研究揭示砷氧化依賴自養固氮及相應代謝途徑

　　近日，廣東省科學院生態環境與土壤研究所研究員孫蔚旻團隊利用DNA-SIP和宏基因組分箱確定了微生物硫桿菌屬（Thiobacillus）和厭氧菌屬（Anaeromyxobacter）參與砷氧化依賴自養固氮及相應代謝途徑。相關研究發表于Journal of Hazardous Materials。

　　生物固氮在提供生物氮中發揮著重要作用，特別是在寡營養的重（類）金屬污染的環境中。與海洋和土壤環境中生物固氮的廣泛研究相比，我們對金屬污染土壤中生物固氮的認知仍然有限，但有研究證明，從金屬污染土壤能分離出具有抗重金屬能力的異養固氮微生物。

　　孫蔚旻團隊先前的發現證明了在尾礦樣品中，Serratia能夠從As(III)氧化中獲得能量進行化能自養固氮。然而，砷氧化依賴自養固氮是否存在于其他砷污染的環境中，以及哪些微生物在這些環境中參與這個生物地球化學過程仍有待確定。

　　因此，孫蔚旻團隊假設砷氧化依賴的自養固氮可能發生在金屬污染的環境中，通過使用砷污染樣品建立微宇宙實驗，利用DNA-SIP、擴增子測序和宏基因組學等方法以驗證上述假設。在微宇宙培養過程中，只有在添加As(III)后，才能觀察到生物固氮（固氮酶活性和15N分餾系數）和砷氧化活性；在未添加As(III)時，則無生物固氮和砷氧化活性顯示。

　　該結果說明在金屬污染土壤環境中存在砷氧化依賴的生物固氮過程。同時只有在添加As(III)后，nifH和aioA基因豐度才會隨著孵育時間顯著增加，且二者呈現出顯著的正相關，這表明有微生物參與了該地球化學過程。DNA-SIP證明了Thiobacillus 和 Anaeromyxobacter可能參與了該地球化學過程。利用宏基因組分箱技術拼接基因組草圖，得到了Thiobacillus 和 Anaeromyxobacter的基因組草圖，且均含有固氮、固碳和砷氧化基因，進一步證明兩者具有參與砷氧化依賴生物固氮的代謝潛力。

　　該研究揭示了土壤中硫桿菌屬和厭氧菌屬介導了砷氧化依賴的生物固氮。