近日，广东省科学院生态环境与土壤研究所刘同旭研究员团队，利用氮氧双同位素分馏方法揭示了厌氧铁循环驱动氮转化的微生物机制与化学机制，相关成果发表在环境科学权威期刊Environmental Science & Technology上。

微生物介导的厌氧硝酸盐还原与亚铁氧化耦合过程(Nitrate reducing Fe(II)-oxidation, NRFO) 的研究始于1996年。早期研究认为该过程是纯生物作用，而在近年的研究中，有学者提出该过程还存在化学反应，即硝酸盐还原的中间产物亚硝酸盐在中性厌氧环境中与亚铁发生反应。因此，NRFO过程中会同时发生微生物作用和化学作用，难以评估其相对贡献。深入解析土壤厌氧微生物-化学耦合过程，对于降低土壤重金属污染、提高土壤生产力、实现土壤资源可持续利用等均具有重要意义。

研究成果入选Environmental Science & Technology副封面文章

研究团队模拟了中性厌氧条件，选取了典型的硝酸盐依赖亚铁氧化菌 Acidovorax sp. strain BoFeN1为模式微生物。当硝酸盐还原过程中的氮同位素和氧同位素富集系数比值(18ε:15ε)-NO3⁻约为1.0时，硝酸盐还原过程中的还原酶为Nar；当(18ε:15ε)-NO3⁻为0.4~0.7时，还原酶为Nap。本研究结果指示了Strain BoFeN1介导的NRFO过程中主要的硝酸盐还原酶为Nar。

        团队还进一步研究了化学反硝化(Fe(II)+NO2⁻)、微生物亚硝酸盐还原(Cells+NO2⁻)和耦合过程(Cells+ NO2⁻+Fe(II))中的氮氧同位素分馏效应。研究发现，化学反硝化过程中(18ε:15ε)-NO2⁻比值为0.58 ± 0.05，在微生物亚硝酸盐还原过程中为–0.41 ± 0.11，表明氮氧同位素可用于区分化学和生物反应。耦合过程中得到的(18ε:15ε)-NO2⁻比值(0.70 ± 0.05)与化学反硝化的比值接近，表明耦合过程以化学反硝化为主。同时，通过反应动力学模型分析，表明耦合过程中化学反硝化的相对贡献为99.3%，与氮氧同位素分馏得到的结论一致，为微生物-化学耦合体系的研究提供了新思路。

广东省科学院生态环境与土壤研究所刘同旭研究员团队的陈丹丹博士和程宽博士为论文的共同第一作者，陈国俊副研究员为通讯作者。

论文信息：

Dandan Chen, Kuan Cheng, Tongxu Liu, Guojun Chen*, Andreas Kappler, Xiaomin Li, Raymond Jianxiong Zeng, Yang Yang, Fujun Yue, Shiwen Hu, Fang Cao, Fangbai Li (2023) Novel insight into microbially mediated nitrate-reducing Fe(II) oxidation by Acidovorax sp. strain BoFeN1 using dual N–O isotope fractionation, Environ. Sci. Technol. 57, 12546-12555

论文网址：

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

（土壤分子团队 陈国俊/供稿)