近期，廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所劉同旭研究員團(tuán)隊(duì)對(duì)鐵礦物介導(dǎo)的硝酸鹽還原耦合亞鐵氧化（NRFO）過(guò)程開(kāi)展了系統(tǒng)研究，揭示了鐵礦物對(duì)鐵氮元素耦合循環(huán)的影響過(guò)程和內(nèi)在機(jī)制。

　　硝酸鹽還原耦合亞鐵氧化微生物普遍存在于稻田、湖泊和沉積物等生態(tài)環(huán)境中，其驅(qū)動(dòng)的NRFO過(guò)程是最重要的元素地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程之一。數(shù)十種NRFO微生物已經(jīng)被分離純化并用于微宇宙實(shí)驗(yàn)。然而，研究者發(fā)現(xiàn)純培養(yǎng)NRFO微生物面臨著共同的挑戰(zhàn)：亞鐵氧化生成的固態(tài)三價(jià)鐵會(huì)緊密的吸附在細(xì)胞表面造成細(xì)胞結(jié)殼，嚴(yán)重影響微生物的移動(dòng)和新陳代謝，甚至造成細(xì)胞的大量死亡。NRFO微生物在純培養(yǎng)過(guò)程中的窘境與生態(tài)環(huán)境中的廣泛分布之間的矛盾引起了團(tuán)隊(duì)的思考：生態(tài)環(huán)境中的自然因素，如鐵礦物，是否影響了NRFO微生物的生物過(guò)程，從而進(jìn)一步介導(dǎo)了環(huán)境中的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程。

　　為此，研究團(tuán)隊(duì)以模式NRFO微生物Acidovorax sp. strain BoFeN1為研究對(duì)象，以環(huán)境中普遍存在的赤鐵礦為外源礦物，通過(guò)動(dòng)力學(xué)和礦物學(xué)表征等手段，探究了赤鐵礦對(duì)strain BoFeN1驅(qū)動(dòng)NRFO過(guò)程的影響。動(dòng)力學(xué)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)乙酸鹽和亞鐵同時(shí)添加，或者只有亞鐵添加作為電子供體時(shí)，赤鐵礦顯著促進(jìn)strain BoFeN1驅(qū)動(dòng)的NRFO過(guò)程；當(dāng)只有乙酸鹽添加作為電子供體時(shí)，赤鐵礦對(duì)微生物的硝酸鹽還原過(guò)程無(wú)明顯影響。動(dòng)力學(xué)結(jié)果表明赤鐵礦很可能通過(guò)影響微生物的亞鐵氧化過(guò)程，進(jìn)一步促進(jìn)了硝酸鹽還原過(guò)程。同時(shí)，掃描電鏡和透射電鏡結(jié)果發(fā)現(xiàn)，赤鐵礦添加能夠顯著降低細(xì)胞結(jié)殼。根據(jù)上述結(jié)果，團(tuán)隊(duì)認(rèn)為赤鐵礦促進(jìn)strain BoFeN1驅(qū)動(dòng)的NRFO過(guò)程存在兩種機(jī)制：（1）礦物催化生物亞鐵氧化過(guò)程；（2）礦物作為成核位點(diǎn)降低細(xì)胞結(jié)殼。

　　本研究強(qiáng)調(diào)了環(huán)境中廣泛存在的鐵礦物與NRFO微生物的相互作用關(guān)系，提出了厭氧環(huán)境中NRFO微生物新的生存策略，進(jìn)一步揭示了微生物驅(qū)動(dòng)的元素地球化學(xué)過(guò)程。

圖1 赤鐵礦促進(jìn)微生物驅(qū)動(dòng)的硝酸鹽還原耦亞鐵氧化過(guò)程與機(jī)制

　　相關(guān)研究成果發(fā)表于生物地質(zhì)學(xué)權(quán)威期刊《Geobiology》上。

　　論文信息：

　　Cheng, K., Li, H., Yuan, X., Yin, Y., Chen, D., Wang, Y., Li, X., Chen, G., Li, F., Peng, C., Wu, Y., & Liu, T. (2022). Hematite-promoted nitrate-reducing Fe(II) oxidation by Acidovorax sp. strain BoFeN1: Roles of mineral catalysis and cell encrustation. Geobiology, 00, 1-13. https://doi.org/10.1111/gbi.12510

　　（省科學(xué)院土壤環(huán)境所土壤分子過(guò)程團(tuán)隊(duì) 吳云當(dāng)/供稿）