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城市環境所在水稻土厭氧鐵銨氧化過程研究方面取得進展

   2019-05-31 中國科學院995
核心提示:  農業生產過程中,為提高農作物產量,過量氮肥施用于農田。然而農作物只利用了施用氮肥的大約35%,其余氮素均以不同形式進入
   農業生產過程中,為提高農作物產量,過量氮肥施用于農田。然而農作物只利用了施用氮肥的大約35%,其余氮素均以不同形式進入環境,導致不同生態系統氮素污染,對植物、動物、微生物、土壤、水體及人體健康造成一定的威脅。 
  為了提高氮肥利用率、減少環境中氮污染,水稻土中氮循環研究由來已久。氮循環是生物地球化學過程中重要的元素循環之一,比如,硝化過程、反硝化過程、共反硝化過程及厭氧氨氧化過程(anammox)。近年來,厭氧鐵銨氧化(Feammox)過程在很多生態系統中都有檢測到,包括森林土壤、濕地以及一些富集培養物。該過程是指在厭氧條件下,微生物將Fe(III)還原的同時將NH4+氧化,生成氮氣或亞硝酸鹽或硝酸鹽的過程。由于周期性的干濕交替,造成水稻土中有氧和無氧條件的交替,從而加速了其中Fe(II)和Fe(III)的轉換。同時,水稻種植過程中會施入大量的NH4+,因此研究人員認為水稻土中可能發生Feammox過程,然而目前對水稻土中Feammox的研究還較少。由于缺乏功能微生物的功能基因,目前對驅動Feammox過程的功能微生物主要集中于富集培養物的研究,而且這些研究主要基于培養體系中所有微生物DNA水平進行研究,很少從RNA水平研究Feammox相關微生物群落組成。
 
  基于此,中國科學院城市環境研究所城市微生物組(蘇建強研究組)采用15N-穩定同位素示蹤的方法測定了中國南方水稻土中Feammox過程的潛在速率,并利用RNA-SIP結合高通量測序技術,從RNA水平探究了Feammox過程的可能功能微生物。研究結果表明:(1)Feammox過程廣泛存在于中國南方水稻土中,通過其損失的氮大約占施用氮肥的6.91%;(2)Feammox相關微生物群落組成與土壤性質有關,尤其是pH和土壤粒徑;(3)Geobacter, GOUTA19, Nitrososphaeraceae 和Pseudomonas是Feammox過程中重要的潛在功能微生物,尤其是Geobacter。相關結果以RNA Stable Isotope Probing of Potential Feammox Population in Paddy Soil 為題發表于Environmental Science and Technology。城市環境所博士李虎為第一作者,研究員蘇建強為通訊作者。
 
  該研究獲得中科院先導專項(XDB15020302)及國家自然科學基金(41701280,41771285,41430858)的資助。
 
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日期:2019-05-31
 
標簽: 中國 微生物 水稻
行業: 食品檢測 糧油
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