第八届青年地学论坛

海洋沉积物深部产甲烷区经常观测到亚铁离子含量升高的现象，暗示该区域存在铁还原，与沉积物中电子受体顺序消耗的传统理论相异。为了进一步探究产甲烷区铁还原现象背后的微生物代谢机制，本文采用取自南海海马冷泉区沉积物柱产甲烷区沉积物进行富集培养实验。实验添加甲烷和水铁矿并模拟原位静水压（15MPa），超过一年的富集过程中，添加的水铁矿被持续还原，同时培养体系中的细菌、古菌均得到富集。令人意外的是，添加水铁矿的两个平行的实验组古菌类群均为利用甲胺等甲基化合物产甲烷的Methanococcoides属所主导（88.5% 和97.2%），而未加铁矿的对照组中古菌类群为以H₂/CO₂为底物的Methanogenium属的产甲烷菌所主导（93.8%）。进一步在富集物中添加¹³CH₄和不同铁矿检测其铁还原机制，发现富集物不仅能还原水铁矿，而且对环境中常见的赤铁矿及磁铁矿也有还原作用，并排除Fe-AOM对富集物铁还原的贡献。进一步检测发现硫酸盐代谢抑制剂对铁还原具有抑制作用，指示铁还原作用与硫循环过程相关。同时，16S rRNA基因测序和宏基因组测序结果也表明添加水铁矿的富集物中存在多样的硫代谢相关微生物并编码硫酸盐还原、硫氧化等代谢途径，暗示富集体系中存在铁氧化物驱动的“隐匿硫循环”。本文系统性探究了产甲烷区微生物铁还原机制，发现在低硫酸盐含量的产甲烷区沉积物中，铁还原可以与硫循环偶联，并驱动一系列微生物过程，导致产甲烷区中主导的氢气产甲烷作用转变为以甲基化合物产甲烷作用所主导，本文同时对富含甲烷、铁及硫的早期海洋及地球系统的研究提供新的视角。

沉积物,铁还原,产甲烷菌,甲烷