植物共生嗜甲烷菌对泥炭藓脂类单体碳同位素的影响及其古水文意义

在泥炭地，大量的嗜甲烷细菌与泥炭藓共生，这些细菌将甲烷氧化成二氧化碳，供泥炭藓进行光合作用，使泥炭藓脂类的碳同位素偏负。而共生嗜甲烷细菌的活动与水位密切相关，可能导致泥炭藓脂类单体碳同位素与泥炭地古水文条件密切相关。本项目以长江中游神农架大九湖和咸丰二仙岩亚高山泥炭藓泥炭地为基地，通过室内模拟培养和野外现场观测，查明影响泥炭藓脂类碳同位素的主要因素及影响程度，建立泥炭藓脂类碳同位素与水位之间的经验关系式，并应用于全新世泥炭沉积，重建长江中游全新世以来的古水文条件变化特征，并与同区域及全球记录进行对比。从植物和微生物的相互作用角度出发研究生物对气候变化的响应。

在泥炭藓生态系统中，共生嗜甲烷菌广泛的分布于泥炭藓的茎或透明细胞中，它们将甲烷氧化成CO2供泥炭藓进行光合作用。本项目以位于长江中游的神农架大九湖和咸丰二仙岩亚高山泥炭藓泥炭地为主要研究基地，探讨在草坪或岗丘等偏干环境中嗜甲烷活动对泥炭藓自身合成的脂类单体碳同位素的影响程度。 采自二仙岩泥炭地一处水坑内新长出的泥炭藓的上部（主要光合区域）和下部的C23和C25正构烷烃在碳同位素组成上存在较为明显的差异，下部明显偏负1‰以上。这可能是因为下部可以接触更多的甲烷，因而同化了相对多的来自甲烷的碳。研究了采自湖北省神农架大九湖泥炭地的新鲜泥炭藓及藓丘下覆的表层泥炭样品。在活体泥炭藓中，C23正构烷烃单体碳同位素与水位埋深负相关，表明研究区泥炭藓脂类单体碳同位素主要受扩散过程而非嗜甲烷过程的影响。与之相反，两块泥炭地的表层泥炭样品中，C23和C25正构烷烃单体碳同位素与水位埋深正相关，说明受到来自嗜甲烷菌碳的影响。看似矛盾的结果可能是因为表层样品中，正构烷烃更多的来自泥炭藓的下部非绿色部分，前人研究已经证实嗜甲烷菌更多的寄生在泥炭藓的下部而不是起光合作用的顶部。 我们还对东北哈泥、湖南十万古田、浙江望东垟及福建天斗洋等多处泥炭藓泥炭地表层泥炭进行了正构烷烃单体碳同位素的研究，哈泥及望东垟等地的样品C23正构烷烃往往比C31正构烷烃更偏负，这与常规的扩散过程机制是不相符的，因而这两块泥炭地可能具有更多的来自嗜甲烷菌贡献的碳源。本项目的研究反映出，来自嗜甲烷菌的同位素信号可以保存于泥炭沉积中，有潜力用来反演地质历史时期嗜甲烷过程的变化。