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【中国科学报】铁矿物对铁氮元素耦合循环影响过程和机制获揭示

来源: 时间:2022-07-19

来源/中国科学报  记者/朱汉斌  日期/2022-07-19

赤铁矿促进微生物驱动的硝酸盐还原耦合亚铁氧化过程与机制。研究团队 供图

  广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员刘同旭团队对铁矿物介导的硝酸盐还原耦合亚铁氧化(NRFO)过程开展了系统研究,揭示了铁矿物对铁氮元素耦合循环的影响过程和内在机制。相关研究发表于生物地质学权威期刊Geobiology。

  硝酸盐还原耦合亚铁氧化微生物普遍存在于稻田、湖泊和沉积物等生态环境中,其驱动的NRFO过程是最重要的元素地球化学循环过程之一。数十种NRFO微生物已经被分离纯化并用于微宇宙实验。然而,研究者发现纯培养NRFO微生物面临着共同的挑战:亚铁氧化生成的固态三价铁会紧密的吸附在细胞表面造成细胞结壳,严重影响微生物的移动和新陈代谢,甚至造成细胞的大量死亡。NRFO微生物在纯培养过程中的窘境与生态环境中的广泛分布之间的矛盾引起了刘同旭团队的思考:生态环境中的自然因素,如铁矿物,是否影响了NRFO微生物的生物过程,从而进一步介导了环境中的生物地球化学循环过程。

  为此,刘同旭团队以模式NRFO微生物Acidovorax sp. strain BoFeN1为研究对象,以环境中普遍存在的赤铁矿为外源矿物,通过动力学和矿物学表征等手段,探究了赤铁矿对strain BoFeN1驱动NRFO过程的影响。动力学结果发现,当乙酸盐和亚铁同时添加,或者只有亚铁添加作为电子供体时,赤铁矿显著促进strain BoFeN1驱动的NRFO过程;当只有乙酸盐添加作为电子供体时,赤铁矿对微生物的硝酸盐还原过程无明显影响。动力学结果表明赤铁矿很可能通过影响微生物的亚铁氧化过程,进一步促进了硝酸盐还原过程。同时,扫描电镜和透射电镜结果发现,赤铁矿添加能够显著降低细胞结壳。

  根据上述结果,刘同旭团队认为赤铁矿促进strain BoFeN1驱动的NRFO过程存在两种机制:矿物催化生物亚铁氧化过程;矿物作为成核位点降低细胞结壳。

  该研究强调了环境中广泛存在的铁矿物与NRFO微生物的相互作用关系,提出了厌氧环境中NRFO微生物新的生存策略,进一步揭示了微生物驱动的元素地球化学过程。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1111/gbi.12510

  原报道链接:https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/7/482878.shtm

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