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青岛农业大学草学团队在黄河三角洲盐碱地甲烷代谢的微生物调控机制方面取得重要进展

发布时间：2023-09-16

近日，青岛农业大学草业学院“盐碱地微生态开发创新团队”在黄河三角洲盐碱地CH₄代谢的微生物调控机制方面取得重要进展，相关研究成果发表在Journal of Environmental Management（IF：8.7，TOP 1区）期刊，团队教师杨超教授与研究生陈奕彤为论文的共同第一作者，孙娟教授为论文的通讯作者，青岛农业大学为唯一通讯单位。

黄河三角洲滨海盐碱区是我国开发度较低的三角洲之一，土壤类型滨海盐潮土为主。该地区的发展在黄河流域生态保护和高质量发展中占据重要地位。在未来几十年中，土壤盐碱化从海岸线向内陆地区蔓延的速度预计将上升在人口增长和全球气候变化的背景下。除了对农业生产力产生严重的负面影响外，土壤盐碱化会影响土壤碳的交换量，包括CO₂和CH₄的排放。课题组前期研究结果发现盐碱化土壤微生物的碳水化合物代谢功能显著下降（Science of the Total Environment，2021），但土壤盐碱化对滨海盐碱地CH₄产生和氧化过程的微生物调控机制尚未可知。

因此，本研究系统评价了黄河三角洲5种不同盐碱度水平下CH₄产生和氧化微生物群落的组成，并检测了参与微生物CH₄代谢的微生物调控基因。研究结果表明，参与盐碱地甲烷产生的微生物代谢途径共有4种，包括CO₂途径、辅酶B途径、甲醇途径和三甲胺代谢（图1）。代谢途径分析表明，低盐度土壤中产生CH₄的mcrA基因最高。相比之下，与CO₂代谢途径相关的微生物酶活基因fwdA、ftr、mch和mer的相对丰度随着盐度的升高而显著增加。参与甲烷氧化的微生物代谢途径共有3种，包括核糖核酸途径、甲酸途径和丝氨酸途径（图2）。在CH₄氧化途径中，盐碱化显著降低参与CH₄转移到甲醛过程的pmoA、mmoB和mdh1微生物酶活基因的相对丰度。此外，研究还发现土壤盐碱化显著降低参与CH₄产生和氧化相关微生物的关系网络（图3），且低盐土壤CH₄排放主要受到CO₂通量的影响，而高盐主要受到CH₄氧化菌多样性的影响（图4）。研究结果为系统评估盐碱地土壤微生物的碳代谢功能提供有效数据支撑，也为深入挖掘盐碱地微生物的生态与促生功能提供重要基础。