祁连山冻土区天然气水合物DK-2钻孔微生物群落结构研究

【摘要】：2009年，我国在青海省祁连山永久冻土区获得天然气水合物样品，至此跻身陆地天然气水合物矿藏含量最丰富的国家行列。天然气水合物作为一种新兴能源，其战略意义重大。在已探明的海洋天然气水合物环境中，微生物参与了天然气水合物甲烷的生成与消耗，为保持全球甲烷含量平衡起到了极为重要的作用。而陆地天然气水合物与海洋天然气水合物相比，勘探和开发的优势明显。因此，开展冻土带天然气水合物微生物学研究则有着极为重要的价值。本研究将以祁连山冻土带天然气水合物DK-2钻孔作为研究对象，在天然气水合物层附近（约147.80~282.10米处）选取了11件岩心样品进行分析研究。本研究从微生物与天然气水合物关系的角度出发，以微生物在甲烷生成过程中的作用、微生物在甲烷消耗过程中的作用、天然气水合物环境中微生物群落的特征三个方面进行研究，初步描绘出祁连山冻土带天然气水合物赋存区微生物特征，如下： 1.细菌和古菌16S rDNA的检测结果显示，不存在产甲烷菌，说明祁连山永久冻土区天然气水合物中甲烷的成因与微生物无关。 2.好氧甲烷氧化基因pmoA、mmoX、mxaF和厌氧甲烷氧化菌群标志性基因mcrA，以及细菌16S rDNA的检测结果显示，祁连山永久冻土区天然气水合物中甲烷的消耗过程不存在传统的厌氧甲烷氧化和好氧甲烷氧化过程，冻土区天然气水合物中甲烷的消耗具有与众不同的特点。 3.通过对细菌16S rDNA的检测，共发现了Actinobacteria、Firmicutes、-Proteobacteria、-Proteobacteria、-Proteobacteria、-Proteobacteria和Bactemides以及Deinococcus-Thermus的八大细菌类群，157种细菌。检测出的微生物符合高原冻土环境的特点，呈现微生物的种类随着地层深度的增加而降低的规律。 4.对比天然气水合物层样品和非水合物样品可以发现：（a）归类为γ变形杆菌亚群的序列，在非天然气水合物层样品中的比例要大于在天然气水合物层样品中的比例。γ变形杆菌亚群中的寡养单胞菌属（Stenotrophomonas）和涅瓦河菌属（Nevskia）只出现于天然气水合物样品中，而摩拉氏菌属（Moraxella）、志贺菌属（Shigella）和变形菌属(Proteus)出现于非天然气水合物层样品中。（b）非水合物层的样品中都含有放线菌菌门中的节杆菌属（Arthrobacter），而在水合物层样品中仅有DK2-25出现了Arthrobacter。 【关键词】：冻土 天然气水合物 微生物群落结构 -Proteobacteria Arthrobacter
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P618.13
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 前言13-22
• 1.1 天然气水合物13-14
• 1.1.1 冻土带天然气水合物介绍13-14
• 1.1.2 冻土带天然气水合物发现地环境介绍14
• 1.2 微生物14-16
• 1.2.1 地下微生物15
• 1.2.2 海洋微生物15-16
• 1.2.3 微生物在物质循环中的作用16
• 1.3 微生物与天然气水合物16-18
• 1.3.1 微生物对甲烷生成的作用17
• 1.3.2 微生物对甲烷消耗的作用17-18
• 1.3.3 天然气水合物赋存区微生物特征18
• 1.3.4 微生物勘探18
• 1.4 环境微生物学研究方法18-20
• 1.5 研究内容20-22
• 第二章 DK-2 钻孔岩心样品采集22-28
• 2.1 引言22-23
• 2.2 材料与方法23
• 2.2.1 岩心样品采集工具及设备23
• 2.2.2 岩心样品采集方法23
• 2.3 结果23-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 样品处理及 DNA 提取28-36
• 3.1 引言28-29
• 3.2 材料与方法29-34
• 3.2.1 实验材料和仪器29-30
• 3.2.2 实验方法30-34
• 3.3 结果34
• 3.4 本章小结34-36
• 第四章 PCR 扩增以及克隆测序36-54
• 4.1 引言36
• 4.2 材料与方法36-41
• 4.2.1 实验材料与仪器36-38
• 4.2.2 实验方法38-41
• 4.3 结果41-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 系统发育分析54-63
• 5.1 引言54
• 5.2 系统发育树的建立54-55
• 5.2.1 建立系统发育树的软件54
• 5.2.2 建立系统发育树的方法54-55
• 5.3 系统发育分析55-61
• 5.3.1 细菌 16S rDNA 系统发育树55
• 5.3.2 细菌 16S rDNA 系统发育分析55-61
• 5.4 本章小结61-63
• 第六章 结果讨论与展望63-70
• 6.1 祁连山冻土区地下微生物群落多样性分析63-66
• 6.2 微生物与冻土区天然气水合物关系的讨论66-68
• 6.3 展望68-70
• 参考文献70-76
• 附录76-87
• 致谢87-88
• 研究成果及发表的学术论文88-89
• 作者和导师简介89-90
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书90-91

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