热融湖塘沉积物甲烷释放的微生物机制获解析

速读：热融湖塘是多年冻土融化后形成的典型地貌，同时也是陆地生态系统重要的CH4排放源。近日，中国科学院植物研究所研究员杨元合团队阐明了热融湖塘沉积物微生物群落结构与功能特征及其与大气甲烷（CH4）产生的关联机制，促进了学术界对热融湖塘沉积物CH4产生机制的认识。尤其在环境选择压力下，微生物之间的交互作用可能更为强烈，进而调控CH4产生过程。 CH4产生过程不仅受产CH4菌的调控，同时也受微生物之间复杂相互作用的影响。

作者：田瑞颖来源：中国科学报发布时间：2026/4/29 22:08:1

近日，中国科学院植物研究所研究员杨元合团队阐明了热融湖塘沉积物微生物群落结构与功能特征及其与大气甲烷（CH 4 ）产生的关联机制，促进了学术界对热融湖塘沉积物CH4产生机制的认识。相关研究成果发表于国际学术期刊 SCIENCE CHINA Life Sciences 。

热融湖塘是多年冻土融化后形成的典型地貌，同时也是陆地生态系统重要的CH4排放源。热融湖塘释放的 CH 4 主要源自沉积物，是微生物介导的厌氧代谢过程的终端产物。 CH 4 产生过程不仅受产 CH 4 菌的调控，同时也受微生物之间复杂相互作用的影响。尤其在环境选择压力下，微生物之间的交互作用可能更为强烈，进而调控 CH 4 产生过程。然而，目前学术界尚不清楚环境梯度如何塑造热融湖塘沉积物微生物结构与功能，进而影响其 CH 4 产生过程。

针对上述问题，杨元合团队以青藏高原多年冻土区广泛分布的热融湖塘为研究对象，基于大尺度野外调查、室内培养实验、稳定同位素技术、扩增子与宏基因组测序等手段阐明了热融湖塘沉积物微生物群落结构与功能特征及其与 CH 4 产生的关联机制。

研究人员发现，热融湖塘深度与盐碱度是影响沉积物微生物结构和功能的关键因素。在较深的湖塘中，以乙酸代谢途径为主的产 CH 4 菌丰度更高，且与 CH 4 产生相关功能基因显著富集，进而使其具有较高的 CH 4 产生量。相反，在受高pH胁迫的浅湖中，II型 CH 4 氧化菌消耗以氢代谢产 CH 4 途径为主要来源的 CH 4 ，导致其 CH 4 产生量降低近10倍。此外，在受盐碱度共同胁迫的湖塘中，硫酸盐还原菌及其编码的异化硫酸盐还原基因显著富集，其会通过与乙酸和氢代谢途径产 CH 4 菌竞争底物，进而抑制净 CH 4 生成，同时使得甲基代谢产 CH 4 途径占据优势。

通过进一步研究，他们发现沉积物有机质碳氮供给、关键微生物类群与功能共同导致热融湖塘 CH 4 产生量的空间变异。其中，关键类群与功能在共表达网络中的连接度越高，其对 CH 4 产生量的预测能力越强，表明微生物之间的交互作用在调节热融湖塘 CH 4 产生过程中起着关键作用。