設施栽培土壤氧化亞氮（N_2O）釋放和甲烷（CH_4）氧化及其微生物學機理的研究

【摘要】： 甲烷和氧化亞氮是重要的溫室效應氣體，它們對溫室效應的貢獻僅決于CO_2，居第二、三位。目前國內(nèi)外關于農(nóng)田甲烷和氧化亞氮排放通量的研究，僅局限于報道大田作物在當季生長期內(nèi)甲烷和氧化亞氮的排放及其影響因子，但在設施栽培條件下土壤甲烷和氧化亞氮排放及其微生物學機理及相互間關系至今未見報道。因此，研究農(nóng)業(yè)設施栽培條件下，甲烷和氧化亞氮排放及其微生物學機理，既可明確甲烷和氧化亞氮的排放通量，又能提供有效控制甲烷和氧化亞氮排放的措施，為農(nóng)業(yè)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。 本文研究了蔬菜設施栽培土壤氧化亞氮釋放和甲烷氧化及其微生物學機制。試驗結(jié)果分述如下： 1) 設施蔬菜栽培土壤中氧化亞氮釋放通量高于露地蔬菜栽培土壤；灌水對土壤氧化亞氮釋放有明顯促進作用；尿素能促進氧化亞氮的排放且施用量越多促進作用越明顯；施有機肥(酵素菌肥)的土壤中氧化亞氮的釋放量高于施尿素的土壤；長效尿素對氧化亞氮釋放的促進作用最微弱；38℃下氧化亞氮的釋放高于15℃；pH為7.3時，土壤釋放氧化亞氮的能力最強；不同碳源實驗證實，葡萄糖對氧化亞氮釋放的促進作用最強。對硝化細菌和反硝化細菌數(shù)量的檢測觀察到，在不同的條件下，兩種細菌對氧化亞氮的釋放貢獻不一樣。研究也表明在自然界中除了硝化(包括自養(yǎng)和異養(yǎng)型)細菌和反硝化細菌種群以外，甲烷氧化菌可能也是對氧化亞氮釋放具有一定貢獻的細菌類群。 2) 對設施蔬菜栽培土壤甲烷氧化的研究結(jié)果表明，不同土壤對甲烷的氧化能力各異，這可能與土壤的理化性質(zhì)有關。土壤微生物是甲烷氧化的主要生物類群，含水量對土壤甲烷氧化活性有明顯影響，過高或過低對甲烷氧化均具有抑制作用；氮源(包括有機和無機氮源)對甲烷氧化均有抑制作用；不同碳源對甲烷氧化的影響各異，纖維素對甲烷氧化抑制作用最小，而高濃度的甲醇、葡萄糖則對甲烷氧化具有強烈抑制作用；而適當濃度的甲醇可極大促進土壤對甲烷的氧化：在甲烷氧化過程中加入葡萄糖能迅速抑制甲烷氧化；在加入葡萄糖的同時保持瓶中充足的氧氣，則這種抑制作用可以在重新培養(yǎng)一定時間后得到解除。此外，還研究了從土壤中分離的甲烷氧化菌對碳源的利用情況，表明在甲烷釋放極少的設施栽培土壤中，兼性營養(yǎng)的甲烷氧化菌可能在甲烷氧化中占據(jù)主導地位。 一 3）從土壤中分離到一株異養(yǎng)型硝化細菌，命名為菌株HN，分離菌株為革蘭氏染色陽 性，球狀或桿狀。菌落顏色為橙紅色。該菌株能以乙酞胺為唯一碳源和氮源進行氨 化作用和硝化作用并產(chǎn)生亞硝酸。以硝酸鈉為氮源時能進行反硝化作用。部分長度 的 16s rRNA序列分析表明，分離菌株 HN與 Rhodococc。ruber具有 99％相似性。 并用PHYLIPS程序?qū)⒃摼昱c報道的相關硝化細菌進行系統(tǒng)發(fā)育進化分析。 【關鍵詞】：設施蔬菜栽培 氧化亞氮形成 甲烷氧化 影響因子 微生物學機制
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2002
【分類號】：S153;S154.3
【目錄】：

• 中文摘要8-10
• 英文摘要10-12
• Ⅰ． 前言12-25
• 1． 氧化亞氮和甲烷的源與匯12-13
• 2． 溫室效應氣體氧化亞氮形成的微生物學分子機理13-18
• 2．1 氧化亞氮形成的生物化學13-15
• 2．2 反硝化作用的分子生物學15-17
• 2．2．1 編碼Nar的基因15
• 2．2．2 編碼Nir的基因15-16
• 2．2．3 編碼Nor的基因16
• 2．2．4 編碼Nos的基因16-17
• 2．3 硝化作用的分子生物學17-18
• 2．3．1 編碼AMO的基因17
• 2．3．2 編碼HAO的基因17-18
• 2．3．3 編碼NOR的基因18
• 3． 甲烷氧化菌的甲烷單加氧酶和分子生態(tài)學18-25
• 3．1 甲烷單加氧酶（MMO）19-21
• 3．1．1 SMMO19-20
• 3．1．2 pMMO20-21
• 3．2 甲烷氧化菌的分子生態(tài)學21-25
• 3．2．1 功能基因探針21
• 3．2．2 針對16S rRNA的系統(tǒng)發(fā)育基因探針21-23
• 3．2．3 熒光原位雜交（Fluorescent in situ hybridisation，F(xiàn)ISH）23
• 3．2．4 變性梯度凝膠電泳（Denaturing gradient gel eletrophoresis）23-25
• Ⅱ． 材料與方法25-33
• 1． 設施栽培土壤氧化亞氮釋放的研究25-28
• 1．1 試驗地點25
• 1．2 試驗項目25-26
• 1．2．1 設施栽培土壤和露地土壤氧化亞氮的釋放量25
• 1．2．2 灌水試驗25
• 1．2．3 不同施氨水平試驗25-26
• 1．2．4 不同肥料類型試驗26
• 1．2．5 不同氮肥形態(tài)試驗26
• 1．2．6 溫度對氧化亞氮釋放的影響26
• 1．2．7 不同pH試驗26
• 1．2．8 不同碳源物質(zhì)試驗26
• 1．3 氧化亞氮的采集與測定26-27
• 1．4 硝化細菌的計數(shù)27-28
• 2． 設施栽培土壤甲烷氧化的研究28-30
• 2．1 供試土壤28
• 2．2 試驗項目28-29
• 2．2．2 土壤微生物對土壤甲烷氧化的貢獻研究28
• 2．2．3 不同含水量土壤的甲烷氧化活性28
• 2．2．4 不同氮源對土壤氧化甲烷的影響28
• 2．2．5 不同碳源對土壤氧化甲烷的影響28-29
• 2．2．6 葡萄糖與通氣對土壤氧化甲烷的影響29
• 2．3 甲烷測定29
• 2．4 甲烷氧化菌的分離29-30
• 2．4．1 甲烷氧化菌培養(yǎng)基（NMS）29
• 2．4．2 富集29-30
• 2．4．3 分離純化30
• 2．4．4 碳源試驗（純培養(yǎng)）30
• 3． 異養(yǎng)型硝化細菌特性研究30-33
• 3．1 異養(yǎng)型硝化細菌的分離30
• 3．1．1 培養(yǎng)基組成30
• 3．1．2 富集分離30
• 3．2 碳源和氮源試驗30
• 3．3 氨化和硝化作用試驗30
• 3．4 分離菌株反硝化活性30-31
• 3．5 異養(yǎng)型亞硝化細菌的鑒定及系統(tǒng)發(fā)育分析31-33
• 3．5．1 顯微攝影31
• 3．5．2 16S rDNA的PCR擴增和測序31
• 3．5．3 系統(tǒng)發(fā)育分析31-33
• Ⅲ． 結(jié)果與討論33-50
• 3．1 設施栽培土壤氧化亞氮釋放及其微生物機理的研究33-38
• 3．1．1 設施栽培和露地栽培中氧化亞氮的釋放通量33
• 3．1．2 灌水對氧化亞氮釋放量和相關菌群的影響33-34
• 3．1．3 不同施氮水平對氧化亞氮釋放通量和相關菌群的影響34-35
• 3．1．4 不同肥料種類對氧化亞氮釋放量和相關菌群的影響35-36
• 3．1．5 不同氮肥形態(tài)對氧化亞氮釋放量和相關菌群的影響36-37
• 3．1．6 溫度對土壤氧化亞氮釋放的影響37-38
• 3．1．7 pH和碳源對氧化亞氮釋放的影響38
• 3．2 設施栽培土壤甲烷氧化的研究38-44
• 3．2．1 不同大棚土壤的甲烷氧化活性38-39
• 3．2．2 土壤微生物對甲烷氧化的作用39
• 3．2．3 土壤不同含水量對甲烷氧化的影響39-40
• 3．2．4 不同氮源物質(zhì)對土壤甲烷氧化活性的影響40-41
• 3．2．5 不同碳源物質(zhì)對土壤甲烷氧化活性的影響41
• 3．2．6 不同甲醇濃度對甲烷氧化的影響41-42
• 3．2．7 葡萄糖對土壤氧化甲烷的影響42-43
• 3．2．8 葡萄糖的通氣實驗43
• 3．2．9 甲烷氧化菌分離物對不同碳源的利用43-44
• 3．3 異養(yǎng)型硝化細菌特性的研究44-50
• 3．3．1 不同碳源對分離菌株生長和產(chǎn)亞硝酸的影響44-45
• 3．3．2 不同氮源對菌株HN生長和產(chǎn)亞硝酸的影響45
• 3．3．4 菌株HN的氨化作用和硝化作用45
• 3．3．5 菌株HN的反硝化作用45-47
• 3．3．5 菌株HN 16S rRNA序列的測定47-49
• 3．3．6 Rhodococcus sp．菌株HN的系統(tǒng)發(fā)育分析49-50
• Ⅴ． 參考文獻50-55

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Effect　of　Land　Use　History　on　Methane　Emission　and　Methanogenic　Flora　in　Flooded　Soils    

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土壤中甲烷氧化菌種群數(shù)量及其與甲烷氧化活性的關系    陳中云,閔航,吳偉祥,陳美慈

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