生物固氮在提供生物氮中發(fā)揮著重要作用，特別是在寡營養(yǎng)的重（類）金屬污染的環(huán)境中。與海洋和土壤環(huán)境中生物固氮的廣泛研究相比，人們對金屬污染土壤中生物固氮的認(rèn)知仍然有限，但有研究證明，從金屬污染土壤能分離出具有抗重金屬能力的異養(yǎng)固氮微生物。

重金屬污染土壤和河流沉積物中微生物砷固氮代謝機(jī)理

　　此前，廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所（以下簡稱省科學(xué)院土壤環(huán)境所）孫蔚旻研究員團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，尾礦樣品中的沙雷氏菌屬（Serratia）能夠從無機(jī)污染物As(III)氧化中獲得能量進(jìn)行化能自養(yǎng)固氮。然而，砷氧化依賴自養(yǎng)固氮是否存在于其他砷污染的環(huán)境中，以及哪些微生物在這些環(huán)境中參與這個生物地球化學(xué)過程仍有待確定。

　　為此，研究團(tuán)隊假設(shè)砷氧化依賴的自養(yǎng)固氮可能發(fā)生在金屬污染的環(huán)境中，通過使用砷污染樣品建立微宇宙實驗，利用DNA-SIP、擴(kuò)增子測序和宏基因組學(xué)等方法以驗證上述假設(shè)。研究發(fā)現(xiàn)，在微宇宙培養(yǎng)過程中，只有在添加As(III)后，才能觀察到生物固氮（固氮酶活性和15N分餾系數(shù)）和砷氧化活性；在未添加As(III)時，則無生物固氮和砷氧化活性顯示。這個結(jié)果說明在金屬污染土壤環(huán)境中存在砷氧化依賴的生物固氮過程。同時只有在添加As(III)后，nifH和aioA基因豐度才會隨著孵育時間顯著增加，且二者呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)，這表明有微生物參與了該地球化學(xué)過程。DNA-SIP證明了微生物硫桿菌屬（Thiobacillus）和厭氧菌屬（Anaeromyxobacter）可能參與了該地球化學(xué)過程。利用宏基因組分箱技術(shù)拼接基因組草圖，得到了Thiobacillus和Anaeromyxobacter的基因組草圖，且均含有固氮、固碳和砷氧化基因，進(jìn)一步證明兩者具有參與砷氧化依賴生物固氮的代謝潛力。

　　相關(guān)成果發(fā)表于國際環(huán)境科學(xué)期刊《Journal of Hazardous Materials》。

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130220

　?。ㄊ】茖W(xué)院土壤環(huán)境所/供稿）