珠江口甲烷生物氧化途径与环境特征关系研究

Methanotrophs (aerobic and anaerobic) play key roles in the global carbon cycle, including controlling anthropogenic and natural emissions of CH4, the second-most important greenhouse gas after carbon dioxide. They are widespread in nature including the estuary. However, Comparing with massive investigations of methanotrophs in wetland, rice soil and marine methane-seep environments, relatively fewer studies have been conducted in estuarine environments where the geochemical profiles are much more complicated. Here, metagenomics is used to characterize the taxonomic and metabolic potential for both aerobic and anaerobic methane oxidation in the water column and sediment of Pearl River estuary. It will offer further information about how methanotrophs respond to varying environmental conditions resulting from seasonal fluctuations or longer-term climate changes.

甲烷是一种重要的温室气体，对全球气候变化有重要作用，生物氧化是甲烷净消耗过程，在河口区的甲烷消耗中有重要作用。然而相对于土壤、湿地、甲烷水合物区等区域，对河口区甲烷氧化生物过程的具体机制及其与环境因素变化之间关系的认识非常有限。珠江口受人类活动影响明显，是亚热带大型河口的一种代表，该项目以理化参数变化明显的珠江口区域为研究对象，采用宏基因组技术及定量PCR技术，对甲烷氧化微生物的丰度、群落结构，甲烷氧化途径选择及关键酶基因簇变化等特征与动态环境变化之间的相互关系进行系统研究，以期了解环境变化对甲烷生物氧化这一重要生态过程的影响，进一步了解微生物代谢在亚热带河口以及全球气候变化中的重要作用。

甲烷是一种重要的温室气体，对全球气候变化有重要作用，湖、湿地和甲烷水合物作为大气主要的甲烷来源地，一直受到研究者的关注，但是对河流中甲烷代谢过程的研究相对较少。随着人类活动加剧，河流在全球碳循环过程中起着越来越重要的作用，而河口是河流输入物质对海洋影响的缓冲带，成为影响地球温室气体释放和循环的重要一环。由于不同河口的地质水纹条件不同，时空变化很大，全球河口的甲烷分布及释放并不相同。人们对河口区甲烷生物产生及氧化的具体生物过程以及对环境的影响还没有清楚的认识。但是，本项目就是以我国亚热带典型河口——珠江口区域的水体和沉积物为研究对象，采用高通量测序技术，对甲烷产生及氧化微生物的群落结构时空变化等特征与动态环境变化之间的相互关系进行系统研究，研究发现珠江口古菌群落结构和丰都随着盐度梯度有明显的变化，由淡水区的甲烷为主到海水区的奇古菌，深古菌为主；甲烷的生物产生及甲烷的生物氧化过程主要在河口上游沉积物中进行。珠江口水体中甲烷浓度的降低与沉积物中甲烷产生菌的减少密切相关，预示着甲烷的生物产生及生物氧化作在调节河口海岸带的甲烷收支平衡中有重要作用。