深入解析土壤厌氧微生物-化学耦合过程，对于降低土壤重金属污染、提高土壤生产力、实现土壤资源可持续利用等具有重要意义。微生物介导的厌氧硝酸盐还原与亚铁氧化耦合过程（Nitrate reducing Fe(II)-oxidation, NRFO）的研究始于1996年。早期研究认为，该过程是纯生物作用。近年来，有学者提出该过程还存在化学反应，即硝酸盐还原的中间产物亚硝酸盐在中性厌氧环境中与亚铁发生反应。因此，NRFO过程中会同时发生微生物作用和化学作用，难以评估其相对贡献。
近日，广东省科学院生态环境与土壤研究所刘同旭研究员团队选取典型的硝酸盐依赖亚铁氧化菌 Acidovorax sp. strain BoFeN1为模式微生物，发现模拟中性厌氧条件下，当硝酸盐还原过程中的氮同位素和氧同位素富集系数比值(18ε:15ε)-NO3-约为1.0时，硝酸盐还原过程中的还原酶为Nar；当(18ε:15ε)-NO3-为0.4~0.7时，还原酶为Nap。其研究结果指示了Strain BoFeN1介导的NRFO过程中主要的硝酸盐还原酶为Nar。
团队还进一步研究了化学反硝化(Fe(II)+NO2-)、微生物亚硝酸盐还原(Cells+NO2-)和耦合过程(Cells+ NO2-+Fe(II))中的氮氧同位素分馏效应。研究发现，化学反硝化过程中(18ε:15ε)-NO2-比值为0.58 ± 0.05，在微生物亚硝酸盐还原过程中为–0.41 ± 0.11，表明氮氧同位素可用于区分化学和生物反应。耦合过程中得到的(18ε:15ε)-NO2-比值(0.70 ± 0.05)与化学反硝化的比值接近，表明耦合过程以化学反硝化为主。同时，通过反应动力学模型分析，表明耦合过程中化学反硝化的相对贡献为99.3%，与氮氧同位素分馏得到的结论一致，为微生物-化学耦合体系的研究提供了新思路。
利用氮氧同位素揭示铁循环驱动氮转化过程中的微生物机制和化学机制示意图
相关研究成果近日发表在环境科学权威期刊Environmental Science & Technology。省科学院土壤环境所刘同旭研究员团队的陈丹丹博士和程宽博士为论文的共同第一作者，陈国俊副研究员为通讯作者。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c02329
供稿：省科学院土壤环境所
撰稿：刘洲君
审稿：董军 曾晓舵 罗璇
校稿：徐超 肖捷 章震 黄巧纯
附件下载：
