深入解析土壤厭氧微生物-化學(xué)耦合過程，對于降低土壤重金屬污染、提高土壤生產(chǎn)力、實現(xiàn)土壤資源可持續(xù)利用等具有重要意義。微生物介導(dǎo)的厭氧硝酸鹽還原與亞鐵氧化耦合過程（Nitrate reducing Fe(II)-oxidation, NRFO）的研究始于1996年。早期研究認為，該過程是純生物作用。近年來，有學(xué)者提出該過程還存在化學(xué)反應(yīng)，即硝酸鹽還原的中間產(chǎn)物亞硝酸鹽在中性厭氧環(huán)境中與亞鐵發(fā)生反應(yīng)。因此，NRFO過程中會同時發(fā)生微生物作用和化學(xué)作用，難以評估其相對貢獻。

　　近日，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隊選取典型的硝酸鹽依賴亞鐵氧化菌 Acidovorax sp. strain BoFeN1為模式微生物，發(fā)現(xiàn)模擬中性厭氧條件下，當(dāng)硝酸鹽還原過程中的氮同位素和氧同位素富集系數(shù)比值(¹⁸ε:¹⁵ε)-NO₃^-約為1.0時，硝酸鹽還原過程中的還原酶為Nar；當(dāng)(¹⁸ε:¹⁵ε)-NO₃^-為0.4~0.7時，還原酶為Nap。其研究結(jié)果指示了Strain BoFeN1介導(dǎo)的NRFO過程中主要的硝酸鹽還原酶為Nar。

　　團隊還進一步研究了化學(xué)反硝化(Fe(II)+NO₂^-)、微生物亞硝酸鹽還原(Cells+NO₂^-)和耦合過程(Cells+ NO₂^-+Fe(II))中的氮氧同位素分餾效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)反硝化過程中(¹⁸ε:¹⁵ε)-NO₂^-比值為0.58 ± 0.05，在微生物亞硝酸鹽還原過程中為–0.41 ± 0.11，表明氮氧同位素可用于區(qū)分化學(xué)和生物反應(yīng)。耦合過程中得到的(¹⁸ε:¹⁵ε)-NO₂^-比值(0.70 ± 0.05)與化學(xué)反硝化的比值接近，表明耦合過程以化學(xué)反硝化為主。同時，通過反應(yīng)動力學(xué)模型分析，表明耦合過程中化學(xué)反硝化的相對貢獻為99.3%，與氮氧同位素分餾得到的結(jié)論一致，為微生物-化學(xué)耦合體系的研究提供了新思路。

利用氮氧同位素揭示鐵循環(huán)驅(qū)動氮轉(zhuǎn)化過程中的微生物機制和化學(xué)機制示意圖

　　相關(guān)研究成果近日發(fā)表在環(huán)境科學(xué)權(quán)威期刊Environmental Science & Technology。省科學(xué)院土壤環(huán)境所劉同旭研究員團隊的陳丹丹博士和程寬博士為論文的共同第一作者，陳國俊副研究員為通訊作者。

　　原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c02329

　　供稿：省科學(xué)院土壤環(huán)境所

　　撰稿：劉洲君

　　審稿：董軍  曾曉舵  羅璇

　　校稿：徐超  肖捷  章震  黃巧純