有机质微粒通过不同的产甲烷古菌和细菌途径调控氧化甲烷的排放

《Environmental Science & Technology》：Organic Aggregate Microniches Govern Oxic Methane Emissions via Distinct Methanogenic Archaea and Bacteria Pathways

湖泊中有机物聚集（OAs）不同尺寸影响产甲烷微生物分布，mcrA基因丰度显著高于phnJ，大颗粒和小颗粒OAs分别富集古菌和细菌产甲烷途径，环境因子协同调控，揭示了富氧水体甲烷排放机制。

　　

湖泊是天然甲烷（CH₄）排放的热点区域。然而，在有氧的表层水体中驱动甲烷生成的微生物过程仍不明确。我们在五个生态多样性不同的湖泊中，研究了与有机聚集体（OAs）相关的产甲烷微生物，这些有机聚集体被分为四种大小（>112微米、64–112微米、5–64微米和0.2–5微米）。通过qPCR和扩增子测序技术，我们量化了产甲烷古菌（mcrA基因）和细菌（phnJ基因）的数量，并确定了它们的环境影响因素。基因的绝对丰度受到湖泊类型、有机聚集体大小及其相互作用的显著影响。mcrA和phnJ基因的丰度均随着湖泊营养状态的提高而增加，且存在尺寸依赖性：从>112微米到64–112微米逐渐减少，然后在0.2–5微米范围内达到峰值。总体而言，mcrA的绝对丰度（2.17–4.23 × 10⁵拷贝/毫升）高于phnJ（0.98–1.16 × 10⁵拷贝/毫升），尤其是在>112微米和0.2–5微米大小的有机聚集体中。有机物的特性、营养水平以及物理化学条件共同决定了微生物的分布。这些发现支持了甲烷生成的双途径机制：（1）在有机聚集体中的厌氧微环境中由古菌进行经典甲烷生成；（2）由于磷限制或藻类产生的甲基化底物，细菌通过甲基膦酸（MPn）的降解产生甲烷。这一机制框架解释了有氧水体中甲烷持续过饱和的现象，并有助于更好地预测环境变化下的淡水甲烷排放和碳循环。