Микробная биогеохимия цикла метана глубоководной зоны Черного моря

• Автор: Русанов, Игорь Иванович
• Шифр специальности: 03.00.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 211 с. : ил.

Введение .

Список основных научных работ, опубликованных по теме диссертации.

Литературный обзор

Глава 1. Микроорганизмы цикла метана.

1.1. Метанобразующие микроорганизмы

1.1.1 История исследования микробного мстаногснеза.

1.1.2 Свойства метанобразующих микроорганизмов.

1.1.3 Метаболизм метанобразующих микроорганизмов.

1.1.4 Распространение и численности метаногенов в различных экосистемах

1.2. Метанокисляющис микроорганизмы

1.2.1 История открытия метанотрофии

1.2.2 Свойства метанотрофов
1.2.3 Распространение и численности метанотрофов в различных экосистемах
1.3. Анаэробное метанокисление.
Глава 2. Источники поступления метана в атмосферу.
2.1 Континентальные источники
2.2 Океанический метан.
2.2.1 Основные источники метана в морских экосистемах
2.2.2 Микробная биогеохимия цикла метана глубоководной зоны океана
2.2.3 Метан шельфовых зон и мелководных сипов
Глава 3. Биогеохимия цикла метана в Черном море.
3.1 История образования и особенности Черного моря.
3.2 Гидрометеорология, гидрология и гидрохимия Черного моря
3.3 Источники метана в Черном море.
3.3.1 Метановые газовыделения сипы.
3.3.2 Грязевые вулканы и глубоководные сипы
3.3.3 Газовые гидраты
3.4 Биогеохимические и микробиологические исследования в Черном море
3.5 Биогеохимические исследования цикла метана в Черном море
Глава 4. Материалы и методы исследований
4.1 Характеристика территории и объектов исследований
4.2 Условия, районы и сроки отбора материала для исследования
4.3 Методы отбора проб для исследований
4.4. Определение физикохимических параметров среды обитания
4.4.1. Общие параметры глубина, соленость, С, , ЕЬ, О2 и ЕЬБ
4.4.2. Концентрация метана.
4.4.3. Общая щелочность
4.4.4. Содержание сульфатов
4.4.5. Содержание ацетата
4.5. Определение общей численности микроорганизмов и численности отдельных физиологических групп метаногенов, метанотрофов, сульфатредукторов
4.6. Методы определения интенсивности микробных процессов.
4.6.1. Образование метана хемолитотрофное и гетеротрофное
4.6.2. Микробное окисление метана аэробное и анаэробное
4.6.3. Микробная темновая ассимиляция углекислоты
4.6.4. Бактериальный автотрофный ацетогенез
Глава 5. Континентальный склон и глубоководная часть моря
5.1. Характерные биогеохимические зоны района исследований
5.2. Физикохимические измерения и определение численности
и активности микроорганизмов в исследованной акватории
Глава 6. Концентрация метана и его распределение.
6.1. Водная толща.
6.2. Донные осадки.
Глава 7. Микробное образование метана в водной толще
и донных осадках Черного моря
7.1. Метаногенез в аэробной зоне водной толщи
7.2. Метаногенез в анаэробной водной толще.
7.3. Образование метана в донных осадках.
Глава 8. Микробное окисление и трансформация метана
в водной толще и донных осадках Черного моря.
8.1. Окисление метана в аэробной водной толще
8.2. Микробное окисление метана в анаэробной водной толще
8.3. Микробное окисление метана в донных осадках.
Глава 9. Распределение углерода метана при его микробном
аэробном и анаэробном окислении
9.1. Вклад микробных процессов окисления и трансформации метана в
продукцию органического вещества глубоководной зоны Черного моря
9.2. Изучение качественного и количественного состава образованного
из углерода метана растворенного органического вещества
Глава . Влияние микробных процессов на круговорот метана в Черном морс
.1. Анаэробная водная толща.
.2. Баланс метана в анаэробной зоне Черного моря
.3. Продукция и потребление метана в аэробной зоне Черного моря.
.4. Продукция и состав растворенного органического вещества
образуемого при микробной трансформации углерода метана
Выводы.
Список литературы


Имеются данные о присутствии жизнеспособных клеток метаногенов в природных кислородсодержащих водах с высоким окислительновосстановительным потенциалом Беляев, Намсараев, . У подавляющего большинства описанных видов метаногенов оптимальная температура развития составляет С . Но есть и термофильные виды с оптимумом от до С i . Беляев, , Намсараев, БончОсмоловская и др. Тем не менее, в естественных условиях основные места обитания и активной деятельности метанобразующих микроорганизмов находятся совсем в другом температурном диапазоне, от 0 до С Заварзин, ,. Большинство описанных видов чистых культур развиваются при нейтральных значениях среды, в области 6 8 Кондратьева, . Крайние значения , при которых отмечен рост метаногенов в природных экосистемах, составляют 3, в кислых болотах, и 9,7 в щелочном Большом Содовом озере, в штате Невада Кузнецов и др. Также описаны виды метаногенов, которые для оптимального роста требуют повышенной концентрации ЫаС1 Жилина, . В качестве источников углерода для биосинтетических целей метанобразующие бактерии используют узкий круг соединений. Энергию для роста они получают в процессе образования метана из ограниченного набора субстратов, включающего Н2СО2, формиат, ацетат, метанол и метилированные амины. Концентрация этих соединений в природных экосистемах обычно очень низка. Развитие метаногенов зависит от образования этих веществ микроорганизмами более высокого трофического уровня, с которыми метаногены вступают в тесные физические и трофические ассоциации. Многие из изученных видов метаногенов не нуждаются для роста в какихлибо органических соединениях. Они способны расти на синтетических средах, содержащих Н2 и СОг, при этом СО2 служит не только для акцептирования электронов при окислении Н2 , но и единственным источником углерода. Для роста других культур в атмосфере Иг и СО2 требуется внесение в среду органических веществ. Это могут быть некоторые витамины группы В, ацетат, пируват и другие низкомолекулярные соединения. Большинство изученных видов метаногенов способны утилизировать водород и углекислоту. Показано, что некоторые метаногены используют эти вещества в качестве единственных источников углерода и энергии 7епс1ег е а1. Следует отметить, что Нг в этом процессе служит только донором электронов, а источником протонов в молекуле метана является вода Оашек е а1. Другим распространенным источником углерода и энергии для метаногенов служит формиат. Суммарная реакция метаболизма формиата метаногенами гепбег а1. Описана способность метаногенов использовать в качестве единственного источника углерода и энергии моноокись углерода, в соответствии со следующим уравнением . Однако рост метаногенов на этом соединении был очень слабым, составляя только один процент от скорости, наблюдаемой на смеси Н2 и С, и только при концентрациях СО в газовой фазе ниже i . Важным субстратом для мстанобразующих бактерий является ацетат. СНзСООН сн4 сио2 Вместе с тем, есть работы, указывающие на частичное окисление метильной группы ацетата при метаногенезе чистой культурой i, растущей на среде с ацетатом. При этом карбоксильного углерода восстанавливалось до метана Беляев, . В целом схема метаболизма ацетата представлена следующим уравнением . Показано, что некоторые метанобразующие бактерии используют ацетат в качестве единственного источника углерода и энергии . Ножевникова и Ягодина, . Таким образом, большинство мстанобразующих бактерий осуществляют энергетический метаболизм хемолитотрофного типа, сочетая его с конструктивным обменом авто или гетеротрофного типа. В природных экосистемах основными субстратами для метаногенов являются водород и ацетат. При этом на долю водорода, как предшественника метана, приходится, как правило, от до , а на ацетат 5 от всего образующегося метана. На долю остальных предшественников метана, за исключением специфических местообитаний, приходится всего 1 5 процентов Кузнецов и др. Метанобразующие бактерии широко распространены в природе. Они обнаруживаются всюду, где происходит анаэробное разложение органического вещества, и присутствуют необходимые факторы, влияющие на их развитие.