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酸性土壤硝化微生物研究獲進展

來源:《ISME期刊》       更新時間:2012-8-30 12:10:55
 
  酸性土壤硝化過程的微生物學機理研究一直是氮循環領域的難點。主要原因是酸性土壤中NH3分子濃度極低(nM),極大地限制了微生物氨氧化。酸性土壤氨氧化同時也是農業生產實踐的熱點問題。據估算,地球30%以上的土壤偏酸性(pH < 5.5),而一半以上的酸性土壤屬于農業土壤或具有潛在的農業價值,氮肥施用極可能改變土壤氮循環并產生負面的生態環境影響。通過脲酶催化水解產生氨分子進行硝化作用,已被證明是氨氧化細菌適應酸性環境的一種機制。2011年,奧地利科學家在PNAS雜志報道了第一個土壤硝化古菌,并發現古菌具有尿酶水解為基礎的硝化能力(Tourna and Scheleper et al. 2011. PNAS 108: 8420)。然而,迄今尚無證據表明氨氧化古菌通過尿素水解參與土壤氨氧化過程。   最近,中科院南京土壤研究所賈仲君研究員團隊與中國農業科學院茶葉研究所的合作研究,證實了酸性土壤中存在尿酶水解為基礎的古菌氨氧化過程。(1)采用高度靈敏的15N-同位素示蹤技術,研究發現酸性土壤能夠氧化極低濃度的尿素分子(5 ppm),表明尿酶水解為基礎的硝化作用存在于自然界的酸性土壤中;(2)利用新一代高通量測序技術,開發了無偏差的分子指紋識別方法,發現在整體微生物群落水平古菌增加27倍。這一發現支持了基于靶標基因的傳統分子指紋圖譜結果,表明尿素顯著促進了酸性土壤古菌生長和硝化作用;(3)進一步的系統發育分析表明,我國典型酸性土壤中硝化古菌與英國科學家2011年9月在PNAS報道的酸性土壤硝化古菌Nitrosotalea devanaterra具有最近的親緣關系,表明古菌主導了酸性土壤氨氧化。   上述研究結果已在國際微生物生態學會會刊(The ISME Journal)在線發表(Nitrification of archaeal ammonia oxidizers in acid soils is supported by hydrolysis of urea.)。   該項研究成果拓展了復雜土壤環境中氨氧化古菌的代謝多樣性,為未來重新評估酸性土壤氮素循環過程提供了重要的科學依據。(來源:中科院南京土壤研究所)  

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