酸性土壤硝化微生物研究获进展

酸性土壤硝化微生物研究获进展

 酸性土壤硝化过程的微生物学机理研究一直是氮循环领域的难点。主要原因是酸性土壤中NH3分子浓度极低（nM），极大地限制了微生物氨氧化。酸性土壤氨氧化同时也是农业生产实践的热点问题。据估算，地球30%以上的土壤偏酸性（pH < 5.5），而一半以上的酸性土壤属于农业土壤或具有潜在的农业价值，氮肥施用极可能改变土壤氮循环并产生负面的生态环境影响。通过脲酶催化水解产生氨分子进行硝化作用，已被证明是氨氧化**适应酸性环境的一种机制。2011年，奥地利科学家在PNAS杂志报道了**个土壤硝化古菌，并发现古菌具有尿酶水解为基础的硝化能力（Tourna and Scheleper et al. 2011. PNAS 108: 8420）。然而，迄今尚无证据表明氨氧化古菌通过尿素水解参与土壤氨氧化过程。

　　*近，中科院南京土壤研究所贾仲君研究员团队与中国农业科学院茶叶研究所的合作研究，证实了酸性土壤中存在尿酶水解为基础的古菌氨氧化过程。（1）采用高度灵敏的15N-同位素示踪技术，研究发现酸性土壤能够氧化极低浓度的尿素分子（5 ppm），表明尿酶水解为基础的硝化作用存在于自然界的酸性土壤中；（2）利用新一代高通量测序技术，开发了无偏差的分子指纹识别方法，发现在整体微生物群落水平古菌增加27倍。这一发现支持了基于靶标基因的传统分子指纹图谱结果，表明尿素显著促进了酸性土壤古菌生长和硝化作用；（3）进一步的系统发育分析表明，我国典型酸性土壤中硝化古菌与英国科学家2011年9月在PNAS报道的酸性土壤硝化古菌Nitrosotalea devanaterra具有*近的亲缘关系，表明古菌主导了酸性土壤氨氧化。

　　上述研究结果已在国际微生物生态学会会刊（The ISME Journal）在线发表（Nitrification of archaeal ammonia oxidizers in acid soils is supported by hydrolysis of urea.）。

　　该项研究成果拓展了复杂土壤环境中氨氧化古菌的代谢多样性，为未来重新评估酸性土壤氮素循环过程提供了重要的科学依据。