[背景]湿地是重要的甲烷排放源,因为其中栖息着各种产甲烷古菌.已知未培养甲烷古菌Rice Cluster Ⅱ(RCⅡ)类群广泛分布于低温酸性和北方泥炭藓湿地、淡水湿地及草本沼泽等环境,但它们在低温盐碱湿地中的分布及代谢途径尚未知.[目的]分析扎龙盐碱湿地未培养甲烷古菌RCⅡ类群的多样性、推测产甲烷代谢途径及其潜在的盐碱适应机制.[方法]16S rRNA基因扩增子测序分析扎龙湿地土壤中甲烷古菌群组成;构建16S rRNA基因克隆文库分析扎龙湿地土壤RCⅡ的多样性;宏基因组分析推测 RCⅡ 古菌编码的产甲烷途径及与耐盐碱相关物质的合成基因.[结果]16S rRNA 基因高通量测序发现未培养甲烷古菌的 RCⅡ 类群占扎龙盐碱湿地总甲烷古菌的13.280%±0.019%;系统发育学分析表明该湿地的RCⅡ由 3 个分支组成;宏基因组分析组装了 2 个优势的未培养RCⅡ的基因组,均含完整的氢还原二氧化碳产甲烷途径的基因,并编码海藻糖的转运与合成基因.[结论]扎龙盐碱湿地土壤富含未培养 RCⅡ 甲烷古菌,推测它们通过氢还原二氧化碳产甲烷,利用细胞内高的海藻糖适应盐碱环境.

[目的]分析青藏高原不同类型盐碱湖中的优势产甲烷菌群和优势产甲烷代谢途径.[方法]以不同盐度和植被类型的公珠错、昆仲错和无植被的兹格塘错的沉积物为研究对象,通过高通量测序和qPCR定量古菌16S rRNA多样性分析优势古菌类群;模拟原位盐浓度及pH,比较不同产甲烷底物(甲醇、三甲胺、乙酸和H2/CO2)富集沉积物的产甲烷速率,分析其优势产甲烷菌代谢类型.通过添加产甲烷抑制剂(2-溴乙烷磺酸盐),检测沉积物中产甲烷底物积累,确定不同盐碱湖中主要的产甲烷途径.[结果]昆仲错的优势菌群包括甲基/乙酸型的甲烷八叠球菌科(Methanosarcinaceae,11％),乙酸型的甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae,7.9％)和氢型甲烷菌甲烷杆菌目(Methanomicrob iales,7.4％);公珠错和兹格塘错的优势菌群为甲烷鬃菌科(Methanosaetaceae)分别占15％和15.3％,及甲烷杆菌属(Methanobact erium)和甲基型的甲烷叶菌属(Methanolobus).公珠错和昆仲错分别以乙酸和甲醇产甲烷速率最高,而兹格塘错从不同底物产甲烷速率无差异.抑制甲烷产生后,公珠错主要积累乙酸,昆仲错主要积累甲醇;兹格塘错不仅甲烷排放低,也无产甲烷物质显著积累.[结论]昆仲错沉积物中的甲烷主要来自甲醇,公珠错中的甲烷主要来自乙酸,而兹格塘错产甲烷和底物积累不活跃.因而推测高原盐碱湖主要的产甲烷途径和菌群可能与周围植被类型的相关性更高,而与盐度的直接相关性较低.

退化泥炭地的恢复是目前受关注的重要环境问题.若尔盖退化泥炭地原核微生物群落结构对水位恢复的早期响应可以为其生态恢复提供理论依据.为探究原核微生物群落结构对水位恢复的短期响应,该研究以若尔盖退化泥炭地为研究对象,设置水位恢复(10和30 cm)和对照组(-10 cm),进行了 1年野外原位水位恢复试验.采集0-15 cm土壤样品,测定土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量和pH等化学性质,采用16S rRNA基因高通量测序技术分析微生物群落结构.结果表明:水位恢复一定程度上能提高SOC、TN、TP含量及其化学计量比,但与对照组差异不显著.主要优势微生物在门水平为酸杆菌(Acidobacteria)、变形菌(Proteobacteria)和疣微菌(Verrucomicrobia).短期水位恢复(10和30 cm)对土壤原核微生物的α多样性没有显著影响,而只是显著降低疣微菌和Spartobacteria的相对丰度,增加了产甲烷菌种类.疣微菌和Spartobacteria相对丰度与水位和土壤pH呈显著负相关关系.退化泥炭地水位恢复过程中原核微生物群落结构对C∶P、N∶P和SOC含量响应较为敏感.综上,短期水位恢复没有改变原核微生物α多样性,而主要降低了疣微菌和Spartobacteria的相对丰度,增加了产甲烷菌种类,这将可能导致甲烷产生途径发生变化.土壤C∶P、N∶P和SOC含量控制了退化泥炭地随短期水位恢复过程中原核微生物群落结构变异.该研究在一定程度上丰富了原核微生物群落结构对短期水位响应的认识.

甲烷生成与产甲烷菌群落关系密切,探究温度升高对产甲烷菌群落的影响可以预测产甲烷菌群落特征对气候变暖的响应.以青海湖鸟岛为研究对象,通过高通量测序方法开展研究.结果表明,基于97％的序列相似度聚类,共得到697个操作分类单元.鸟岛土壤产甲烷菌群落以甲烷微菌目(Methanomicrobiales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)及甲烷杆菌目(Methanobacteriales)为优势菌群.温度升高对土壤产甲烷菌群落多样性指数没有显著影响,对产甲烷菌群落结构影响显著.增温处理显著增加了甲烷微菌纲(Metha-nomicrobia)、八叠球菌目、甲热球菌科(Methermicoccaccae)以及Methanotrichaceae的相对丰度,显著降低了热原体纲(Thermoplasmata)、Methanomassiliicoccales、Methanomassiliicoccaceae的相对丰度.FAPROTAX功能预测出鸟岛产甲烷菌有15个功能基团,大多产甲烷菌利用H2/CO2的氢营养型这一途径生成甲烷.整体而言,与鸟岛土壤产甲烷菌的群落多样性相比,其产甲烷菌的群落结构对温度升高更为敏感,部分产甲烷菌菌群的相对丰度变化显著.

利用可再生能源发电获得单细胞蛋白质,即"电转蛋白质(Power-to-Protein,PtP)",是生产单细胞蛋白质的绿色可持续途径.厌氧消化(anaerobic digestion,AD)可提供"电转蛋白质"过程中所需要的碳源以及部分氮源、微量元素等,通过厌氧消化与"电转蛋白质"技术相结合构建了一种可持续的蛋白质生产工艺,"厌氧消化-电转蛋白质(anaerobic digestion-Power-to-Protein,ADPtP)".本文介绍现有利用AD出料培养微生物获得单细胞蛋白质的工艺,分析引入PtP技术后的工艺效率与能耗,重点介绍ADPtP工艺的基础模式、过程中资源整合与利用.在电化学法还原模式中将沼气升级后培养甲烷氧化细菌操作简便易行且环境效益高,而以Wood-Ljungdahl碳转化途径设计的ADPtP工艺在安全性方面占优势.ADPtP工艺中,降低爆炸风险和提高转化效率是亟须解决的关键问题.另外,工艺中资源整合方式为电化学沼气升级、电化学消化液提氨、电解水产氢.未来,我国沼气产量与潜在储备量以及可再生能源发电量将为ADPtP提供发展基础,同时具有良好的政策环境和巨大的潜在蛋白质市场需求,因此该工艺在我国作为新型绿色蛋白质生产工艺而施行具有良好基础与应用前景.

[背景]芦苇湿地是甲烷主要的排放源之一,产甲烷古菌是唯一产生大量甲烷的生物,而盐碱湿地芦苇根际土优势甲烷途径鲜有研究.[目的]调查扎龙低温盐碱湿地芦苇根际土中的优势产甲烷途径.[方法]通过16S rRNA基因扩增子测序,分析扎龙湿地芦苇生长季根际土壤深度0-20 cm的产甲烷古菌和细菌组成.用已知的产甲烷底物三甲胺、甲醇、乙酸和H2/CO2,以及高盐环境植物和细菌的相似相容物质——甜菜碱(被细菌还原成三甲胺)在pH 8.0培养获得芦苇根际土的产甲烷富集物.测定各种富集物的产甲烷速率鉴定芦苇根际土的优势产甲烷途径;测定甜菜碱富集物中的16S rRNA基因多样性,并用RT-qPCR定量优势细菌和古菌的物种组成,从而推测协同代谢甜菜碱产甲烷的细菌和古菌类群.[结果]扎龙盐碱湿地芦苇根际土含有氢营养型的甲烷杆菌属(Methanobacterium,36.42％)、偏好低氢的Rice Cluster II(11.55％)、乙酸营养型的甲烷鬃菌属(Methanosaeta,11.29％)、甲基营养型的甲烷八叠球菌属(Methanosarcina,6.53％).H2还原甲基物质的甲烷马赛球菌属(Methanomassiliicoccus,4.05％)和高比例的未培养厌氧甲烷氧化古菌-噬甲烷菌属(Candidatus Methanoperedens,35.06％).优势细菌包括绿弯菌门(Chloroflexi,21.55％)、变形杆菌 门(Proteobacteria,16.88％)、放线菌 门(Actinobacteria,13.37％)和酸杆菌 门(Acidobacteria,10.0％).扎龙湿地的三甲胺和甜菜碱富集物产甲烷速率最高,富集物中代谢甜菜碱的优势细菌包括鼠胞菌科(Sporomusaceae)、沉积杆菌科(Sedimentibacteraceae)、亨氏梭菌科(Hungateiclostridiaceae)和梭菌科(Clostridiaceae).从三甲胺产甲烷的优势古菌包括甲基营养型的甲烷八叠球菌属和H2还原甲基物质产甲烷的甲烷马赛球菌属.[结论]以相似相容物质甜菜碱的还原产物三甲胺为前体的甲烷代谢途径是扎龙低温盐碱湿地芦苇根际土的优势产甲烷途径.