甲烷是重要的温室气体之一,大气中的甲烷含量虽然仅为二氧化碳的1/27,但引起的温室效应是同等质量二氧化碳的25倍,对全球气候变暖有显著影响,还影响对流层以及平流层的臭氧浓度。湿地是全球大气中最大的甲烷排放源,天然湿地每年向大气排放100～231Tg的甲烷,占全球甲烷总排放量的32%。甲烷氧化细菌的氧化作用是土壤中甲烷的唯一生物汇,大约占大气甲烷汇的10%,约90%的甲烷被湿地有氧层的甲烷氧化菌所消耗,所以甲烷氧化菌在甲烷的循环过程中扮演着极其重要的角色。植物的入侵是全球高度关注的三大环境问题之一。植物入侵会导致生态系统重建,改变生态系统中土壤碳氮储量、组成以及微生物群落结构,进而影响土壤的碳氮循环和温室气体的排放。1982年,为了巩固海滩,我国江苏盐城沿海湿地引进外来物种 互花米草(Spartina alterniflora),该外来植物根系发达、生长迅速,很快侵占了土著植物的生长环境,并对湿地土壤性质及微生物群落结构产生较大的影响。为了阐明互花米草对我国沿海湿地土壤好氧甲烷氧化菌群落结构和活性变化机制的影响,本论文以江苏盐城沿海湿地为研究对象,用厌氧瓶-气相色谱法监测了土著植物芦苇湿地(Phragmites australis)和盐地碱蓬湿地(Suaeda salsa),以及互花米草湿地(Spartina alterniflora)的甲烷氧化潜势;分析了不同类型湿地土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、有效磷(AP)和盐度等变化特征;利用荧光定量PCR(qPCR)、T-RFLP测序、Sanger测序、DNA-SIP和Miseq测序等分子生物学技术,研究了互花米草入侵对沿海湿地好氧甲烷氧化菌群落结构和活性的影响及其土壤性质的变化。取得主要进展如下:(1)互花米草入侵显著改变了盐城湿地的土壤性质,提高了土壤有机碳、总氮和可溶性磷的浓度,并且随着入侵年限的增加而增加。互花米草入侵影响了盐城湿地土壤好氧甲烷氧化菌的群落结构,湿地土壤中TypeⅡ型Methylocysiss属占总甲烷氧化菌的相对丰度比例减少,TypeⅠ型的比重增加,并且随着入侵年限的增加而呈递增趋势。(2)互花米草入侵显著提高了盐城湿地剖面土壤的固碳、固氮和固磷等能力,但是随着剖面土层深度的增加而影响减弱。互花米草入侵改变了湿地剖面土壤好氧甲烷氧化菌的群落结构,占主导的Type Ⅱ型逐渐转变为Type Ⅰ型,随着土层深度增加,TypeⅠ型比重随之增加。不同于芦苇湿地剖面土壤甲烷氧化菌的TypeⅡ型为主和碱蓬湿地剖面土壤的Type Ib型(76 bp)为主,互花米草湿地甲烷氧化菌以T-RF为438 bp和510 bp的Type Ia型甲烷氧化菌为主。这三种类群随着剖面深度的加深,变化趋势显著。T-RFLP的结果表明甲烷氧化菌的分布模式在不同的取样季节变化非常大。(3)盐城滩涂湿地不同植被类型土壤之间,氧化甲烷的能力存在差异,起关键作用的甲烷氧化菌类群也不相同。通过使用稳定性同位素标记的方法,我们发现互花米草的入侵影响了盐城滩涂湿地“活跃的”甲烷氧化菌的群落结构分布特征。芦苇湿地和碱蓬湿地甲烷氧化菌类群均以TypeⅠ型Methylococcaceae科中的Methylomicrobium属为主,光滩湿地则是以未被分类的Methylococcaceae科甲烷氧化菌为主。与这三种植被类型湿地相比,互花米草湿地的甲烷氧化菌类群分布均匀,公布包括Methylomicrobium、Methylomonas和Methylobacter 三种属。除了检测到直接消耗甲烷的甲烷氧化菌,利用甲烷氧化菌氧化甲烷产生的中间产物的甲基氧化菌也被同位素标记的方法检测到。盐城滨海湿地主要起作用的甲基氧化菌类群包括Methylotenera,Methylophaga和一些未被分类的海洋甲基氧化菌类群。本研究对互花米草入侵对滨海湿地土壤参与甲烷循环的甲烷氧化菌的影响进行了全面细致的研究,丰富了国内外对这方面的研究,对认识外来物种入侵对我国沿海湿地甲烷循环过程,理解区域和全球碳循环及气候变化具有重要的意义。