典型油气藏区域环境因素差异对甲烷氧化菌丰度与群落结构分布的影响
Effects of environmental factors on the abundance and distribution of methane-oxidizing bacteria in typical oil and gas reservoirs
摘要[目的]甲烷氧化菌(methane-oxidizing bacteria,MOB)是油气微生物勘探中重要的指标微生物,其丰度与群落结构分布受到地理位置和多种环境因素的影响.本研究以采集的7个典型油气藏区域的土壤样品为研究对象,探究油气藏区域环境因素差异对甲烷氧化菌丰度与群落结构分布的影响.[方法]对采集自7个典型油气藏区域土壤样品进行pmoA基因实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,qPCR)、细菌 16S rRNA 基因测序和甲烷氧化菌功能基因pmoA测序,结合环境因子,比较甲烷氧化菌丰度差异,分析环境因子对甲烷氧化菌分布的影响.[结果]土壤样品的理化性质测定发现江汉盆地样品的含水量最高,约22.8%,硝态氮平均含量最高位于玉北油田,达到31.96μg/g干重土壤,春光油田出现最高的SO42-(6 425.0 mg/g干重土壤)及Cl-(1 617.0 mg/g干重土壤)浓度.qPCR分析发现pmoA基因丰度仅为土壤样本总细菌丰度的0.77%,表明甲烷氧化菌绝对数量较少.16S rRNA基因测序发现type Ⅰ型甲基八叠球菌属(Methylosarcina)、甲基嗜热菌属(Methylocaldum)、甲基球菌属(Methylococcus)与 type Ⅱ 型的甲基胞囊菌属(Methylocystis)4种主要的甲烷氧化菌,甲烷氧化菌中的优势菌属的相对丰度极低,最高仅为0.124%.甲烷氧化菌功能基因pmoA测序发现type Ⅱ型的甲基胞囊菌属、甲基弯曲菌属(Methylosinus)为主要优势pmoA基因型.环境因子与甲烷氧化菌丰度相关性分析表明甲烷氧化菌绝对丰度与铵态氮、pH、颗粒大小、硫酸根和氯离子显著相关,而环境因子与甲烷氧化菌的相对丰度的相关性分析仅发现与颗粒大小、总氮、总磷、金属离子(Al、Fe、K、Ca、Mg、Mn、Zn和Cu)显著相关.甲烷氧化菌pmoA功能基因组成判别相关分析(discriminant correlation analysis,DCA)表明含水量(土壤湿度)、pH值、<2μm的土壤颗粒、总氮及钙离子对甲烷氧化菌pmoA功能基因组成影响具有显著性.[结论]本研究通过对来自7个典型油气藏区域的土壤样品的甲烷氧化菌的绝对丰度与相对丰度进行分析,发现基于不同的测量方法,甲烷氧化菌的丰度存在较大差异,16SrRNA基因测序无法较为全面地反映土壤样本中优势甲烷氧化菌的群落结构,不同地理位置的甲烷氧化菌指示群落存在差异,在全国尺度下油气区及背景点均无特有的甲烷氧化菌指示群落.对环境因子与甲烷氧化菌相关性分析发现,基于不同的甲烷氧化菌丰度指标,环境因子的显著影响具有较大差别.
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