巢湖沉积物中甲烷循环过程的垂直分布特征及其微生物驱动机制

针对富营养化淡水湖沉积物中甲烷循环过程垂直分布规律不清的问题，中国科学院团队通过培养实验结合分子微生物学技术，揭示了甲烷产生潜力随深度递减而功能基因丰度递增的悖论现象，首次发现15-20cm处产甲烷途径由乙酸营养型向氢营养型转变，证实硝酸盐是核心环境驱动因子，为湖泊温室气体减排提供了理论依据。

　　

甲烷作为仅次于CO₂的强效温室气体，其单分子增温潜势可达CO₂的25倍。淡水湖泊贡献了全球6-16%的自然甲烷排放，其中富营养化湖泊因藻类大量繁殖导致甲烷排放量显著升高。然而，湖泊沉积物中甲烷产生（methanogenesis）、好氧甲烷氧化（MOB）和厌氧甲烷氧化（AMO）等关键过程的垂直分布规律及其调控机制尚不明确，这严重制约了对湖泊甲烷"源-汇"平衡的精准评估。巢湖作为长江流域典型富营养化湖泊，其东西部存在显著营养梯度，为探究上述问题提供了理想研究场所。

中国科学院团队在《International Biodeterioration》发表的研究中，通过采集巢湖东西部中心区域沉积物柱状样（0-45cm），结合分层培养实验、qPCR定量（检测mcrA、pmoA等功能基因）和宏基因组测序技术，系统解析了甲烷循环过程的垂直分布特征。研究创新性地采用硝酸盐/亚硝酸盐添加实验验证电子受体影响，并通过冗余分析（RDA）揭示环境因子的驱动作用。

CH₄生产特征
甲烷产生潜力（MPP）随深度递减（东部中心从1.89×10^-3降至0.83×10^-3 μg g^-1 h^-1），但编码甲基辅酶M还原酶的mcrA基因丰度却递增，揭示代谢活性与基因载量的解耦现象。宏基因组分析发现15-20cm处发生产甲烷途径转换：表层以乙酸营养型Methanosaeta（相对丰度55.6%）为主，深层转为氢营养型Methanoregula（68.3%）。

甲烷氧化过程
好氧甲烷氧化潜力（MOP）与pmoA（颗粒甲烷单加氧酶基因）丰度均随深度降低，表层以Ⅰ型MOB（Methylomonas）占优（72.4%）。厌氧甲烷氧化中，NC10细菌（Candidatus Methylomirabilis）与ANME-2d古菌（Methanoperedens）在20-45cm形成共生体系，通过硝酸盐还原耦合亚硝酸盐氧化途径消耗甲烷，该层段ANME-2d mcrA基因丰度达1.2×10⁷ copies/g。

环境驱动机制
硝酸盐（NO₃^-）被确定为最关键环境因子（RDA解释度41.3%），其浓度与ANME-2d/N