太湖蓝藻水华生物质生成甲烷的生态学过程与机制

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1、密级·i中国科学院大学Unix，ersitv。ofChineseAcademyofSciences博士学位论文2012年10月IMIIIIllIIllllllqlllllllllllIIlllllllIY2381588ByeJXianfangFanADissertationSubmittedtoGraduateUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEnviron

2、mentalScienceNanjingInstituteofGeograpgyandLimnologyChineseAcademyofScienceOctobor,2012中文摘要摘要C出作为一种温室气体，其在全球变暖中的作用仅次于C02。而微生物产甲烷是全球碳循环的一个重要过程。太湖蓝藻水华爆发期间，C№释放量猛增，隐藏在该现象背后的机理尚鲜为人知。本研究选择太湖作为研究对象，借助克隆建库、T-RFLP、PCR-DGGE、DNA．SIP、气相色谱和高效液相色谱等技术，通过野外调查和室内模拟实验，探讨了太湖

3、沉积物产甲烷古菌群落随时间和空间的分布情况及主要环境因子对它的影响，蓝藻水华和温度对产甲烷古菌群落的影响，在太湖蓝藻水华生物质生成甲烷的过程中起关键作用的产甲烷菌种。本研究通过探讨这些问题来试图揭示太湖蓝藻水华生物质生成甲烷的生态学过程与机制。本研究环太湖布点调查沉积物产甲烷古菌群落的时空分布及主要环境影响因子。结果显示：太湖沉积物产甲烷古茵群落结构在水平空间差异显著，其在垂直空间的差异在竺山湾显著，在梅梁湾和东太湖不显著，季度变化差异均不显著。产甲烷古菌群落结构的时空差异可能是受来源于蓝藻水华和水生植物的有

4、机质质和量的时空变化的影响。本研究通过室内模拟实验探讨产甲烷古菌群落对蓝藻水华沉降的响应，结果显示：沉积物中的微囊藻生物质可以被微生物快速地转化成甲烷，在30℃微囊藻添加对甲烷产生的促进作用最大；沉积物中微囊藻生物质转化为甲烷的过程主要是通过H2／C02途径，由嗜氢类产甲烷菌来驱动完成的；意外发现太湖沉积物中非产甲烷古菌在古菌中所占比例远大于产甲烷菌在古菌中所占比例，且crenarchaeotalGroupI．3在古菌群落中占统治地位，Methanobacteriales和crenarchaeotalGrou

5、pI．3可能存在竞争关系，而这种关系同时也受到温度的影响。本研究通过DNA．SIP的方法发现RC．I是太湖沉积物中微囊藻生物质转化为甲烷过程中起关键作用的产甲烷菌种。关键词：蓝藻水华，产甲烷茵，DNA．SIP太湖蓝藻水华生物质生成甲烷的生态学过程与机制AbstractCH4isamajorgreenhousegaswhosecontributiontotheglobalwarmingisonlysecondtoC02．Microbialmethanogenisisisanimportantprocessint

6、heglobalcarboncycle．Duringthecyanobacteriablooms，highCH4emissionfromtheLakeTaihuisobserved．However,themechanismbehindthisphenomenonisstill1．fflknown．Inthisstudy,usingthetechnologiesofclonelibraryprofiling，T-RFLP,DGGE，DNA—siP,gaschromatographyandhighperforma

7、nceliquidchromatography,throughfieldinvestigationandlaboratorysimulationexperiments，weinvestigatedthespatialandtemporaldistributionofmethanogenicarchaealcommunityinLakeTaihusediment，theresponseofmethanogenicarchaealcommunitiestothecyanobacterialbloomssedime

8、ntionandthekeymethanogenwhichplayanimportantroleintheprocessofcyanobacteriabloombiomassconvertingtomethane．WetrytorevealtheecologicalprocessandmechanismofcyanobacteriabloombiomassconvertingtomethaneinL