南京土壤所揭示水稻土大气甲烷氧化的微生物过程机制

　　准确估算温室气体CH4的氧化量（汇），既是各国政府全球变化履约的关注点，也是全球变化生物学的研究难点。主要原因是大气中甲烷（CH4）浓度极低，仅为百万分之二不到（1.84 ppmv），难以支持微生物生存生活。因此，学术界普遍认为，目前尚未可知、不可培养的微生物是土壤氧化大气甲烷的唯一生物汇。

　　 经过近8年的努力，最近，中国科学院南京土壤研究所贾仲君课题组解析了湿地土壤氧化大气甲烷的机制，发现传统甲烷氧化菌，而不是未知的难培养微生物在大气甲烷氧化过程中发挥了主要作用。针对干湿交替的水稻土，课题组提出了全转录组水平的微生物群落关联技术理念MTWAS（metatranscriptome-wide association study），从数以千亿计的遗传信息中，解析了水稻土甲烷氧化过程的微生物代谢调控网络。研究结果表明：高浓度甲烷刺激是水稻土氧化大气低浓度甲烷的前提条件，MTWAS分析则发现传统甲烷氧化菌利用高浓度甲烷过程中，合成了能量物质PHB，极有可能利用PHB氧化大气甲烷，结合高通量功能基因检测和稳定性同位素示踪DNA技术，巧妙排除了难培养大气甲烷氧化菌的贡献。这一结果得到了审稿专家的高度评价，认为是温室气体排放领域的突破性成果、令人惊奇的发现，为全球甲烷和碳循环、气候变化的计算模拟提供了新视角。

　　研究结果具有重要的现实意义。早在30多年前，美国科学家已经观测到干湿交替湿地土壤氧化大气甲烷的现象，但其生物学机理一直是世界性的科学难题，导致湿地土壤氧化大气甲烷的潜力未得到国际社会的重视。研究结果为开展野外观测实验，准确估算湿地土壤甲烷源和汇的强度提供了重要理论依据。初步估算表明，地球环境中干湿交替湿地土壤每年可氧化甲烷280万吨，约占我国稻田甲烷排放量的36%左右。这些研究结果可能为我国政府气候变化谈判及国际碳排放履约提供新的理论支撑。该研究得到了科技部“973”项目课题、国家自然科学基金委和中科院B类战略先导专项的资助，最近被Nature Communications 在线发表。