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甲烷(CH4)不仅是自然界产生的重要温室气体,也是人类已经推广利用的可再生能源之一。作为自然界广泛存在的矿物,铁氧化物同厌氧微生物的交互作用对产甲烷过程具有显著的影响。铁氧化物的直接和间接影响微生物群落组成,进而影响产甲烷过程。本文通过构建乙酸钠为底物的铁氧化物-厌氧微生物体系,利用宏基因组、稳定性同位素核酸探针技术DNA-SIP(Stable isotope probing)和16S r RNA高通量测序等手段,研究铁氧化物对不同体系中产甲烷过程的作用效率,铁氧化物及微生物群落演变,铁氧化物对厌氧产甲烷作用机制等,以期推动铁氧化物-厌氧微生物交互作用及其环境效应方面的研究工作。论文的主要结论如下:(1)稳定性同位素法δCH4和δCO2数值表明水稻土厌氧降解产甲烷过程中针铁矿的添加对短链脂肪酸产甲烷途径均有影响(乙酸、丙酸和丁酸),各实验组初期产甲烷阶段均以氢型产甲烷途径为主,反应结束后均以乙酸裂解产甲烷途径为主,其中针铁矿乙酸和丙酸实验组主要以古菌Methanothrix为主,针铁矿丁酸实验组则以古菌Methanosarcina为主,针铁矿的添加能够提高体系产甲烷速率。(2)耦合DNA-SIP技术探究铁氧化物-产甲烷体系内作用机制,不同添加量的针铁矿/赤铁矿对甲烷产率和速率的影响有很大差异,针铁矿/赤铁矿添加量为20 g/L对产甲烷有明显的抑制效果,而添加量为0.02 g/L时促进了底物降解与甲烷的生产速率;赤铁矿添加量为0.02 g/L实验组可能促进Clostridium和Methanothrix之间的直接电子传递,从而促进体系产甲烷;针铁矿/赤铁矿实验组(20 g/L)优势细菌是Sphaerochaeta、Dethiosulfovibrionaceae,铁还原菌与产甲烷古菌竞争电子从而抑制产甲烷。(3)经过七个循环底物驯化周期后,各实验组体系均达到稳定状态。宏基因组学分析得出结论:对照组中,古菌为Methanosarcina占主导作用,添加针铁矿和赤铁矿促进了Methanoculleus和Methanothrix相对丰度,其中Methanothrix在产甲烷途径中表达更高的基因丰度;针铁矿和赤铁矿的促进产甲烷机制存在差异,一方面针铁矿和赤铁矿体系中均存在微生物种间电子直接传递(DIET),另一方面,针铁矿体系主要通过促进产甲烷途径中关键酶的表达丰度而促进产甲烷,赤铁矿则是促进体系内鞭毛和细胞色素c基因丰度的表达。