论文部分内容阅读
天然气水合物是二十一世纪新能源,它具有分布广、资源量大等特点,备受各国政府和科学界的热切关注,但关于天然气水合物成因机制方面的研究还处于探索阶段,尤其是对微生物控制下天然气水合物的形成机制方面的研究较为薄弱。针对此问题,本研究通过T-RFLP、DGGE、克隆等分子生物学方法,结合沉积物粒度、总有机碳含量、碳氧同位素特征等沉积有机地球化学参数,对南海北部陆坡存在甲烷渗漏的九龙甲烷礁及海洋四号滑塌体附近区域的天然气水合物潜在区微生物多样性和群落结构特征进行研究,分析不同柱状样细菌和古菌的多样性及微生物群落结构变化特征,阐明微生物与天然气水合物形成或分解之间的相互作用。通过研究主要得到以下认识：(1)3个岩芯沉积物样中氧化甲烷的细菌类群主要为ProteobacteRIa,其中包括α-、β-、γ-Proteobacteria,主要的硫酸盐还原菌为δ-Proteobacteria。(2)微生物群落随深度变化有较明显的变化,973-4柱状样20cm-382cm细菌以δ-Proteobacteria为主,主导硫酸盐还原反应；552cm-796cm以α-Proteobacteria、 δ-Proteobacteria为主,微生物控制发生硫酸盐还原及甲烷氧化作用,862cm-1162cm以α-Proteobacteria及未培养微生物为主,以甲烷氧化为主,表明在973-4区域海底沉积物的物质和能量循环中,微生物主要控制完成甲烷代谢及硫代谢；973-5岩芯主要以α-、β-Proteobacteria为主,表明该岩芯主要发生甲烷氧化反应,280cm-870cm深度δ-Proteobacteria占很大比重,硫酸盐还原反应明显；973-3区域细菌以α-、β-Proteobacteria为主,甲烷氧化反应是该柱状样中主要的反应,γ-Proteobacertia主要分布于243cm深度以上,说明甲烷含量主要分布于243cm以下,而δ-Proteobacteria主要分布在147cm-630cm,说明硫酸盐还原主要发生在该深度范围。(3)三根柱状样中与甲烷产生和分解相关的古菌主要为Methanosarcinales、 Methanomicrobiales、Methanosaeta。973-3柱状样以乙酸甲基利用型甲烷产生菌Methanosaeta为主,973-4、973-5柱状样以CO2型甲烷产生菌Methanomicrobiales为主,甲烷氧化古菌主要为ANME-2,表明虽然产生甲烷时利用底物不同,但都存在甲烷产生及甲烷氧化。(4)通过细菌及古菌群落结构研究发现973-4及973-5站位底部存在大规模的甲烷释放,推测由天然气水合物分解产生,973-3柱样存在少量甲烷气体。(5)结合973-4、973-5岩芯细菌与古菌不同深度的种类及甲烷含量变化,推测973-4站位硫酸盐-甲烷转化界面(SMTZ)位于500-800cm深度；973-5站位570cm-870cm为SMTZ区域,3个岩芯SMTZ均较浅,表明下伏水合物含量较丰富。(6)973-3、4、5三个站位的平均沉积速率均大于3cm/ka,满足天然气水合物形成的沉积速率条件；沉积物粒径一般为以粉砂为主,分布较平均,因此对微生物群落的影响较小；有机碳含量为0.39-1.26%,可为CO2还原产生甲烷提供充足的有机质,并且有机碳含量变化会影响微生物群落变化,有机碳含量丰富的层位,微生物丰度及多样性相对较高；沉积物中甲烷含量高,微生物丰度相对较高,微生物多样性较丰富,包含与甲烷氧化相关的微生物如type II methanotroph,与其他层位相比有一定的独特性。(7)本研究结合DGGE回收测序及T-RFLP荧光原位末端片段对微生物群落进行研究,结果相互印证,数据可靠。