南京土壤所揭示水稻土大氣甲烷氧化的微生物過程機制

　　準確估算溫室氣體CH4的氧化量（匯），既是各國政府全球變化履約的關注點，也是全球變化生物學的研究難點。主要原因是大氣中甲烷（CH4）濃度極低，僅為百萬分之二不到（1.84 ppmv），難以支持微生物生存生活。因此，學術界普遍認為，目前尚未可知、不可培養的微生物是土壤氧化大氣甲烷的唯一生物匯。

　　 經過近8年的努力，最近，中國科學院南京土壤研究所賈仲君課題組解析了濕地土壤氧化大氣甲烷的機制，發現傳統甲烷氧化菌，而不是未知的難培養微生物在大氣甲烷氧化過程中發揮了主要作用。針對干濕交替的水稻土，課題組提出了全轉錄組水平的微生物群落關聯技術理念MTWAS（metatranscriptome-wide association study），從數以千億計的遺傳信息中，解析了水稻土甲烷氧化過程的微生物代謝調控網絡。研究結果表明：高濃度甲烷刺激是水稻土氧化大氣低濃度甲烷的前提條件，MTWAS分析則發現傳統甲烷氧化菌利用高濃度甲烷過程中，合成了能量物質PHB，極有可能利用PHB氧化大氣甲烷，結合高通量功能基因檢測和穩定性同位素示蹤DNA技術，巧妙排除了難培養大氣甲烷氧化菌的貢獻。這一結果得到了審稿專家的高度評價，認為是溫室氣體排放領域的突破性成果、令人驚奇的發現，為全球甲烷和碳循環、氣候變化的計算模擬提供了新視角。

　　研究結果具有重要的現實意義。早在30多年前，美國科學家已經觀測到干濕交替濕地土壤氧化大氣甲烷的現象，但其生物學機理一直是世界性的科學難題，導致濕地土壤氧化大氣甲烷的潛力未得到國際社會的重視。研究結果為開展野外觀測實驗，準確估算濕地土壤甲烷源和匯的強度提供了重要理論依據。初步估算表明，地球環境中干濕交替濕地土壤每年可氧化甲烷280萬噸，約占我國稻田甲烷排放量的36%左右。這些研究結果可能為我國政府氣候變化談判及國際碳排放履約提供新的理論支撐。該研究得到了科技部“973”項目課題、國家自然科學基金委和中科院B類戰略先導專項的資助，最近被Nature Communications 在線發表。