甲醇对土壤甲烷氧化的影响及其微生物学机理

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1、张光亚等：甲醇对土壤甲烷氧化的影响及其微生物学机理471甲醇对土壤甲烷氧化的影响及其微生物学机理张光亚1，方柏山1，闵航2，陈美慈21.华侨大学生物工程与技术系，福建泉州362011；2.浙江大学生命科学学院，浙江杭州310029摘要：对设施栽培土壤甲烷氧化及其微生物学机理进行了研究，结果表明，不同土壤对甲烷的氧化能力各异，这可能与土壤的理化性质有关。土壤微生物是甲烷氧化的主要生物类群，不同碳源对甲烷氧化的影响各异，纤维素对甲烷氧化的抑制作用最小，高浓度的甲醇则对甲烷氧化具有强烈的抑制作用，而适当浓度的甲醇可极大地促进土壤甲烷的氧化。在甲烷释放极

2、少的设施栽培土壤中，兼性营养甲烷氧化菌可能在甲烷氧化中占据主导地位。关键词：设施栽培土壤；甲烷氧化；甲醇；兼性营养甲烷氧化菌中图分类号：S153；S154.1文献标识码：A文章编号：1672-2175（2003）04-0469-04张光亚等：甲醇对土壤甲烷氧化的影响及其微生物学机理471众所周知，甲烷是大气中主要的碳氢化合物，也是重要的温室效应气体，它对温室效应的贡献仅次于CO2。据IPCC估计[1]，2000年甲烷的释放量为300Tg，到2010年将增至400Tg～600Tg。土壤是甲烷的主要源与汇，一定生态条件下的土壤（如水稻土）产生甲烷，而

3、另一些生态条件下的土壤又能氧化甲烷。作为现代农业工程建设的设施栽培，自上世纪80年代以来就有了长足的发展。设施栽培是一个与露地栽培完全不同的生态环境，其中甲烷的释放和氧化也具有不同于与露地的特点，而有关设施栽培土壤甲烷氧化的研究相对较少[2]。土壤对甲烷的氧化主要由土壤中甲烷氧化菌完成。甲烷氧化菌是一群特殊的以甲烷为唯一碳源和能源的好氧细菌。许多影响土壤甲烷氧化的因子（如土壤水分含量、土壤氮素含量及一些农事活动）已有相当深入的研究，但对维持甲烷氧化菌生长和活性的底物（如甲醇及其它一碳化合物）对甲烷氧化的影响则知之甚少。甲醇是一些甲烷氧化菌除甲烷之

4、外的重要底物，也是甲烷氧化菌内甲烷单加氧酶（MMO）将甲烷氧化成CO2的中间产物，它对甲烷氧化有何影响尚不清楚。本文研究了甲醇对设施栽培土壤甲烷氧化的影响，并从微生物学角度加以解释。现将结果报道如下。1材料与方法1.1供试土壤供试土壤为浙江大学蔬菜研究所大棚土壤（简称A）和杭州市蔬菜研究所以色列连栋塑料温室土壤（简称B）。土壤基本理化性质列于表1。表1两种土壤的基本理化性质土壤土壤质地有机质w/(g×kg-1)有效氮速效磷速效钾pHw/(mg×kg-1)A.乌松土壤土28.954.77104.9958.877.55B.潮闭土砂质壤土12.5139

5、.639.6470.008.001.2试验项目1.2.1不同大棚土壤的甲烷氧化活性取过筛（孔大小为2mm×2.5mm）的土壤A和土壤B各20g分别装于120ml的血清瓶中，用异丁基胶塞密封，随即各加入0.5ml无菌甲烷，置于30℃培养，每天测定甲烷含量。1.2.2土壤微生物对土壤甲烷氧化的贡献取20g过筛土壤A装入120ml血清瓶中，用异丁基胶塞密封，121℃加压蒸汽灭菌25min，与对照（不灭菌）一样加入0.5ml无菌甲烷，每天测定甲烷含量。1.2.3不同碳源对土壤氧化甲烷的影响取20g过筛土壤A装入120ml血清瓶中，分别加入0.5g纤维素、

6、葡萄糖和甲醇；同时设一对照，在4个处理中分别加入0.5ml无菌甲烷，并每天测定甲烷含量。1.2.3不同甲醇浓度对土壤氧化甲烷的影响取20g过筛土壤B土于120ml血清瓶中，分别加入不同浓度的甲醇，使其质量摩尔浓度分别为148.1μmol/g鲜土(a)、49.4μmol/g鲜土(b)和24.7μmol/g鲜土(c)。置于30℃培养，每天测定甲烷含量。1.3甲烷测定张光亚等：甲醇对土壤甲烷氧化的影响及其微生物学机理471采用带有氢火焰离子检测器（FID）的102G型气相色谱仪，2.0m不锈钢柱，担体为GDX-502，柱温40℃，载气（N2）流速20m

7、l/min，H2流速80ml/min，空气流速800ml/min，进样量500μl。用外标法测定甲烷浓度。甲烷标准气体为北京氦普北分气体工业有限公司提供，纯度为99.999%。1.4甲烷氧化菌的分离1.4.1甲烷氧化菌培养基（NMS）KNO31.0g；MgSO4·7H2O0.2g；FeSO4·7H2O0.001g；Na2HPO40.21g；KH2PO40.09g；H2O1000ml；微量元素液10ml；琼脂20g；pH6.8。微量元素液组成：CuSO4·5H2O0.01g；H3BO30.1g；MnSO4·5H2O0.01g；ZnSO4·7H2O0

8、.1g；NaMoO40.01g；H2O1000ml。1.4.2富集、分离和纯化取土壤A3g于盛有20ml的甲烷氧化菌培养液120ml的血