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大气甲烷（CH4）排放源。热融湖塘释放的CH4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。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。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。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CH4产生过程。
针对上述问题，中国科学院植物研究所杨元合研究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CH4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CH4菌丰度更高，且与CH4产生相关功能基因显著富集，进而使其具有较高的CH4产生量。相反，在受高pH胁迫的浅湖中，II型CH4氧化菌消耗以氢代谢产CH4途径为主要来源的CH4，导致其CH4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CH4菌竞争底物，进而抑制净CH4生成，同时使得甲基代谢产CH4途径占据优势。进一步研究发现，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CH4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CH4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CH4产生过程中起着关键作用。上述发现促进了学术界对热融湖塘沉积物CH4产生机制的认识。
该研究成果于4月20日发表于国际学术期刊SCIENCE CHINA Life Sciences。植物所已毕业博士研究生宋雨桐为论文第一作者，杨元合研究员为通讯作者。兰州大学刘鹏飞教授等参与了部分工作。该研究得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的资助。
文章链接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-025-3341-0
热融湖塘沉积物甲烷释放的微生物机制