中国农学通报 ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (11): 202-210.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2025-0756
张宏飞1,2(
), 徐慧敏2(
), 李丹丹2, 陆尚明3, 方龙香2, 刘祝萍2, 杨振3, 高宇航2, 张莉3, 宋超2, 孟顺龙1,2(
)
收稿日期:2025-09-02
修回日期:2026-02-23
出版日期:2026-06-12
发布日期:2026-06-12
通讯作者:
作者简介:张宏飞,男,2001年出生,山西晋中人,研究生,研究方向:渔业环境保护。通信地址:214128 江苏省无锡市滨湖区薛家里69号 南京农业大学无锡渔业学院,E-mail:18306852461@163.com。
基金资助:
ZHANG Hongfei1,2(
), XU Huimin2(
), LI Dandan2, LU Shangming3, FANG Longxiang2, LIU Zhuping2, YANG Zhen3, GAO Yuhang2, ZHANG Li3, SONG Chao2, MENG Shunlong1,2(
)
Received:2025-09-02
Revised:2026-02-23
Published:2026-06-12
Online:2026-06-12
摘要:
甲烷(CH4)作为重要的温室气体,其大量排放是导致全球气候变暖的关键因素之一。因此,甲烷减排对缓解温室效应具有重要意义。养殖池塘作为典型的浅水生态系统,是易被忽视的甲烷排放源。池塘沉积物富含外源有机质,通过微生物介导的碳氮循环耦合作用,成为碳氮生物地球化学循环的关键区域。然而,目前关于养殖池塘中微生物驱动的甲烷氧化过程及其调控机制仍缺乏系统认知。本研究系统综述了好氧甲烷氧化及厌氧甲烷氧化的研究进展,重点阐述了甲烷氧化微生物的群落组成、代谢机制、生态分布特征及其环境影响因素,归纳了甲烷氧化潜在速率的测定方法。在此基础上,针对养殖池塘生态系统的特殊性,提出了该领域未来研究的重点方向,旨在为水产养殖业的甲烷减排和绿色可持续发展提供科学依据。
中图分类号:
张宏飞, 徐慧敏, 李丹丹, 陆尚明, 方龙香, 刘祝萍, 杨振, 高宇航, 张莉, 宋超, 孟顺龙. 微生物介导的甲烷氧化研究进展及其在水产养殖中的展望[J]. 中国农学通报, 2026, 42(11): 202-210.
ZHANG Hongfei, XU Huimin, LI Dandan, LU Shangming, FANG Longxiang, LIU Zhuping, YANG Zhen, GAO Yuhang, ZHANG Li, SONG Chao, MENG Shunlong. Research Progress on Microbial-Mediated Methane Oxidation and Its Prospects in Aquaculture[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2026, 42(11): 202-210.
| 类型 | 门(纲) | 属(种) | 特征 |
|---|---|---|---|
| Ⅰ型 (Ⅹ型) | γ-变形菌纲 | 甲基单胞菌属(Methylomona)、甲基球菌属(Methylococcus)、 甲基杆菌属(Methylobacter)、 甲基微菌属(Methylomicrobium)、Methylosphaera、甲基热菌属(Methylothermus)、Methylohalobius、甲基暖菌属(Methylocaldum)、甲基八叠球菌属(Methylosarcina)、Methylosoma | 通过颗粒型甲烷单加氧酶氧化底物,作用底物多为低碳烃,在低甲烷浓度中适应性强 |
| Ⅱ型 | α-变形菌纲 | 甲基弯曲菌属(Methylosinus)、甲基胞囊菌属(Methylocystis)、甲 基帽菌属(Methylocapsa)、Methylocella、Methyloferula | 通过可溶性甲烷单加氧酶氧化底物,底物范围广,对于环境变化抵抗力更强 |
| Ⅲ型 | 疣微菌门 | Methylokorus infernorum、Acidimethylosilex fumarolicum、 Methyloacida kamchatkensis | 分布于极端环境中 |
| 类型 | 门(纲) | 属(种) | 特征 |
|---|---|---|---|
| Ⅰ型 (Ⅹ型) | γ-变形菌纲 | 甲基单胞菌属(Methylomona)、甲基球菌属(Methylococcus)、 甲基杆菌属(Methylobacter)、 甲基微菌属(Methylomicrobium)、Methylosphaera、甲基热菌属(Methylothermus)、Methylohalobius、甲基暖菌属(Methylocaldum)、甲基八叠球菌属(Methylosarcina)、Methylosoma | 通过颗粒型甲烷单加氧酶氧化底物,作用底物多为低碳烃,在低甲烷浓度中适应性强 |
| Ⅱ型 | α-变形菌纲 | 甲基弯曲菌属(Methylosinus)、甲基胞囊菌属(Methylocystis)、甲 基帽菌属(Methylocapsa)、Methylocella、Methyloferula | 通过可溶性甲烷单加氧酶氧化底物,底物范围广,对于环境变化抵抗力更强 |
| Ⅲ型 | 疣微菌门 | Methylokorus infernorum、Acidimethylosilex fumarolicum、 Methyloacida kamchatkensis | 分布于极端环境中 |
| 类型 | 电子受体 | 反应式 | 吉布斯自由能/(kJ/mol) |
|---|---|---|---|
| 好氧型 | 氧气(O2) | CH4+2O2→CO2+2H2O | -858.7 |
| 硫酸盐还原型 | 硫酸盐(SO42) | CH4+SO42-→HCO3-+HS- +H2O | -16.6 |
| 反硝化型 | 硝酸盐(NO3-) | CH4+4NO3-→CO2+4NO2-+2H2O | -483.4 |
| 亚硝酸盐(NO2-) | 3CH4+8NO2-+8H+→3CO2+4N2+10H2O | -928.0 | |
| 金属还原型 | 铁离子(Fe3+) | CH4+8Fe3++3H2O→HCO3-+8Fe2++9H+ | -418.3 |
| 锰离子(Mn4+) | CH4+4MnO2+7H+→HCO3-+4Mn2++5H2O | -556.0 | |
| 铬离子(Cr6+) | 3CH4+4Cr2O72-+32H+→8Cr3++CO2+22H2O | -878.8 | |
| 其他类型 | 硒酸盐(SeO42-) | 3CH4+4SeO42-+8H+→4Se+3CO2+10H2O | — |
| 蒽醌‐2,6‐二磺酸盐(AQDS) | CH4+4AQDS+3H2O→HCO3-+H++4AQH2DS | -41.0 | |
| 高氯酸盐(ClO4-) | CH4+ClO4-→HCO3-+Cl-+H++H2O | -859.9 |
| 类型 | 电子受体 | 反应式 | 吉布斯自由能/(kJ/mol) |
|---|---|---|---|
| 好氧型 | 氧气(O2) | CH4+2O2→CO2+2H2O | -858.7 |
| 硫酸盐还原型 | 硫酸盐(SO42) | CH4+SO42-→HCO3-+HS- +H2O | -16.6 |
| 反硝化型 | 硝酸盐(NO3-) | CH4+4NO3-→CO2+4NO2-+2H2O | -483.4 |
| 亚硝酸盐(NO2-) | 3CH4+8NO2-+8H+→3CO2+4N2+10H2O | -928.0 | |
| 金属还原型 | 铁离子(Fe3+) | CH4+8Fe3++3H2O→HCO3-+8Fe2++9H+ | -418.3 |
| 锰离子(Mn4+) | CH4+4MnO2+7H+→HCO3-+4Mn2++5H2O | -556.0 | |
| 铬离子(Cr6+) | 3CH4+4Cr2O72-+32H+→8Cr3++CO2+22H2O | -878.8 | |
| 其他类型 | 硒酸盐(SeO42-) | 3CH4+4SeO42-+8H+→4Se+3CO2+10H2O | — |
| 蒽醌‐2,6‐二磺酸盐(AQDS) | CH4+4AQDS+3H2O→HCO3-+H++4AQH2DS | -41.0 | |
| 高氯酸盐(ClO4-) | CH4+ClO4-→HCO3-+Cl-+H++H2O | -859.9 |
| 类型 | 微生物种类 | 其他 | |
|---|---|---|---|
| SAMO | ANME-1 ANME-2 ANME-3 | ANME-1包含a、b等2个亚簇, ANME-2包含a、b、c、d等4个亚簇 | ANME-1主要分布在深海和火山口区域,ANME-2在湿地、湖泊、稻田和垃圾填埋场均有分布,而ANME-3只在极端环境中被检测到 |
| SRB | 主要包括Desulfosarcina/Desulfococcus(DSS簇)和Desulfobulbus(DBB簇) | ANME-2和ANME-3与SRB耦合紧密,而ANME-1耦合较为松散 | |
| DAMO | ANME-2d | 包含A、B、C等3个类群 | A类由富集培养的古菌组成,在海洋和淡水环境中检测到其序列。 B类和C类分布在极端环境中 |
| NC10 | 包含A、B、C、D、E等5个类群 | 从富集培养物中鉴定出来的细菌均属于A类,B类和C类经常在自然环境中被检测到,D类在泥炭地表层检测到,E类通过富集培养得到 | |
| M-AOM | ANMEs | ANME-1、ANME-3、ANME-2a、ANME-2c、 ANME-2d | 几乎所有的ANMEs类群都可以执行此功能 |
| Others | ANME-2 | ANME-2d | ANME-2d可以利用不同的电子受体 |
| 类型 | 微生物种类 | 其他 | |
|---|---|---|---|
| SAMO | ANME-1 ANME-2 ANME-3 | ANME-1包含a、b等2个亚簇, ANME-2包含a、b、c、d等4个亚簇 | ANME-1主要分布在深海和火山口区域,ANME-2在湿地、湖泊、稻田和垃圾填埋场均有分布,而ANME-3只在极端环境中被检测到 |
| SRB | 主要包括Desulfosarcina/Desulfococcus(DSS簇)和Desulfobulbus(DBB簇) | ANME-2和ANME-3与SRB耦合紧密,而ANME-1耦合较为松散 | |
| DAMO | ANME-2d | 包含A、B、C等3个类群 | A类由富集培养的古菌组成,在海洋和淡水环境中检测到其序列。 B类和C类分布在极端环境中 |
| NC10 | 包含A、B、C、D、E等5个类群 | 从富集培养物中鉴定出来的细菌均属于A类,B类和C类经常在自然环境中被检测到,D类在泥炭地表层检测到,E类通过富集培养得到 | |
| M-AOM | ANMEs | ANME-1、ANME-3、ANME-2a、ANME-2c、 ANME-2d | 几乎所有的ANMEs类群都可以执行此功能 |
| Others | ANME-2 | ANME-2d | ANME-2d可以利用不同的电子受体 |
| [1] |
|
| [2] |
doi: 10.1038/nature14673 |
| [3] |
|
| [4] |
doi: 10.1089/ees.2005.22.73 URL |
| [5] |
doi: 10.1111/gcb.12865 pmid: 25580828 |
| [6] |
doi: 10.1016/0012-821X(76)90195-3 URL |
| [7] |
doi: 10.1038/s41558-019-0425-9 |
| [8] |
doi: 10.1016/j.synbio.2020.06.007 pmid: 32637670 |
| [9] |
|
| [10] |
|
| [11] |
|
| [12] |
贠娟莉, 王艳芬, 张洪勋. 好氧甲烷氧化菌生态学研究进展[J]. 生态学报, 2013, 33(21):6774-6785.
|
| [13] |
doi: 10.1111/j.1758-2229.2009.00022.x pmid: 23765882 |
| [14] |
doi: 10.1146/micro.1995.49.issue-1 URL |
| [15] |
doi: 10.1128/AEM.02233-07 pmid: 18165358 |
| [16] |
|
| [17] |
秦宇, 黄璜, 李哲, 等. 内陆水体好氧甲烷氧化过程研究进展[J]. 湖泊科学, 2021, 33(4):1004-1017.
|
| [18] |
doi: 10.5194/bg-14-1631-2017 URL |
| [19] |
pmid: 17991031 |
| [20] |
pmid: 11233156 |
| [21] |
pmid: 15640223 |
| [22] |
doi: 10.1029/94GB01800 URL |
| [23] |
pmid: 17903217 |
| [24] |
doi: 10.1038/ismej.2011.77 URL |
| [25] |
doi: 10.1016/0304-3770(96)01047-9 URL |
| [26] |
doi: 10.1021/acs.est.8b05742 URL |
| [27] |
|
| [28] |
doi: 10.1038/nature04617 |
| [29] |
doi: 10.1038/nature08883 |
| [30] |
doi: 10.1038/nature12375 |
| [31] |
doi: 10.1128/AEM.00984-15 pmid: 26048927 |
| [32] |
|
| [33] |
doi: 10.1111/fml.2012.334.issue-1 URL |
| [34] |
doi: 10.1038/nature10663 |
| [35] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.08.185 URL |
| [36] |
doi: 10.1007/s00253-014-6141-5 pmid: 25698510 |
| [37] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.166049 URL |
| [38] |
doi: 10.1016/j.geoderma.2019.113943 URL |
| [39] |
doi: 10.1007/s00253-017-8718-2 pmid: 29387953 |
| [40] |
田茂辉, 沈李东, 刘心, 等. 稻田土壤亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化菌群落结构的时空特征[J]. 应用生态学报, 2022, 33(1):239-247.
doi: 10.13287/j.1001-9332.202112.025 |
| [41] |
doi: S1001-0742(16)31545-5 pmid: 29548408 |
| [42] |
doi: 10.1016/j.watres.2021.116928 URL |
| [43] |
doi: 10.1007/s13762-022-03983-6 |
| [44] |
doi: 10.1126/science.1169984 URL |
| [45] |
doi: 10.1021/es901723c URL |
| [46] |
doi: 10.1038/s41396-020-0590-x URL |
| [47] |
doi: 10.5194/bg-13-5333-2016 URL |
| [48] |
doi: 10.1016/j.gca.2017.03.019 URL |
| [49] |
doi: 10.1021/es503663z URL |
| [50] |
doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.124076 URL |
| [51] |
doi: 10.1016/j.soilbio.2019.107685 URL |
| [52] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.141677 URL |
| [53] |
doi: 10.1021/acs.est.9b01345 URL |
| [54] |
沈李东, 金靖昊, 刘心. 内陆湿地与水体甲烷厌氧氧化功能微生物研究进展[J]. 生态学报, 2022, 42(9):3842-3855.
|
| [55] |
doi: 10.1016/j.chemosphere.2022.134345 URL |
| [56] |
doi: 10.1016/j.soilbio.2019.03.010 URL |
| [57] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.12.090 URL |
| [58] |
doi: 10.1007/s11356-018-3936-4 |
| [59] |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.156534 URL |
| [60] |
doi: 10.1080/10641262.2011.573597 URL |
| [61] |
doi: 10.1080/10454438.2015.1115320 URL |
| [1] | 王政委, 于飞, 杨程, 路吉坤, 姜珊珊, 孙玉琦, 高焕. 连云港地区养殖池塘水质监测与评价[J]. 中国农学通报, 2025, 41(28): 155-164. |
| [2] | 钟立强, 周丽颖, 张世勇, 刘洪岩, 陈校辉, 王明华. 养殖池塘水体异味物质土臭素与环境因子关系解析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(27): 159-164. |
| [3] | 丁兰, 徐胜南, 周聃, 刘梅, 李万祈, 邹松保. 水产养殖固体废弃物有机肥对土壤肥效和蔬菜品质的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(19): 102-108. |
| [4] | 范立民, 王庆, 陈曦, 裘丽萍, 孟顺龙, 宋超, 苏永腾, 胡庚东, 陈家长. 浮床空心菜对罗非鱼养殖池塘水体微生态环境影响方式分析[J]. 中国农学通报, 2023, 39(2): 142-151. |
| [5] | 葛晓敏,王瑞华,唐罗忠,贾志远,朱 玲,李 勇. 不同温湿度条件下杨树人工林土壤氮矿化特征研究[J]. 中国农学通报, 2015, 31(10): 208-213. |
| [6] | 李志波. 江苏和云南两地罗非鱼养殖池塘沉积物总磷和碱性磷酸酶的关系研究[J]. 中国农学通报, 2014, 30(33): 188-192. |
| 阅读次数 | ||||||
|
全文 |
|
|||||
|
摘要 |
|
|||||