鐵礦物對鐵氮元素耦合循環影響過程和機制獲揭示

　　廣東省科學院生態環境與土壤研究所研究員劉同旭團隊對鐵礦物介導的硝酸鹽還原耦合亞鐵氧化（NRFO）過程開展了系統研究，揭示了鐵礦物對鐵氮元素耦合循環的影響過程和內在機制。相關研究發表于生物地質學權威期刊Geobiology。

　　硝酸鹽還原耦合亞鐵氧化微生物普遍存在于稻田、湖泊和沉積物等生態環境中，其驅動的NRFO過程是最重要的元素地球化學循環過程之一。數十種NRFO微生物已經被分離純化并用于微宇宙實驗。然而，研究者發現純培養NRFO微生物面臨著共同的挑戰：亞鐵氧化生成的固態三價鐵會緊密的吸附在細胞表面造成細胞結殼，嚴重影響微生物的移動和新陳代謝，甚至造成細胞的大量死亡。NRFO微生物在純培養過程中的窘境與生態環境中的廣泛分布之間的矛盾引起了劉同旭團隊的思考：生態環境中的自然因素，如鐵礦物，是否影響了NRFO微生物的生物過程，從而進一步介導了環境中的生物地球化學循環過程。

　　為此，劉同旭團隊以模式NRFO微生物Acidovorax sp. strain BoFeN1為研究對象，以環境中普遍存在的赤鐵礦為外源礦物，通過動力學和礦物學表征等手段，探究了赤鐵礦對strain BoFeN1驅動NRFO過程的影響。動力學結果發現，當乙酸鹽和亞鐵同時添加，或者只有亞鐵添加作為電子供體時，赤鐵礦顯著促進strain BoFeN1驅動的NRFO過程；當只有乙酸鹽添加作為電子供體時，赤鐵礦對微生物的硝酸鹽還原過程無明顯影響。動力學結果表明赤鐵礦很可能通過影響微生物的亞鐵氧化過程，進一步促進了硝酸鹽還原過程。同時，掃描電鏡和透射電鏡結果發現，赤鐵礦添加能夠顯著降低細胞結殼。

　　根據上述結果，劉同旭團隊認為赤鐵礦促進strain BoFeN1驅動的NRFO過程存在兩種機制：礦物催化生物亞鐵氧化過程；礦物作為成核位點降低細胞結殼。

　　該研究強調了環境中廣泛存在的鐵礦物與NRFO微生物的相互作用關系，提出了厭氧環境中NRFO微生物新的生存策略，進一步揭示了微生物驅動的元素地球化學過程。