甲烷作为第二大温室气体，在加速全球变暖的过程中起着重要作用。湿地是大气甲烷的最大自然来源，在气候变暖的大背景下，湿地中甲烷的产生和氧化日趋活跃。青藏高原地区是全国湿地面积最大的区域，已有研究结果表明，高原地区的高寒湿地中存在活跃的产甲烷活动。反硝化型厌氧甲烷氧化（Denitrifying anaerobic methane oxidation, DAMO）是淡水湿地中重要的甲烷氧化途径，而且连接了湿地中碳氮两大重要的营养元素循环，但这一过程在高寒湿地中仍不清楚。因此本研究围绕高寒湿地中的DAMO 过程，拟解决两个科学问题：1）高寒湿地中DAMO 微生物的分布及影响分布的因子；2）高寒湿地典型区域DAMO 过程及微生物驱动机制。论文的主要研究内容和结果如下：
      （1）在青藏高原及其南部延伸地区，从北向南依次选取若尔盖湿地（33°56'N, 102°49' E; 3433 m），莽措湖湿地（29°32' N, 98°50' E; 4297 m）和白马雪山湿地（27°37' N, 99°07' E; 3869 m）三个不同类型的高寒湿地。运用实时荧光定量PCR（Quantitative Real-time PCR, qPCR）和Illumina 高通量测序技术探究高寒湿地中DAMO 微生物的分布。在若尔盖湿地、莽措湖湿地和白马雪山湿地中都检测到了DAMO 细菌Candidatus Methylomirabilis oxyfera，同时在若尔盖湿地和白马雪山湿地检测到了DAMO 古菌Candidatus Methanoperedens nitroreducens。在研究湿地中M. oxyfera 16S rRNA 基因的丰度为104~105 拷贝数/克干燥土壤，M.nitroreducens 16S rRNA 基因的丰度为105~107 拷贝数/克干燥土壤。这一结果首次证实了在青藏高原地区寒冷的湿地环境中存在丰度较高的DAMO 古菌M.nitroreducens，同时DAMO 细菌M. oxyfera 也被证明在高寒湿地中有广泛的分布。微生物生态网络分析湿地中的DAMO 微生物和其他微生物之间的相互作用，结果显示若尔盖湿地中DAMO 微生物和细菌（包括古菌）形成了相互作用关系网络，而真菌和DAMO 微生物之间没有显著的相互作用关系。结构方程模型（Structural equation model, SEM）分析结果表明采样点地理位置（海拔）对DAMO微生物影响最大，若尔盖湿地的低海拔更适合DAMO 微生物的生存。同时若尔盖湿地细菌（包括古菌）群落较高的多样性及接近中性的土壤pH 值（pH=7.04），使得该湿地更适合DAMO 细菌M. oxyfera 的生存。因此若尔盖湿地可能是高寒湿地中DAMO 过程的热点区域。微生物之间相互作用分析和结构方程的量化分析表明高寒湿地中DAMO 微生物与细菌（包括古菌）相互作用更多，而真菌对DAMO 微生物影响较小。
     （2）选择DAMO 过程的典型区域——若尔盖湿地为研究样点，进一步探究DAMO 微生物在湿地土壤中的时空分布及活性，评估DAMO 过程对湿地温室气体甲烷减排的贡献，以及DAMO 微生物和其他氮循环微生物之间的相互作用关系。结果显示若尔盖湿地中DAMO 微生物在季节上变化较小，而DAMO 细菌M. oxyfera 和古菌M. nitroreducens 在整个土壤层上表现出生态位分化。具体而言，M. oxyfera 在表层（0–30 cm 土层）土壤中丰度较高，而M. nitroreducens 在亚表层（30–60 cm 土层）土壤中丰度较高。相应的，itrite-DAMO 在表层土壤活性高，nitrate-DAMO 在亚表层中活性较高。反硝化型厌氧甲烷氧化细菌M. oxyfera和古菌M. nitroreducens 在土壤中垂直分布使它们能够在不同土壤层的甲烷氧化中发挥重要作用，并形成对甲烷的有效过滤。而这一过程每年减少0.057 Tg 甲烷的排放，占到若尔盖湿地甲烷年排放量的5.70％-8.77％。DAMO 细菌M. oxyfera和氮循环微生物之间关系复杂，产生和消耗亚硝酸盐的氮循环微生物与M.oxyfera 均具有正和负的相互关系。DAMO 古菌M. nitroreducens 和氮循环微生物之间关系相对简单，减少硝酸盐潜在来源的微生物与M. nitroreducens 有负的相互关系，氧化亚硝酸盐为硝酸盐的微生物和M. nitroreducens 则是正的相互作用关系。而DAMO 细菌和古菌有不同的生存策略，M. oxyfera 能在与其他氮循环微生物竞争激烈的环境中获得竞争优势，并成为关键种。而M. nitroreducens 更适合在与氮循环微生物合作较多的环境中生存。
      本研究对青藏高原地区高寒湿地DAMO 过程及微生物驱动机制进行了探究。发现DAMO 微生物广泛分布于高寒湿地中，而DAMO 途径是高寒湿地中不可忽视的甲烷汇。这一结果进一步丰富DAMO 微生物在全球的多样性及分布信息。对若尔盖湿地中DAMO 微生物在不同季节和土壤层中的生态位研究及分析DAMO 菌和氮循环微生物之间生态关系，使得我们对高寒湿地中的甲烷氧化及碳氮循环有了更清晰的认识。