内陆湿地与水体甲烷厌氧氧化功能微生物研究进展

内陆湿地与水体(如湖泊、河流、水库等)是温室气体甲烷的重要排放源。微生物介导的甲烷厌氧氧化(anaerobic oxidation of methane,AOM)反应在控制内陆湿地与水体甲烷排放中起着不可忽视的作用,对缓解全球温室效应具有重要意义。内陆湿地与水体易形成缺氧环境,且电子受体的种类和数量繁多,是发生AOM反应的理想生境。近年来,不断有研究表明,内陆湿地与水体中存在多种电子受体(NO₂^-、NO₃^-、SO₄^2-、Fe (III)等)驱动的AOM途径。NC10门细菌和甲烷厌氧氧化古菌(anaerobic methanotrophic archaea,ANME)的一新分支ANME-2d主导了湿地和水体环境中的AOM反应,其中ANME-2d具有根据环境条件选择不同电子受体的潜力。研究系统综述了内陆湿地与水体中不同电子受体驱动的AOM途径及其参与的主要功能微生物类群;分析了AOM反应在控制温室气体甲烷排放中的作用及其环境影响因素;总结了相关功能微生物的分子生物学检测方法及甲烷厌氧氧化活性测定的同位素示踪技术。最后,对未来相关研究方向进行了展望。     

自然生态系统中的厌氧氨氧化

厌氧氨氧化（anaerobic ammonium oxidation,anammox）是由anammox菌在缺氧条件下以氨为电子供体、以亚硝酸为电子受体的生物反应,反应产物为氮气,该反应的发现为全球氮素循环增添了新的内容。参与anammox反应的微生物是anammox菌,anammox菌是一群分支很深的浮霉状菌,目前已发现的anammox菌有5个属8个种。催化anammox反应的是一特殊的细胞结构-厌氧氨氧化体,每种已发现的anammox菌中都存在该特殊结构。有关anammox反应的生化机理目前普遍认为,NO和联氨（N2H4）是anammox反应的重要中间体,NO可将NH4 直接氧化,形成N2H4,N2H4在联氨氧化酶的作用下最终转化为氮气。Anammox最初发现于人工脱氮系统,已发现的8种anammox菌中7种来自于人工系统。但越来越多的证据表明,anammox菌广泛分布于自然界的海洋、淡水和陆地生态系统中,在区域氮素循环中起着不同程度的作用。影响自然生态系统中anammox反应的主要环境因子包括有机质含量、NO3-浓度和盐度等,但在不同的生态系统,anammox反应的主导影响因子存在较明显差异。本文综述了anammox菌的类群和生化反应机理,总结了anammox菌在各种自然生态系统中的分布与生态多样性,并论述了anammox反应在全球氮素循环中的重要性以及影响此过程发挥的主要环境因子。