南海北部天然气水合物潜在区微生物群落结构特征及对天然气水合物的指示意义

【摘要】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typeIImethanotroph,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。
【作者】史春潇；
【导师】雷怀彦；
【作者基本信息】厦门大学，海洋地质，2014，硕士
【关键词】南海北部；天然气水合物；微生物；沉积有机地球化学；

【参考文献】
[1]王良全.营11井砂岩透镜体油藏的发现[J].石油地球物理勘探,1982,06:40-46.
[2]古佩.荆门市近十年大气降水的变化特征和化学组分分析[D].湖北大学,自然地理学,2012,硕士.
[3]王泽和.基于人体测量学构建非体力劳动者NAFLD诊断模型及相关指标切点值的探讨[D].广东药学院,内科学,2013,硕士.
[4]王利娜.汉语尊称、谦称研究[D].西安外国语大学,语言学及应用语言学,2014,硕士.
[5]张立.基于射频识别和图像理解的智能监控系统的研究与实现[D].浙江工业大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[6]翟丹.欧洲集体认同的困境与出路[D].山东大学,国际政治,2013,硕士.
[7]高鹏.晋银尾矿库安全监测系统的设计与实现[D].太原科技大学,计算机技术,2013,硕士.
[8]陈小磊.360度考核在R县地方税务局公务员绩效考核中的应用研究[D].湖南师范大学,人力资源管理（专业学位）,2013,硕士.
[9]高杨.高速远程滑坡铲刮动力学分析[D].长安大学,地质工程,2014,硕士.
[10]邹丽芸.绘画疗法对大学生自我意识提升的应用研究[D].山东艺术学院,艺术学,2012,硕士.
[11]卢樟锋,杜胜吉,方家宏,潘志超,江涛,唐绍春.建筑淤土免烧陶粒的绿色度评价[J].山西建筑,2015,01:113-114.
[12]王斯洋.探研扬琴独奏曲《汨罗江上》的艺术表现[D].西安音乐学院,扬琴演奏,2014,硕士.
[13]欧阳敏.黄颡鱼诱食剂及配合饲料实用配方的研究[D].湖南农业大学,动物营养与饲料科学,2003,硕士.
[14]李锦辉.首都体育学院大二短跑二级运动员核心力量训练的实验研究[D].首都体育学院,体育教学,2013,硕士.
[15]岳光亮.水泥助磨剂的结构与性能研究[D].济南大学,化学工艺,2012,硕士.
[16]肖峻,崔艳妍,王建民,罗凤章,李亦农,王赛一,王宏.配电网规划的综合评价指标体系与方法[J].电力系统自动化,2008,15:36-40.
[17]刘红.生命不可承受之重——论阎连科乡土小说中死亡的文化意义[D].吉林大学,中国现当代文学,2004,硕士.
[18]宫艳.论保险法上的可保利益原则[D].对外经济贸易大学,法律,2004,硕士.
[19]李昭侠.《人人都爱雷蒙德》中言语幽默制造策略研究：关联理论视角[D].山东师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[20]贺红士,常禹,胡远满,刘志华.森林可燃物及其管理的研究进展与展望[J].植物生态学报,2010,06:741-752.
[21]侯蕾,韩小贤,郑学玲,刘翀,逯蕾.球磨损伤处理对土豆淀粉糊性质的影响[J].河南工业大学学报(自然科学版),2014,06:30-34.
[22]胡志男.云制造中资源虚拟化方法研究[D].华侨大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[23]张旭,梁军,贠志皓,王洪涛,牛睿,石国萍.考虑风电接入不确定性的广义负荷建模及应用[J].电力系统自动化,2014,20:61-67.
[24]张尧星.网络对中学生思想道德的负面影响及对策研究[D].河北师范大学,思想政治教育,2012,硕士.
[25]胡桂贤,宋名实,邹琳.高聚物长时标力学行为的预测——Ⅰ.物理老化对聚丙烯长时标尺寸稳定性的依赖性[J].材料科学进展.1992(02)
[26]刘洋.新疆零售企业竞争力评价研究[D].新疆大学,工商管理,2013,硕士.
[27]陈群.信息技术对企业组织变革的作用机理研究[D].北京交通大学,2014.
[28]铁城.2010年诺贝尔物理奖揭晓[J].化学世界,2011,01:38.
[29]韵江,马文甲,陈丽.开放度与网络能力对创新绩效的交互影响研究[J].科研管理,2012,07:8-15.
[30]孙晔.中国传统建筑环境观的现代建筑物理解析[D].北京建筑大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[31]杜远会.重庆方言否定形式研究[D].华中师范大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[32]冯俊亮.第四系巨厚含水层水文地质参数联合推断研究[D].内蒙古农业大学,水文学及水资源,2013,硕士.
[33]宋英华.企业知识价值链及其管理研究[D].武汉理工大学,2005.
[34]闫涛,渠展展,刘赟甲,惠东,小林真一,张学龙.新型中点钳位三电平电池储能变流器设计及控制系统[J].电力系统自动化,2015,03:103-109.
[35]郑烇,朱明,王俊普,蔡庆生.基于增量DFT的相似时序检索算法[J].控制与决策,2004,03:299-302.
[36]伍姣丽.朱英诞旧体诗研究[D].华中师范大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[37]宣照国.公文收发代理（Agents）的设计与实现[D].大连理工大学,控制科学与工程,2003,硕士.
[38]贺志雄.某斜塔斜拉桥设计施工技术研究[D].河北工业大学,建筑与土木工程,2012,硕士.
[39]黄祖华.预应力混凝土刚架拱桥徐变效应分析[D].福州大学,结构工程,2004,硕士.
[40]苗宇,陈栎霖,李贤伟,范川,刘运科,杨正菊,张军,蔡新莉.施肥对台湾桤木-扁穗牛鞭草复合模式下桤木细根形态特征、生物量及组织碳氮含量的影响[J].植物生态学报,2013,07:674-683.
[41]张睿.我国农村会计工作的现状分析与对策研究[D].山西财经大学,会计学,2014,硕士.
[42]张洋.李白诗歌概念隐喻翻译研究[D].曲阜师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[43]连赟猛.典型密闭装置内爆炸试验及其数值模拟[D].南京理工大学,兵器工程,2013,硕士.
[44]葛斐,吴迪,陈实,江山立.电网检修试验限额自动监视软件设计[J].电力系统自动化,2006,08:104-105.
[45]于功志.柴油机红外再生微粒捕集器试验研究[D].大连理工大学,动力工程,2003,硕士.
[46]马晓东.铁磁形状记忆合金Mn-Ni-Ga相结构及相转变行为的研究[D].北京有色金属研究总院,材料科学与工程,2014,硕士.
[47]杨明月.基于模型的网络化控制系统瞬时故障检测研究[D].华中科技大学,模式识别与智能系统,2013,硕士.
[48]陈小健.风暴潮作用下在役海洋导管架平台疲劳可靠度研究[D].江苏科技大学,建筑与土木工程（专业学位）,2014,硕士.
[49]张日东,王树青,李平.一类非线性系统的扩展状态空间预测控制[J].控制与决策,2005,07:807-810.
[50]岳泓廷.新生代农民工精神文化生活调查研究[D].西南大学,社会学,2014,硕士.