影响甲烷排放量的两种细菌——产甲烷细菌和甲烷氧化菌的研究进展

产甲烷细菌能够利用环境中的甲酸、乙酸、氢和二氧化碳等小分子化合物生成甲烷,对提高沼气池的甲烷产量具有很高的经济价值.甲烷氧化菌以甲烷为其惟一的碳源和能源,在全球大气甲烷平衡中起着重要的作用.环境中的甲烷在厌氧生境中由产甲烷细菌形成后,经土壤和水层,逸散入大气,在途经土壤和水层时可被栖息于其间的甲烷氧化菌所氧化,土壤中甲烷氧化细菌的氧化作用,大约占大气甲烷消耗量的10%,而且甲烷氧化菌能降解卤化碳氢化合物,具有潜在的商业价值.分别对两种细菌的形态、分类、生理特征、代谢途径、研究方法及其潜在应用价值等进行了综述.     

影响甲烷排放量的两种细菌——产甲烷细菌和甲烷氧化菌的研究进展

产甲烷细菌能够利用环境中的甲酸、乙酸、氢和二氧化碳等小分子化合物生成甲烷,对提高沼气池的甲烷产量具有很高的经济价值。甲烷氧化菌以甲烷为其惟一的碳源和能源,在全球大气甲烷平衡中起着重要的作用。环境中的甲烷在厌氧生境中由产甲烷细菌形成后,经土壤和水层,逸散入大气,在途经土壤和水层时可被栖息于其间的甲烷氧化菌所氧化,土壤中甲烷氧化细菌的氧化作用,大约占大气甲烷消耗量的10%,而且甲烷氧化菌能降解卤化碳氢化合物,具有潜在的商业价值。分别对两种细菌的形态、分类、生理特征、代谢途径、研究方法及其潜在应用价值等进行了综述。     

不同栽培措施对水稻田甲烷释放甲烷产生菌和甲烷氧化菌的影响

本文报道不同栽培措施下水稻田甲烷释放的特性和甲烷产生菌、甲烷氧化菌的数量、种类。结果表明，水稻田的甲烷释放，无论是早稻还是晚稻，成活期每天的释放量较少，随着生长逐渐增加，至分蘖期达到最高，随后又逐渐减少。长期淹水和高量氮肥或有机肥的施用可以明显地增加水稻田的甲烷释放量。产甲烷细菌的数量在干湿灌溉少氮处理的水稻田土壤中要少于其他各处理的土壤，其他各处理间无明显差异，早稻上生长前期较后期低２—３个数量级，晚稻上生长中期土壤中的产甲烷菌数量略高于生长前期和后期。甲烷氧化菌数量在早稻生长期间从１０￣（３－４）个／ｇ干土增加到生长后期的１０￣８个／ｇ干土，在晚稻生长期间维持在１０￣８个／ｇ干土。产甲烷细菌的种类主要为甲烷杆菌属（Ｍｅｔｈａ－ｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）和甲烷八叠球菌属（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａ）的种。甲烷氧化菌主要为杆状、能利用除甲烷外其他基质的兼性异养型甲基营养型细菌。     

甲烷氧化菌的生态学研究方法

甲烷氧化菌以甲烷为其唯一的碳源和能源,在全球大气甲烷平衡中起着重要的作用,同时在污染治理方面具有潜在应用价值。总结了目前甲烷氧化菌的微生物分子生态学检测方法,分析了研究中取得的进展及存在的问题,并指出今后应加强研究的方面。     

农田甲烷产生的微生物生态学机理研究进展

农田土壤主要通过微生物厌氧发酵、植物呼吸向大气中排放甲烷,土壤的甲烷主要来自于湿地、稻田和垃圾填埋场等,其排放量占每年全球甲烷产生量的50%左右。笔者主要针对土壤甲烷产生的微生物学过程进行分析,揭示了农田中甲烷产生菌和甲烷氧化菌的作用机理、两者数量与甲烷排放量的相关关系,综合分析了甲烷产生的影响因素等,总结了农田甲烷产生的微生物学机理,对研究甲烷减排(全球变暖)及完成全球碳循环、保护人类生存的生态环境,具有重要的意义。     

大气CO2浓度升高对稻田根际土壤甲烷氧化细菌丰度的影响

甲烷氧化细菌是目前已知的稻田甲烷氧化唯一生物,在减少稻田甲烷排放、降低大气甲烷浓度方面发挥着重要作用.利用中国稻/麦轮作FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)试验平台,采用实时荧光定量PCR技术,研究了大气CO2浓度升高下,典型水稻生长期根际土壤甲烷氧化细菌数量的变化规律,及其对不同施肥处理(高氮HN和常氮LN)的响应.2009和2010连续2a的观测结果表明,大气CO2浓度升高促进了2009年秧苗期和分蘖期,2010年秧苗期、拔节期和灌浆期甲烷氧化细菌的生长;并可能对2010年常氮条件下成熟期甲烷氧化细菌产生了较显著(P＜0.1)抑制;进一步针对甲烷氧化细菌主要类群的分析表明,高氮条件下大气CO2浓度升高提高了稻田根际土壤中Ⅰ型甲烷氧化细菌的丰度.     

设施栽培土壤甲烷氧化的研究

研究了设施栽培土壤的甲烷氧化.结果表明,不同土壤对甲烷的氧化能力各异,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:土壤含水量对甲烷氧化有明显影响,含水量过高或过低对甲烷氧化均具有抑制作用;氮源(包括有机和无机氮源)对甲烷氧化均有抑制作用;不同碳源对甲烷氧化的影响各异,纤维素对甲烷氧化抑制作用最小,而高浓度的甲醇、葡萄糖则对甲烷氧化具有强烈的抑制作用;在甲烷氧化过程中加入葡萄糖能迅速抑制甲烷氧化;在加入葡萄糖的同时保持瓶中充足的氧气,则这种抑制作用可以在5.5 d后得到解除.此外,还研究了从土壤中分离的甲烷氧化菌对碳源的利用情况,表明在甲烷释放极少的设施栽培土壤中,兼性营养的甲烷氧化菌可能在甲烷氧化中占据主要的地位.     

影响湿地甲烷产生、传输与氧化因素的研究进展

湿地甲烷排放对温室效应的贡献十分明显。湿地甲烷排放是有机物（底物）输入、分解、厌氧产甲烷以及甲烷传输、氧化等环节综合作用的结果。文章对影响湿地甲烷生成、传输与氧化的温度、水位、土壤有机物、土壤pH和氧化还原电位、植物类型以及土壤离子、土质等主要因素进行了阐述,对未来湿地甲烷排放变化趋势进行了探讨,并对此方面的研究方向进行了分析,旨在为全球气候变化以及人类活动影响导致大气甲烷浓度变化预测提供依据。     

土壤中甲烷氧化菌种群数量及其与甲烷氧化活性的关系

采用Hungate厌氧滚管计数技术和气相层析仪检测土样甲烷含量,研究分析了不同植被下黄松泥土壤中甲烷氧化菌种群的数量变化和土壤的甲烷氧化活性.结果表明不同植被下的黄松泥土壤中甲烷氧化菌种群数量在107～108cfu/g干土之间,变化范围不超过2个数量级.水稻田土壤和水稻分蘖期土壤中的甲烷氧化菌种群数量明显高于其它植被下土壤的甲烷氧化菌种群,但相互之间无显著性差异,而它们的甲烷氧化速率却差异显著.土壤中甲烷氧化菌种群数量对土壤氧化甲烷速率有影响但不显著.在氧化甲烷活性很低的土样中加入外源甲烷,可刺激土壤中的甲烷氧化菌增殖,并可诱导甲烷氧化速率达到最大值,但不同植被的土壤达到氧化甲烷最大速率所需的诱导时间不同.不同植被土壤间的甲烷氧化最大速率略有差异,以水稻田土壤为大.     

天然气库土壤中细菌及甲烷氧化菌的数量分布特性研究

在天然气藏压力的驱动下,天然气藏的轻烃气体持续向地表做垂直扩散和运移,在油气藏正上方的地表土壤中非常发育并形成微生物异常,研究这种异常现象可作为地下轻烃渗漏的指标,对这种高度专属性细菌的检测可为判别土壤中是否存在甲烷提供依据。通过运用传统的稀释涂平板方法对天然气库的0．5m、1．0m、1．5m和2．0m深度土层中微生物数量计数发现,同一采样点位土壤中的细菌数量随着土层的加深而逐渐减少,0．5m浅层土壤中微生物的数量级在10^7,lm、1．5m和2m土层土壤中微生物的数量级在10^6、10^5和10^4;甲烷氧化菌的数量分布规律与此基本相同,0．5m浅层土壤中甲烷氧化菌的数量级在10^5,1m、1．5m和2m土层土壤中甲烷氧化菌的数量级在10^4、10^4和10^3。与对照点对比可知,天然气库土壤中出现了“微生物异常”分布,这种异常分布对评价和预测下伏天然气藏的存在和性质具有直接的现实意义。     

磷对稻田甲烷排放的影响及其可能机制

目前关于磷对稻田甲烷排放的影响研究较少,为此,本文检索了已发表的磷对稻田甲烷排放的相关文章,并对文献数据进行了再挖掘分析,总结归纳了磷对甲烷产生和氧化的可能影响,并对未来需要进一步探究的问题进行了讨论。分析发现磷对稻田甲烷排放的调控主要受种植系统和其他施肥情况的影响,一季中稻下大都表现为磷肥施用降低甲烷排放,降幅受其他土壤养分情况影响而不同。磷通过影响水稻根系及其分泌物进而影响土壤碳的有效性,直接影响土壤磷的有效性,并改变土壤产甲烷菌和甲烷氧化菌的丰度和群落组成来调控甲烷的产生及氧化过程,最终影响甲烷的排放。     

土壤利用管理对土壤甲烷氧化的影响*

 甲烷(CH₄)是重要的温室气体之一，对全球变暖的贡献值约为20%，仅次于CO₂。近年来大气中CH₄含量的迅速增加，主要是由于CH₄的产生和消耗不平衡。好气性土壤是大气CH₄重要的汇之一，虽然其氧化的绝对量较小，但土壤若丧失对CH₄的氧化能力，大气中CH₄的浓度会以目前增长速率的1.5倍的速度增加。农业生产活动对土壤的理化性质有着极为强烈的影响，因而显著地影响土壤对大气CH₄的氧化能力。大量的研究表明森林土壤对CH₄的氧化速率要比草地和耕地高得多，其主要原因是森林在开垦耕作后，改变了土壤的物理化学性质和土壤中的微生物区系的结构和组成，从而使土壤对CH₄的氧化能力发生了改变。作物生长本身对通气性好的土壤CH₄的氧化并没有什么影响，但是在种植过程中，如不同农药的使用、土壤pH值的改变、不同的耕种方式等对土壤CH₄氧化能力产生一定的影响。     

长期施肥下稻田甲烷排放的研究进展

综述了国内外长期施肥条件下稻田甲烷排放的研究概况以及环境因素对甲烷排放的影响,并就产甲烷菌、甲烷氧化菌的研究进展进行阐述。     

Bacterial Methanogenesis and Growth from CO2 with Elemental Iron as the Sole Source of Electrons

Previous studies of anaerobic biocorrosion have suggested that microbial sulfur and phosphorus products as well as cathodic hydrogen consumption may accelerate anaerobic metal oxidation. Methanogenic bacteria, which normally use molecular hydrogen (H(2)) and carbon dioxide (CO(2)) to produce methane (CH(4)) and which are major inhabitants of most anaerobic ecosystems, use either pure elemental iron (Fe(0)) or iron in mild steel as a source of electrons in the reduction of CO(2) to CH(4). These bacteria use Fe(0) oxidation for energy generation and growth. The mechanism of Fe(0) oxidation is cathodic depolarization, in which electrons from Fe(0) and H(+) from water produce H(2), which is then released for use by the methanogens; thermodynamic calculations show that significant Fe(0) oxidation will not occur in the absence of H(2) consumption by the methanogens. The data suggest that methanogens can be significant contributors to the corrosion of iron-containing materials in anaerobic environments.     

A methanotrophic marine molluscan (bivalvia, mytilidae) symbiosis: mussels fueled by gas

An undescribed mussel (family Mytilidae), which lives in the vicinity of hydrocarbon seeps in the Gulf of Mexico, consumes methane (the principal component of natural gas) at a high rate. The methane consumption is limited to the gills of these animals and is apparently due to the abundant intracellular bacteria found there. This demonstrates a methane-based symbiosis between an animal and intracellular bacteria. Methane consumption is dependent on the availability of oxygen and is inhibited by acetylene. The consumption of methane by these mussels is associated with a dramatic increase in oxygen consumption and carbon dioxide production. As the methane consumption of the bivalve can exceed its carbon dioxide production, the symbiosis may be able to entirely satisfy its carbon needs from methane uptake. The very light (delta(13)C = -51 to -57 per mil) stable carbon isotope ratios found in this animal support methane (delta(13)C = -45 per mil at this site) as the primary carbon source for both the mussels and their symbionts.     

甲烷氧化菌的筛选与生理特性研究

[目的]筛选一株甲烷氧化菌,并对其生理特性进行研究。[方法]从河南新乡卫河沿岸土壤中分离筛选甲烷氧化菌,对其碳源利用及生长性能进行研究。[结果]该菌能以甲烷为唯一碳源生长,为革兰氏阴性菌,生长周期为7 d。该菌也能利用葡萄糖、蔗糖、麦芽糖,并发现甲醇这一中间代谢产物对甲烷氧化菌的生长有明显的促进作用。[结论]甲烷氧化菌是一种高效降解甲烷的细菌,因此可以应用于微生物处理甲烷或煤层附着瓦斯,为微生物治理煤矿瓦斯、保护大气环境提供基础。