甲烷厌氧氧化（AOM）是一种重要的生化过程,作为自然界CH₄代谢的关键环节,其削减了超过90%的海洋底层所产生CH₄和约50%的淡水湿地CH₄,使得最终进入大气的CH₄十分有限,因此甲烷厌氧氧化在地球碳循环过程中占有非常重要的地位。研究人员在海洋和淡水系统中都观察到了金属驱动的甲烷厌氧氧化现象,其速率可高达自然栖息地最大产甲烷率的15%。在早期和现代地球上,金属驱动的甲烷厌氧氧化在生物地球化学循环和地质演化中具有重要作用。锰广泛存在于各种海洋和淡水环境中,但到目前为止,锰矿物驱动的甲烷厌氧氧化的相关功能微生物和作用过程还鲜有人研究。本试验通过构建序批式微生物富集反应器,分别以锰矿湿地污泥和自然混合污泥作为接种物,以天然锰粉和人工合成δ-MnO₂为电子受体富集锰矿物驱动的甲烷厌氧氧化（Mn-AOM）微生物,并结合¹³CH₄稳定同位素示踪、高通量测序、荧光绝对定量（qPCR）、荧光原位杂交（FISH）、系统发育分析和RDA相关性分析等手段,分析Mn-AOM长期富集过程中的甲烷厌氧氧化效果,探索主导Mn-AOM的关键作用微生物种群及其介导AOM的作用途径,分析锰矿物种类和污泥接种来源对甲烷厌氧氧化的影响,探讨长期富集过程中AOM速率与功能微生物丰度之间的相关关系,明晰Mn-AOM过程。主要研究结果如下:（1）经过700多天的富集培养,4个反应器均表现出明显的甲烷厌氧氧化效果。长期富集过程中（T=150d⁷00d）,反应器R1（湿地污泥+天然锰粉组）、R2（混合污泥+天然锰粉组）、R3（湿地污泥+δ-MnO₂组）、R4（混合污泥+δ-MnO₂组）的平均CH₄氧化速率分别为:0.1270 mmol·L^-1·d^-1、0.1598 mmol·L^-1·d^-1、0.2118 mmol·L^-1·d^-1、0.1749 mmol·L^-1·d^-1。（2）长期运行过程中R3（湿地污泥+δ-MnO₂组）和R4（混合污泥+δ-MnO₂组）以δ-MnO₂为电子受体的甲烷厌氧氧化菌富集效果要高于以天然锰矿粉为电子受体的R1（湿地污泥+天然锰粉组）和R2（混合污泥+天然锰粉组）（p<0.05）。R3和R4的AOM速率更高,说明电子受体Mn（IV）的形态可以影响甲烷厌氧氧化菌的富集效果,并且以δ-MnO₂为电子受体的体系ANME-2d古菌数量高于以天然锰粉为电子受体的数量。试验发现,接种污泥会显著影响富集培养物的群落结构,两种不同接种污泥的微生物群落结构存在明显差异。（3）稳定同位素实验富集培养物中的d¹³C_TIC随着富集时间有明显的升高,证明了以CH₄为唯一电子供体的甲烷厌氧氧化过程。电子守恒实验验证了在锰矿物还原的同时伴随着甲烷氧化过程,并且实验中Mn（II）的总产生量和CH₄的总减少量之间的比值为3.85±0.25,接近于CH₄和Mn（IV）反应的化学计量学比例4.32±0.36,Mn（IV）的还原量和Mn（II）的生成量与CH₄的氧化量比值都接近4:1,符合锰矿物驱动的甲烷厌氧氧化的化学计量学过程,证实了反应器内的甲烷厌氧氧化是以Mn（IV）作为唯一的电子受体。（4）采用高通量测序、qPCR、FISH等分子生物学技术鉴定出了ANME-2d、产甲烷菌与两种锰还原菌（厌氧粘细菌和地杆菌）的种类。富集反应器中发现了ANME-2d、产甲烷菌和锰还原菌和共存的现象。（5）定量PCR得到富集700天时4个反应器内ANME-2d的丰度分别为:4.57×10⁶ copies·g^-1（dry sludge）、6.90×10⁶ copies·g^-1（dry sludge）、1.07×10⁷copies·g^-1（dry sludge）和8.85×10⁶ copies·g^-1（dry sludge）。相关性分析表明,甲烷的氧化过程伴随着ANME-2d簇的增长,富集期间AOM速率变化和ANME-2d簇丰度增长之间呈明显的正相关关系,相关系数R²可达0.95。而其他几种主要微生物如产甲烷菌、地杆菌、异化金属还原菌与甲烷厌氧氧化速率之间的关系不明显,阐明了以ANME-2d为主导的Mn（IV）驱动的甲烷厌氧氧化过程。