“一万年不久”—祝贵兵研究组在厌氧氨氧化菌的复苏方面取得进展

　　“一万年太久，只争朝夕”，一万年对于人类社会非常久远，而对于微生物则不然。

　　厌氧氨氧化细菌栖息在缺氧的海洋中，它们对全球氮循环有重要贡献。目前已探明，海洋系统中厌氧氨氧化反应对氮的流失贡献量占30-50%，但是在陆地生态系统中厌氧氨氧化反应是否也发挥重要作用，尚不明确。祝贵兵研究员团队此前的研究已经表明，在我国陆地水生态系统中，发生着长期被忽略却又无处不在的厌氧氨氧化过程。但在陆地其他生态系统中，包括森林、草地和荒漠等均没有检测到广泛分布的厌氧氨氧化过程。课题组在北澧河农田生态系统的研究中发现，垂向的旱地土壤，在含水率较高的深度可以检测到厌氧氨氧化反应的发生。因此，我们推测陆地生态系统也广泛存在厌氧氨氧化菌，而水是诱导厌氧氨氧化发生的关键因素。该成果发表于《Environmental Microbiology》。

　　水是地球生命所必需的，也是微生物能量和代谢的重要介质。休眠是在不利环境下维持低代谢活性的状态。许多微生物在缺水之后会转变为代谢不活跃状态，一旦环境条件变得有利就会恢复。中国科学院生态环境研究中心祝贵兵研究员团队从干旱环境（0-63米）中选择了非常古老的土壤，不加任何其他底物，只在加水培养的条件下，恢复了旱地生态系统中休眠了一万年以上的厌氧氨氧化细菌的活性。同位素示踪分析表明，水诱导硝酸盐还原，生成足够的亚硝酸盐作为底物用于激活厌氧氨氧化菌的能量。随后，硝酸盐异化还原过程 (DNRA)为厌氧氨氧化菌提供了底物铵。从而生成的铵和亚硝酸盐可以反应生成氮气。高通量测序和网络分析表明，Brocadia是厌氧氨氧化菌的优势菌种。Jettenia种属连接其他群落菌群。

　　这项研究工作的重要意义在于，只用加水的培养方法，成功复苏了休眠了长达一万年以上的旱地土壤中的厌氧氨氧化菌。由此推测，在全球气候变化的影响下，降水增加，土壤水分增加可复活干旱土壤中休眠的厌氧氨氧化菌，从而影响全球氮和碳循环。该成果发表于国际微生物生态学的权威杂志《The ISME Journal》。

　　图1 在土壤和风化层深度6-9米（I），18-21米（II），45-48米（III），51-54米（IV），水诱导的Anammox细菌丰度（灰色柱），活性（星状图例），群落组成（饼图）和基质浓度（黑色或红色线），左侧为土壤/风化层演替。“ND”表示厌氧氨氧化物丰度低于检测限（<10³拷贝g-1），并且对于厌氧氨氧化速率没有正¹⁵N同位素示踪。 数据点代表一式三份实验（平均值±SD） 

                                 a.

                                  b.

　　图2 厌氧氨氧化菌细菌群落和内部相关机制概述。a在土壤和风化层深度为6-9米（I），18-21米（II），45-48米（III），51-54米（IV）厌氧氨氧化检测到后的群落组成。b anammox细菌群网络分析图，平均聚类系数（avgCC）为0.639。节点的颜色和形状用于系统发育类群，其大小与节点连通性成比例。蓝色表示正相互作用，灰色表示负相互作用。 

                                  a.

                                  b.

                                 c.