission in wetlands has been increasing under global warming because of the huge quantity of carbon sources in wetlands. However, up to 90% of the methane produced in wetland can be attenuated by methane oxidizing bacteria (methanotrophs) before reaching the atmosphere, which balanced the methane sources and sinks in the atmosphere. In the circumstance of global warming, the understanding of potential methane oxidation rate and methanotrophsic succession in wetland plays centre role in demonstrating the methane cycle, or even in the carbon cycle. In this study, we chose the Zoige wetland of Tibetan Plateau, the Sanjiang Plain wetland and the Xianghai wetland of Songnen Plain as objects to investigate key issues in the process of methane oxidation under global warming.Temperature gradient cultivation simulation experiments were carried out to conduct the investigation. The potential methane oxidation rate were measured at each temperature gradient using high performance liquid chromatography (HPLC). Mean while, molecular microbial ecological methods were also used to demonstrate the succession and distribution of methanotrophs in the three wetlands.Besides ,we hope to obtain new methanotrophic isolates from targeted wetlands. Our study present here will provid theoretical bases for the understanding of carbon cycle in wetlands in China.

全球气候变暖使湿地碳库以甲烷的形式排放且呈递增的趋势，湿地中高达90%的甲烷在排放入大气之前会被甲烷氧化菌氧化，从而使湿地甲烷的源和汇趋近平衡。研究气候变暖环境下湿地甲烷氧化菌菌群演替特征及其在碳循环中的作用是解析湿地甲烷循环的主要环节，也是理解湿地碳循环的关键步骤。本项目以我国青藏若尔盖湿地，三江平原湿地，松嫩平原向海湿地为研究对象，通过野外考察采集典型土壤样品，进行室内温度梯度模拟气候变暖实验，研究气候变暖时湿地甲烷氧化过程中涉及的几个关键问题。本项目通过高效气相色谱方法测定温度梯度培养后湿地氧化甲烷能力的变化，了解温度对湿地甲烷氧化能力的影响。同时，本项目利用分子微生物生态方法，阐明气候变暖环境下甲烷氧化菌菌群的演替特征。另外，本项目还将展开甲烷氧化菌的分离工作。该项目可为气候变暖我国湿地碳循环的研究提供科学依据。

甲烷是地球大气中仅次于二氧化碳的第二号温室气体，对地球的生态环境产生诸多不利影响。湿地是最大的天然甲烷排放源，其甲烷排放量占总排放量的23%。然而，湿地中甲烷的实际产生量要比估算值大的多，这是因为湿地土壤中高达90%由产甲烷古菌产生的甲烷在释放进入大气之前可被甲烷氧化菌氧化。本项目以我国青藏若尔盖湿地、三江平原湿地、松嫩平原向海湿地为研究对象，通过野外考察采集典型土壤样品，研究湿地中甲烷微生物氧化过程中甲烷氧化菌的菌群特征。本项目利用多种分子微生物生态学技术，阐明我国典型湿地中甲烷氧化菌的菌群多样性及丰度特征，为我国湿地碳循环的研究提供科学依据。在历时一年的项目实施期间，课题组基本按时完成了计划书中的内容，已发表国际SCI学术论文1篇，中文核心期刊论文1篇，投稿中国际SCI学术论文1篇。对松嫩平原向海湿地及三江平原湿地不同植被覆盖下的土壤中甲烷氧化菌菌群多样性进行了深入的调查研究。研究发现：(1) 向海湿地中甲烷氧化菌有Ia型、Ib型及II型，并以Ia型的Methylobacter属为主要菌群，并有与Methylococcus属亲缘关系较近的新的甲烷氧化菌存在。qPCR结果显示该地区土壤中甲烷氧化菌pmoA基因拷贝数为106~108每克土壤鲜样， qPCR结果再次证实向海湿地甲烷氧化菌以I型为主。Tyhya orientalis植被土壤中甲烷氧化菌数量最多，表明该植被覆盖下的沼泽湿地在向海湿地甲烷氧化中起重要作用。(2) 克隆文库方法和454焦磷酸测序方法均表明，三江平原湿地中I型及II型甲烷氧化菌均为主要菌群，其中以I型的Methylobacter及II型的Methylocystis属占优势。与传统的克隆文库相比，焦磷酸测序方法能检测到更多的为培养菌群，能更为详细地呈现出甲烷氧化菌的多样性信息。qPCR方法结果显示三江湿地甲烷氧化菌功能基因pmoA的拷贝数为107~108每克鲜土且以Carex lasiocarpa植被覆盖下的土壤中最多，表明该植被覆盖的沼泽中甲烷氧化菌活性最大。本研究为丰富甲烷氧化菌DNA信息数据库提了宝贵的资料，为研究我国温室气体及碳循环研究提供基础。