环植所在热带农田土壤异养氨氧化研究方面取得新进展
作者：陈淼
来源：环境与植物保护研究所
日期：2023-05-24
中国热科院环植所农业环境研究团队在酸性土壤异养氨氧化机理方面取得重要进展。针对酸性土壤异养硝化研究领域的空白，综合运用同位素示踪技术、15N示踪模型和硝化抑制方法验证了“酸性土壤的氨氧化存在异养途径”这一科学假设，并分析了异养氨氧化对自养硝化抑制剂的抵抗机制和异养氨氧化的失活与激活机制，为农田生态系统氮素管理提供了新思路。
氨氧化作用是硝化作用的第一个反应步骤，也是限速步骤，在全球氮循环中发挥着极其重要的作用。除了自养硝化微生物, 土壤许多业已存在的异养微生物可以进行氨氧化作用。最近的研究表明，许多异养氨氧化者可以同步进行反硝化作用，在它们体内氨氧化与反硝化作用是耦合在一起，以至于生成的氮很快通过反硝化酶还原为氮氧化物而流失。更重要的是从土壤分离出来的许多氧化氨的异养微生物偏好生长于酸性、寡营养的土壤环境。但酸性环境的异养氨氧化作用及其失活、激活机制尚不清楚。本文创新性提出运用同位素示踪模型与数值模拟技术将无机硝化作用从有机硝化作用分离出来，进而运用乙炔浓度梯度实验将异养氨氧化从自养氨氧化区分出来的研究思路，为高分辨率识别复杂环境介质中的异养氨氧化过程提供了研究方法。研究结果表明，异养氨氧化作用不仅存在于酸性的非农田环境，还有可能存在于酸性的农田土壤；生活于农田土壤的异养硝化者可能需要外源性碳激活，可能在水分未饱和的条件下具有较高的活性；异养氨氧化的失活与激活机制，可能与乙炔浓度、外源性碳和水分有关；与携带氨单加氧酶类似酶的异养氨氧化者相比，未携带氨单加氧酶类似酶的异养氨氧化者可能对乙炔具有更强的抗性。
研究成果“Heterotrophic ammonium oxidation is not active in acidic paddy soils”发表于土壤学专业排名第一的期刊《Soil Biology and Biochemistry》(中科院一区TOP，IF=8.546)。期刊主编（Prof. T. Clough，Chief Editor）及三位审稿专家一致认为该研究有趣且重要。研究思路、方法和结论对酸性土壤硝化作用的深入研究提供了新思路与新方向。中国热科院环植所高文龙博士为第一作者兼通讯，陈淼副研究员为该论文共同通讯作者。在此，衷心地感谢南京师范大学张金波教授与德国吉森大学Christoph Müller教授对本研究的大力支持与指导。该研究得到了海南儋州热带农业生态系统国家野外科学观测研究站支持，得到了国家自然科学基金、广东省面上基金、海南省重点研发计划、海南省自然科学基金等项目的资助。
异养氨氧化作用抗性机制与激活、失活机理
论文全文链：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071723001086
