引种江南桤木对崇西湿地芦苇群落土壤中产甲烷菌及甲烷氧化菌群落的影响

【摘要】：为全面的了解引种江南桤木后，对湿地环境的碳循环和微生物群落的影响，本文以崇西湿地芦苇群落（Phragmites australis community）和江南桤木-芦苇混合群落（Phragmites-Alnus mixture community）为研究对象，探究引种江南桤木对芦苇土壤中产甲烷菌和甲烷氧化菌的影响。本研究利用气相色谱法（GasChromatography，GC）研究产甲烷活动和甲烷氧化活性；利用荧光定量扩增（Quantitative Polymerase Chain Reaction，Q-PCR）技术，从基因拷贝数方面考察江南桤木的引种对芦苇群落根际和非根际甲烷微生物丰度的影响；利用变性梯度凝胶电泳（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis，DGGE）技术，了解江南桤木的引种对芦苇群落根际和非根际甲烷微生物多样性的影响。主要研究结果如下： 1）江南桤木的引种对芦苇根际土壤总氮、总碳、总有机碳、无机碳都有显著的影响，碳氮元素的含量明显升高，且在不同土层具有明显的梯度变化。 2）江南桤木的引种对芦苇群落土壤的甲烷氧化活性并没有产生特别大的影响。对芦苇群落土壤的产甲烷活性起到了抑制的作用。 3）引种江南桤木后土壤产甲烷菌的丰度显著降低，甲烷氧化菌丰度均升高，甲烷氧化菌群落丰度高于产甲烷菌的群落丰度。 4）通过DGGE实验结果表明，引种江南桤木后的芦苇群落产甲烷菌多样性降低，不同土层非根际土壤中的产甲烷群落结构并无太大差异，芦苇群落非根际的甲烷氧化菌多样性增多，而根际的甲烷氧化菌群落多样性无明显变化，其中甲烷氧化菌也都为TypeⅠ型。 【关键词】：江南桤木 芦苇 产甲烷菌 甲烷氧化菌 定量PCR DGGE
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S714.3;S792.14;S564.2
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 甲烷研究现状11-12
• 1.2 甲烷生物化学过程12-13
• 1.2.1 产甲烷过程12-13
• 1.2.2 甲烷氧化过程13
• 1.3 甲烷氧化菌及其功能基因概述13-15
• 1.4 产甲烷菌及其功能基因概述15-18
• 1.5 影响甲烷产生和氧化的主要因子18-21
• 1.5.1 土壤水分及水位18
• 1.5.2 植被18-19
• 1.5.3 土壤有机质19
• 1.5.4 土壤 pH 值19-20
• 1.5.5 氮素20-21
• 1.6 产甲烷微生物和甲烷氧化微生物的分子生物学研究21-22
• 1.6.1 荧光定量 PCR（Q-PCR）21
• 1.6.2 变性梯度凝胶电泳（DGGE）21-22
• 1.7 研究区域概况22-24
• 1.8 本文研究目的和意义24-26
• 第二章 不同类型芦苇群落产甲烷菌和甲烷氧化菌活性研究26-45
• 2.1 材料与方法26-31
• 2.1.1 土壤采集和样品处理26-27
• 2.1.2 土壤基本理化性质测定27-30
• 2.1.3 甲烷氧化菌活性测定30-31
• 2.1.4 产甲烷菌活性测定31
• 2.2 不同类型芦苇混合群落土壤理化性质的差异分析31-35
• 2.2.1 不同类型芦苇群落非根际土理化性质垂直分异31-33
• 2.2.2 不同类型芦苇群落土壤理化性质水平分异33-35
• 2.3 不同类型芦苇群落土壤甲烷氧化菌活性差异分析35-38
• 2.3.1 不同类型芦苇群落非根际土甲烷氧化菌活性垂直分异35-37
• 2.3.2 不同植物芦苇群落土壤甲烷氧化菌活性水平分异37-38
• 2.4 不同类型芦苇群落土壤产甲烷菌活性差异分析38-40
• 2.4.1 不同类型芦苇群落土壤非根际土产甲烷菌活性垂直分异38-39
• 2.4.2 不同类型芦苇群落土壤产甲烷菌活性水平分异39-40
• 2.5 环境因子对产甲烷和甲烷氧化活性的主要影响及相关性分析40-42
• 2.6 讨论42-43
• 2.6.1 引种江南桤木后对土壤理化性质影响的分析42
• 2.6.2 引种江南桤木后对土壤产甲烷微生物和甲烷氧化微生物活性的影响42-43
• 2.7 小结43-45
• 第三章 芦苇群落和芦苇-江南桤木混合群落甲烷微生物丰度分析45-62
• 3.1 材料与方法45-53
• 3.1.1 供试土壤45
• 3.1.2 实验仪器45
• 3.1.3 主要试剂45-46
• 3.1.4 PCR 引物46
• 3.1.5 土壤微生物总 DNA 提取46-48
• 3.1.6 产甲烷菌 mcrA 基因 PCR 扩增48
• 3.1.7 甲烷氧化菌 pmoA 基因 PCR 扩增48-49
• 3.1.8 PCR 扩增产物纯化49-50
• 3.1.9 质粒的提取50-51
• 3.1.10 定量 PCR51-53
• 3.2 结果与分析53-59
• 3.2.1 芦苇群落和芦苇-江南桤木混合群落产甲烷菌丰度差异53-56
• 3.2.2 芦苇群落和芦苇-江南桤木混合群落甲烷氧化菌丰度差异56-58
• 3.2.3 环境因子与产甲烷和甲烷氧化微生物丰度的相关性分析58-59
• 3.3 讨论59-61
• 3.3.1 芦苇-江南桤木混合群落和纯芦苇群落产甲烷菌丰度分析59-60
• 3.3.2 芦苇-江南桤木混合群落和纯芦苇群落甲烷氧化菌丰度分析60-61
• 3.4 小结61-62
• 第四章 芦苇群落和芦苇-江南桤木混合群落产甲烷菌和甲烷氧化菌多样性分析62-83
• 4.1 材料与方法62-70
• 4.1.1 供试土壤62
• 4.1.2 实验仪器62
• 4.1.3 主要试剂62-63
• 4.1.4 PCR 引物63-64
• 4.1.5 产甲烷基因 mcrA PCR 条件64-65
• 4.1.6 甲烷氧化基因 pmoA PCR 条件65-67
• 4.1.7 土壤微生物总 DNA 提取67
• 4.1.8 变性梯度凝胶电泳（DGGE）67-69
• 4.1.9 特征谱带切胶回收与纯化69-70
• 4.2 纯芦苇群落和芦苇-江南桤木混合群落土壤产甲烷菌的多样性差异70-75
• 4.2.1 不同植物群落土壤产甲烷菌的多样性垂直分异70-72
• 4.2.2 不同植物群落土壤产甲烷菌的多样性水平分异72-75
• 4.3 纯芦苇群落和芦苇-江南桤木混合群落土壤甲烷氧化菌多样性差异75-78
• 4.3.1 不同类型植物群落非根际土壤甲烷氧化菌多样性垂直分异75-76
• 4.3.2 不同植物群落土壤甲烷氧化菌多样性水平分异76-78
• 4.4 讨论78-82
• 4.4.1 芦苇-江南桤木混合群落和纯芦苇群落产甲烷菌多样性分析78-80
• 4.4.2 芦苇-江南桤木混合群落和纯芦苇群落甲烷氧化菌多样性分析80-82
• 4.5 小结82-83
• 第五章 结论与展望83-86
• 5.1 结论83-85
• 5.2 展望85-86
• 参考文献86-92
• 附录1：产甲烷菌 mcrA 序列92-99
• 附录2 甲烷氧化菌 pmoA 序列99-107
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文107-108
• 发表论文107
• 发表专利107
• 参与项目107-108
• 致谢108

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