厌氧氨氧化菌与厌氧甲烷氧化菌对稻田不同耕作模式的响应
发布时间：2022-02-20 14:43
水稻田具有丰富的有机物质,厌氧条件下经过碳、氮循环会产生大量的CH4和N2O,加剧温室效应。以亚硝酸盐为电子受体的厌氧氨氧化（anaerobic ammonium oxidation,Anammox）反应和厌氧甲烷氧化（nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,Nr-DAMO）反应能显著影响这一效应,这引起了人们对于水稻田生态环境的关注,但两种微生物对稻田不同耕作模式的响应尚有待进一步研究。本研究以常规平作（CT）、垄作免耕（RNT）、冬水田（FPF）三种耕作模式不同土层（0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-80 cm、80-100 cm）为研究对象,利用室内培养法、实时荧光定量PCR及克隆测序等技术,研究厌氧氨氧化菌及厌氧甲烷氧化菌的群落结构及丰度,采用SPSS、Origin2016、Mega4、Canoco4.5、R语言等软件进行数据分析,得出主要结果如下:（1）厌氧氨氧化菌对不同耕作模式各层土壤的响应:通过室内培养法测定硝态氮、铵态氮、硝化势、微生物生物量碳/氮,同种耕作模式不同土层中五种指标均随着土层的深入...
【文章来源】：西南大学重庆市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
1氮全球生化循环圈：全球氮库存、氮转化过程、氮通量(Kuypersetal.,2018)
缺任?.146，从而完善其方程式(Lottietal.,2014)：1NH4++1.146NO2-+0.07HCO3-+0.057H+=0.986N2+2.002H2O+0.161NO3-+0.71CH1.74O0.31N0.20(ΔG=-358KJmol-1NH4+)（1.2）Strous等在2006年将厌氧氨氧化过程的代谢途径完整的提出(Strous,2006)，该过程主要是由厌氧氨氧化菌参与并驱动的。该过程主要分为三个步骤：第一、生态环境中的NO2-通过亚硝酸盐还原酶（内含细胞色素c、细胞色素d1）转化为NO；第二、NO在联氨水解酶的作用下将NH4+氧化为N2H4（联氨）；第三、N2H4在羟氨氧化酶作用下被氧化成N2；厌氧氨氧化过程代谢途径如图1.2.2(Oshikietal.,2016)。图1.2.2厌氧氨氧化过程示意图(Oshikietal.,2016)Fig.1.2.2Anammoxprocessdiagram1.2.2厌氧氨氧化菌随着研究的开展，厌氧氨氧化过程迅速在学术界引起重视，厌氧氨氧化菌的基本形态已经被人熟知。厌氧氨氧化菌是形态不规则（主要为球形）、直径不到1μm的革兰氏阴性化能自养菌(Jettenet.al.,1998)。它体内只含有单一的双分子层膜（厌氧氨氧化小体（anammoxosome）），该小体内含有大量的羟胺氧化还原酶（Hydroxylamineoxidoreduatase，HAO）用来催化羟胺的氧化还原，该小体中含有的酶有助于梯烷（Ladderane）脂类物质合成从而减少肼对anammoxosome的毒性(SinningheDamstéetal.,
西南大学硕士学位论文10图1.3.1“硝基甲烷氧化菌”中的关键碳和氮转化(HaroonMF,2013)Fig.1.3.1Keycarbonandnitrogentransformationsin"Methanoperdensnitroreducens"1.3.2厌氧甲烷氧化菌随着对甲烷厌氧氧化过程不断地深入研究，对甲烷厌氧氧化菌的有了更加清晰地了解，通过构建16SrRNA基因系统发育树可知，AOM菌可归类为ANME-1、ANME-2(a/b/c)、ANME-3三大类(TIMMERSPHAetal.,2017)，如1.3.1节所述。随着研究的进行，在淡水系统中发现了一种新的ANMEs菌，也是目前为止在自然界中发现的唯一能将NO3-还原为NO2-并同时将CH4氧化的甲烷氧化古菌，被称为ANME-2d，是ANME-2的一个新的分支——CandidatusMethanoperedensnitroreducens，其归属于Methanoperedens科(KnittelandBoetius,2009)，后来Haroon等利用FISH技术和宏基因组测序方法证实该假设，且只在厌氧环境存在(HaroonMFetal.,2013)。随着研究的深入，ANMEs各类菌的形态及系统发育分析逐渐清晰(Dingetal.,2015;Ettwigetal.,2016)，如图1.3.2、图1.3.3所示。ANME-2d是一种直径仅为1-3μm、具有不规则形态的球菌，其生存的最适温度及pH分别为22-35℃、7.0-8.0，其生长缓慢、倍增时间长，直到目前为止，仍然无法对ANME-2d进行纯培养及富集，这仍是目前对于研究ANME-2d菌的重点及难点(Heetal.,2015)。Hu等(Huetal.,2010)在淡水沉积物中富集得到ANME-2d菌，并推断得出在NO3-、NO2-同时存在的生境中，ANME-2d菌会优先利用NO3-，以往研究认为过高的NO2-会对ANME-2d菌产生毒害作用，但是研究发现，事实并非如此，ANME-2d菌的存在会解除NO2-产生的毒害作用。目前，大部分的研究工作都集中于厌氧甲烷氧化菌的富集培养及其机理研究，而对于自然生态系统中厌氧甲烷氧化过程的研究报道并不多见，水稻田中?
【参考文献】：
期刊论文
[1]西南地区冬水田剖面的微生物空间分异规律[J]. 张建,申思,万琪慧,李宁宁,蒋先军,罗红燕. 水土保持学报. 2018(06)
[2]不同耕作方式对稻田土壤微生物的影响[J]. 程教擘,陈力力,李梦丹,刘金,邹应斌. 湖南农业科学. 2017(08)
[3]不同耕作方式对土壤有机碳、微生物量及酶活性的影响[J]. 陈娟,马忠明,刘莉莉,吕晓东. 植物营养与肥料学报. 2016(03)
[4]厌氧氨氧化反应影响因素研究进展[J]. 陈重军,冯宇,汪瑶琪,喻徐良,王建芳. 生态环境学报. 2016(02)
[5]不同粒径的厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮性能研究[J]. 郑照明,刘常敬,郑林雪,张美雪,陈光辉,赵白航,李军. 中国环境科学. 2014(12)
[6]厌氧氨氧化细菌物种组成对环境因子响应的研究进展[J]. 富冰冰,刘吉文,高铭鸿,张晓华. 海洋科学进展. 2014(03)
[7]土壤中甲烷厌氧氧化菌多样性的分子检测[J]. 周京勇,刘冬秀,何池全,刘晓艳,沈燕芬,龙锡恩,陈学萍. 生态学报. 2015(11)
[8]冬水田区杂交中稻高产组合的库源特征研究[J]. 徐富贤,阎运德,熊洪,张林,郭晓艺,朱永川,周兴兵,刘茂. 中国农业科技导报. 2013(02)
[9]耕作方式对紫色水稻土有机碳和微生物生物量碳的影响[J]. 李辉,张军科,江长胜,郝庆菊,吴艳,谢德体. 生态学报. 2012(01)
[10]稻田垄作免耕对土壤团聚体和有机质的影响[J]. 袁俊吉,彭思利,蒋先军,谢德体. 农业工程学报. 2010(12)
博士论文
[1]湿地亚硝酸盐型厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化微生物生态学研究[D]. 沈李东.浙江大学 2014
硕士论文
[1]安西极旱荒漠植物根际土壤微生物群落结构和功能多样性研究[D]. 李欣玫.河北大学 2018
[2]潮间带古菌介导的甲烷厌氧氧化过程研究[D]. 蔡朝阳.浙江大学 2017
本文编号：3635262
【文章来源】：西南大学重庆市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
1氮全球生化循环圈：全球氮库存、氮转化过程、氮通量(Kuypersetal.,2018)
缺任?.146，从而完善其方程式(Lottietal.,2014)：1NH4++1.146NO2-+0.07HCO3-+0.057H+=0.986N2+2.002H2O+0.161NO3-+0.71CH1.74O0.31N0.20(ΔG=-358KJmol-1NH4+)（1.2）Strous等在2006年将厌氧氨氧化过程的代谢途径完整的提出(Strous,2006)，该过程主要是由厌氧氨氧化菌参与并驱动的。该过程主要分为三个步骤：第一、生态环境中的NO2-通过亚硝酸盐还原酶（内含细胞色素c、细胞色素d1）转化为NO；第二、NO在联氨水解酶的作用下将NH4+氧化为N2H4（联氨）；第三、N2H4在羟氨氧化酶作用下被氧化成N2；厌氧氨氧化过程代谢途径如图1.2.2(Oshikietal.,2016)。图1.2.2厌氧氨氧化过程示意图(Oshikietal.,2016)Fig.1.2.2Anammoxprocessdiagram1.2.2厌氧氨氧化菌随着研究的开展，厌氧氨氧化过程迅速在学术界引起重视，厌氧氨氧化菌的基本形态已经被人熟知。厌氧氨氧化菌是形态不规则（主要为球形）、直径不到1μm的革兰氏阴性化能自养菌(Jettenet.al.,1998)。它体内只含有单一的双分子层膜（厌氧氨氧化小体（anammoxosome）），该小体内含有大量的羟胺氧化还原酶（Hydroxylamineoxidoreduatase，HAO）用来催化羟胺的氧化还原，该小体中含有的酶有助于梯烷（Ladderane）脂类物质合成从而减少肼对anammoxosome的毒性(SinningheDamstéetal.,
西南大学硕士学位论文10图1.3.1“硝基甲烷氧化菌”中的关键碳和氮转化(HaroonMF,2013)Fig.1.3.1Keycarbonandnitrogentransformationsin"Methanoperdensnitroreducens"1.3.2厌氧甲烷氧化菌随着对甲烷厌氧氧化过程不断地深入研究，对甲烷厌氧氧化菌的有了更加清晰地了解，通过构建16SrRNA基因系统发育树可知，AOM菌可归类为ANME-1、ANME-2(a/b/c)、ANME-3三大类(TIMMERSPHAetal.,2017)，如1.3.1节所述。随着研究的进行，在淡水系统中发现了一种新的ANMEs菌，也是目前为止在自然界中发现的唯一能将NO3-还原为NO2-并同时将CH4氧化的甲烷氧化古菌，被称为ANME-2d，是ANME-2的一个新的分支——CandidatusMethanoperedensnitroreducens，其归属于Methanoperedens科(KnittelandBoetius,2009)，后来Haroon等利用FISH技术和宏基因组测序方法证实该假设，且只在厌氧环境存在(HaroonMFetal.,2013)。随着研究的深入，ANMEs各类菌的形态及系统发育分析逐渐清晰(Dingetal.,2015;Ettwigetal.,2016)，如图1.3.2、图1.3.3所示。ANME-2d是一种直径仅为1-3μm、具有不规则形态的球菌，其生存的最适温度及pH分别为22-35℃、7.0-8.0，其生长缓慢、倍增时间长，直到目前为止，仍然无法对ANME-2d进行纯培养及富集，这仍是目前对于研究ANME-2d菌的重点及难点(Heetal.,2015)。Hu等(Huetal.,2010)在淡水沉积物中富集得到ANME-2d菌，并推断得出在NO3-、NO2-同时存在的生境中，ANME-2d菌会优先利用NO3-，以往研究认为过高的NO2-会对ANME-2d菌产生毒害作用，但是研究发现，事实并非如此，ANME-2d菌的存在会解除NO2-产生的毒害作用。目前，大部分的研究工作都集中于厌氧甲烷氧化菌的富集培养及其机理研究，而对于自然生态系统中厌氧甲烷氧化过程的研究报道并不多见，水稻田中?
【参考文献】：
期刊论文
[1]西南地区冬水田剖面的微生物空间分异规律[J]. 张建,申思,万琪慧,李宁宁,蒋先军,罗红燕. 水土保持学报. 2018(06)
[2]不同耕作方式对稻田土壤微生物的影响[J]. 程教擘,陈力力,李梦丹,刘金,邹应斌. 湖南农业科学. 2017(08)
[3]不同耕作方式对土壤有机碳、微生物量及酶活性的影响[J]. 陈娟,马忠明,刘莉莉,吕晓东. 植物营养与肥料学报. 2016(03)
[4]厌氧氨氧化反应影响因素研究进展[J]. 陈重军,冯宇,汪瑶琪,喻徐良,王建芳. 生态环境学报. 2016(02)
[5]不同粒径的厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮性能研究[J]. 郑照明,刘常敬,郑林雪,张美雪,陈光辉,赵白航,李军. 中国环境科学. 2014(12)
[6]厌氧氨氧化细菌物种组成对环境因子响应的研究进展[J]. 富冰冰,刘吉文,高铭鸿,张晓华. 海洋科学进展. 2014(03)
[7]土壤中甲烷厌氧氧化菌多样性的分子检测[J]. 周京勇,刘冬秀,何池全,刘晓艳,沈燕芬,龙锡恩,陈学萍. 生态学报. 2015(11)
[8]冬水田区杂交中稻高产组合的库源特征研究[J]. 徐富贤,阎运德,熊洪,张林,郭晓艺,朱永川,周兴兵,刘茂. 中国农业科技导报. 2013(02)
[9]耕作方式对紫色水稻土有机碳和微生物生物量碳的影响[J]. 李辉,张军科,江长胜,郝庆菊,吴艳,谢德体. 生态学报. 2012(01)
[10]稻田垄作免耕对土壤团聚体和有机质的影响[J]. 袁俊吉,彭思利,蒋先军,谢德体. 农业工程学报. 2010(12)
博士论文
[1]湿地亚硝酸盐型厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化微生物生态学研究[D]. 沈李东.浙江大学 2014
硕士论文
[1]安西极旱荒漠植物根际土壤微生物群落结构和功能多样性研究[D]. 李欣玫.河北大学 2018
[2]潮间带古菌介导的甲烷厌氧氧化过程研究[D]. 蔡朝阳.浙江大学 2017
本文编号：3635262
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