水稻土好氧甲烷氧化菌对大气CO2浓度升高的适应规律

CH4是仅次于CO2的第二大温室气体，而稻田是CH4的主要排放源，但未来大气CO2浓度升高情景下（elevated CO2, eCO2），水稻土好氧甲烷氧化过程及其功能微生物群落适应规律尚不清楚。本研究依托中国FACE（Free Air CO2 Enrichment）水稻田试验平台，通过13C-CH4示踪的室内微宇宙培养实验，采用稳定性同位素核酸探针（DNA-SIP）和高通量测序技术，研究了未来大气CO2浓度升高对水稻土甲烷氧化活性及其功能微生物的影响规律。研究结果表明：与常规大气CO2浓度（ambient CO2, aCO2）相比，eCO2条件下的甲烷氧化活性显著增加，从243 nmol g-1 d.w.s h-1增加至302 mol g-1 d.w.s h-1，增幅高达24.3%，甲烷氧化菌数量则增加了1.1~1.2倍。通过超高速离心获得活性甲烷氧化菌同化13CH4后合成的13C-DNA，高通量测序发现，未来大气CO2升高情景下水稻土活性好氧甲烷氧化微生物群落极可能发生明显演替，与对照相比，类型I甲烷氧化菌甲基杆菌属Methylobacter的相对丰度增加16.2%~17.0%，而甲基八叠球菌属Methylosarcina的相对丰度下降4.7%-11.1%；同时刺激了食酸菌属Acidovorax和假单胞菌属Pseudomonas等非甲烷氧化菌的活性。这些研究结果表明：未来大气CO2升高情景下，水稻土好氧甲烷氧化微生物群落结构发生分异，促进了甲烷氧化通量，而甲烷氧化的代谢产物可能引发土壤中微生物食物网的级联反应，是土壤碳储存和周转的重要功能微生物群。

The adaptative mechanisms of methane-oxidizing bacteria for elevated atmospheric CO2 in paddy soil