中国微生物学会第十二届地质微生物学学术研讨会

硝酸盐铵化细菌驱动的异化硝酸盐成铵（DNRA）过程是陆地生态系统中主要的氮还原过程之一，该过程能够产生具有强温室效应和臭氧破坏作用的N₂O气体。然而，截至目前，环境中的硝酸盐铵化细菌生成N₂O的机制尚不清楚。本研究利用两种分离自稻田土壤的厌氧细菌，Geomonas spp. 和 Oryzomonas spp. 来研究DNRA过程中N₂O的产生机制。Geomonas和 Oryzomonas是地杆菌科（Geobacteraceae）中的两个新属，也是稻田土壤中驱动DNRA过程的主要细菌类群。基因组分析结合底物抑制实验表明Geomonas 菌株是Nar型硝酸盐还原酶驱动的硝酸盐铵化细菌，而Oryzomonas 菌株则是Nap型硝酸盐铵化细菌。培养实验显示这些菌株均能够产生N₂O，并且发现NO₂^-是N₂O的直接来源。生理实验结合转录组学分析进一步得出，Geomonas菌株通过两步反应产生N₂O，先从NO₂^-转化为NO，然后再转化为N₂O，分别由Nar和NO解毒相关酶催化。而含有Nap的Oryzomonas菌株则展现不同的N₂O产生途径，通过亚硝酸还原酶（NrfA）产生NO，然后通过NO解毒相关酶还原为N₂O。此外，通过检测N₂O的同位素特征值发现，DNRA过程产生的N₂O的同位素特征与其他过程显著不同，尤其是¹⁵N-site preference（SP）值（SP=43-50‰），明显高于其他已知N₂O产生的途径，说明N₂O的同位素特征指标可以作为用来鉴定DNRA来源的N₂O的工具。综上所述，我们的研究结果揭示了土壤来源的硝酸盐铵化细菌的两种新的N₂O产生途径，该途径产生的N₂O具有特殊的同位素特征值。