近日，南京信息工程大学生态与应用气象学院2022级博士研究生杨钰铃同学、导师沈李东教授等在稻田生态系统微生物介导的甲烷厌氧氧化研究中取得重要进展，研究以“Activity of anaerobic methane oxidation driven by different electron acceptors and the relative microbiome in paddy fields across various rice growth periods and soil layers”为题发表于土壤学领域一区TOP期刊“Biology and Fertility of Soils”。该研究有助于充分认识稻田甲烷循环及其微生物驱动机制，为精准量化甲烷厌氧氧化作为甲烷汇的作用提供了科学依据。

成果简介：

由ANME-2d古菌介导的多途径甲烷厌氧氧化（AOM）对减少全球甲烷排放具有不可忽视的作用。稻田作为甲烷产生的热点区域，同时也是AOM反应发生的理想生境。但目前关于不同AOM途径在稻田土壤中的作用特征及其相对贡献的研究还非常少。

本研究针对四个典型生育期（分蘖期、拔节期、扬花期、乳熟期）下四个连续土壤层（0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm）中三种电子受体驱动的AOM（硝酸盐型、铁盐型和硫酸盐型AOM）活性及功能微生物ANME-2d古菌群落进行了系统研究。主要有以下三个发现：

（1）各AOM途径活性随生育期和土壤深度的改变发生了显著变化（图1a），其中硝酸盐型AOM活性的变化主要受生育期改变驱动，而铁盐型和硫酸盐型AOM活性的变化主要是受土壤深度改变驱动（图1b）。总体而言，各AOM途径活性在生育前期（分蘖期和拔节期）和表层土壤（0~20 cm）的活性较高（图1c）。与铁盐型和硫酸盐AOM相比，硝酸盐型是更为重要的AOM途径（图1d）。

图1 各AOM途径活性。不同生育期和土壤深度下AOM活性变化（a）；生育期和土壤深度在调节各途径AOM活性中的相对重要性（b）；不同AOM途径活性在各生育期或土壤深度下的变化（c）；各AOM途径活性的总体变化及其对总AOM活性的相对贡献（d）。

（2）ANME-2d古菌多样性随土壤深度发生了显著改变，但随生育期变化不明显（图2a和2b）。总体而言，10-30 cm土壤深度中ANME-2d古菌的多样性较高，这与该深度下具有较高的硝酸盐型和铁盐型AOM活性一致。系统发育分析发现，土壤中存在与能够催化硝酸型和铁盐型AOM反应的ANME-2d古菌分支（图2c）。该古菌群落组成在不同生育期和土壤深度下的变化与多样性变化趋势一致（图2d）。

图2 ANME-2d古菌群落。不同生育期或土壤深度下ANME-2d古菌OTU数量（a）和香农指数（b）的变化；ANME-2d古菌优势OTUs的系统发育树及其相对丰度（c）；不同生育期或土壤深度下ANME-2d古菌群落组成的变化（d）。

（3）土壤有机碳含量和各电子受体的有效性是影响不同AOM途径活性或ANME-2d古菌丰度的关键调节因子（图3a）。ANME-2d古菌丰度与硝酸盐型、铁盐型和硫酸盐型AOM活性均呈显著正相关（图3b），意味着此类古菌同时催化了这三类AOM反应。同时，硝酸盐型和铁盐型AOM活性间呈显著正相关（图3c），表明不同途径AOM反应之间存在协同效应。此外，土壤pH，硫酸盐和有机碳含量是影响ANME-2d古菌群落结构（图3d）和多样性（图3e）的关键因子。

图3 AOM过程的影响因素。土壤理化性质、AOM活性、ANME-2d古菌群落和丰度间的相关性（a）；ANME-2d古菌丰度与各AOM途径活性间的相关性（b）；不同AOM途径活性间的相关性（c）；土壤理化性质与ANME-2d古菌群落结构（d）和多样性（e）间的相关性。

原文链接：

 https://doi.org/10.1007/s00374-024-01855-4

作者简介：

南京信息工程大学生态与应用气象学院环境生态学专业2022级博士生杨钰铃同学为论文的第一作者，“土壤生态学”团队首席沈李东教授为通讯作者，参与该研究工作的还有团队成员白亚南副教授、耿彩舆硕士生、任冰洁博士生、金靖昊硕士生和杨王挺博士生。该项目得到国家自然科学基金（41977037和42207270）、江苏省“333高层次人才培养工程”（BRA2022023）和江苏省自然科学基金（BK20210648）项目资助。