尾礦是典型的寡營養(yǎng)環(huán)境，氮素供應不足是制約微生物群落與植被繁盛的關鍵因素。生物固氮作用在這類環(huán)境中顯得尤為重要，它為微生物提供了一種在氮素缺乏條件下的生存與發(fā)展策略。先前研究已揭示光合自養(yǎng)固氮微生物廣泛存在于海洋、稻田等生態(tài)系統(tǒng)中，并在這些系統(tǒng)的氮循環(huán)中扮演著關鍵角色。然而，對有關尾礦中光合固氮微生物的分布、功能及其在生態(tài)中的作用方面認知相對有限，這些微生物在尾礦中的具體活性及其背后的微生物機制仍未可知。

基于上述背景，廣東省科學院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所孫蔚旻研究員團隊揭示了荒廢礦山尾礦中一種被長期忽視的生物地球化學過程—光合固氮作用。

尾礦演替階段中的光合自養(yǎng)固氮過程

該研究采用了一種綜合性的方法，通過構建不同初級演替階段的尾礦樣品微宇宙孵育實驗，結合DNA穩(wěn)定同位素探針技術（DNA-SIP）、宏基因組分箱技術，以及多重生物信息學統(tǒng)計方法，全面分析了尾礦中光合固氮活性及其潛在的代謝機制。

通過DNA-SIP發(fā)現(xiàn)，Roseomonas是尾礦中潛在的光合固氮微生物，負責光養(yǎng)型生物固氮過程。此外，宏基因組分箱和基因組分析發(fā)現(xiàn)，Roseomonas?spp.含有參與固氮、無氧光合作用和碳固定的重要基因，表明它們具有介導光合固氮的遺傳潛力。采用結構因果模型的推論框架表明，在這些礦山尾礦的原生演替過程中，假定的光合固氮菌Roseomonas的富集可能有助于提高總氮含量。以上研究結果表明，光合自養(yǎng)固氮菌可能在養(yǎng)分積累過程中發(fā)揮重要作用，并有可能促進尾礦中的生態(tài)演替。

這一發(fā)現(xiàn)不僅提供了礦山生態(tài)修復的新思路，也對理解尾礦生態(tài)系統(tǒng)的初級演替過程提供了重要見解。相關研究成果發(fā)表于環(huán)境領域著名期刊Environmental Science & Technology（IF=11.4）上，李永斌助理教授和孫曉旭副研究員為論文共同第一作者。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c09460

供稿：省科學院土壤環(huán)境所

撰稿：吳婕

審稿：黃丹??董軍??羅璇

校稿：徐超??肖捷??章震