網站地圖聯系我們English中國科學院
首 頁中心介紹機構設置研究隊伍重大項目科研成果研究生教育科學傳播網上報銷信息公開
 
  您現在的位置:首頁 > 科研進展
 
    “一萬年不久”—祝貴兵研究組在厭氧氨氧化菌的復蘇方面取得進展
    2018-12-05 | 編輯: | 【 】【打印】【關閉

      “一萬年太久,只爭朝夕”,一萬年對于人類社會非常久遠,而對于微生物則不然。

      厭氧氨氧化細菌棲息在缺氧的海洋中,它們對全球氮循環有重要貢獻。目前已探明,海洋系統中厭氧氨氧化反應對氮的流失貢獻量占30-50%,但是在陸地生態系統中厭氧氨氧化反應是否也發揮重要作用,尚不明確。祝貴兵研究員團隊此前的研究已經表明,在我國陸地水生態系統中,發生著長期被忽略卻又無處不在的厭氧氨氧化過程。但在陸地其他生態系統中,包括森林、草地和荒漠等均沒有檢測到廣泛分布的厭氧氨氧化過程??翁庾樵詒卞⒑優┨鍔低車難芯恐蟹⑾?,垂向的旱地土壤,在含水率較高的深度可以檢測到厭氧氨氧化反應的發生。因此,我們推測陸地生態系統也廣泛存在厭氧氨氧化菌,而水是誘導厭氧氨氧化發生的關鍵因素。該成果發表于《Environmental Microbiology》。

      水是地球生命所必需的,也是微生物能量和代謝的重要介質。休眠是在不利環境下維持低代謝活性的狀態。許多微生物在缺水之后會轉變為代謝不活躍狀態,一旦環境條件變得有利就會恢復。中國科學院生態環境研究中心祝貴兵研究員團隊從干旱環境(0-63米)中選擇了非常古老的土壤,不加任何其他底物,只在加水培養的條件下,恢復了旱地生態系統中休眠了一萬年以上的厭氧氨氧化細菌的活性。同位素示蹤分析表明,水誘導硝酸鹽還原,生成足夠的亞硝酸鹽作為底物用于激活厭氧氨氧化菌的能量。隨后,硝酸鹽異化還原過程 (DNRA)為厭氧氨氧化菌提供了底物銨。從而生成的銨和亞硝酸鹽可以反應生成氮氣。高通量測序和網絡分析表明,Brocadia是厭氧氨氧化菌的優勢菌種。Jettenia種屬連接其他群落菌群。

      這項研究工作的重要意義在于,只用加水的培養方法,成功復蘇了休眠了長達一萬年以上的旱地土壤中的厭氧氨氧化菌。由此推測,在全球氣候變化的影響下,降水增加,土壤水分增加可復活干旱土壤中休眠的厭氧氨氧化菌,從而影響全球氮和碳循環。該成果發表于國際微生物生態學的權威雜志《The ISME Journal》。

      圖1 在土壤和風化層深度6-9米(I),18-21米(II),45-48米(III),51-54米(IV),水誘導的Anammox細菌豐度(灰色柱),活性(星狀圖例),群落組成(餅圖)和基質濃度(黑色或紅色線),左側為土壤/風化層演替?!?/span>ND”表示厭氧氨氧化物豐度低于檢測限(<103拷貝g-1),并且對于厭氧氨氧化速率沒有正15N同位素示蹤。 數據點代表一式三份實驗(平均值±SD 

                                     a.

        

                                      b.

      圖2 厭氧氨氧化菌細菌群落和內部相關機制概述。a在土壤和風化層深度為6-9米(I),18-21米(II),45-48米(III),51-54米(IV)厭氧氨氧化檢測到后的群落組成。b anammox細菌群網絡分析圖,平均聚類系數(avgCC)為0.639。節點的顏色和形狀用于系統發育類群,其大小與節點連通性成比例。藍色表示正相互作用,灰色表示負相互作用。 

                                      a.

                                      b.

                                     c.

     

      3 細菌和古菌群落的概述以及與厭氧氨氧化細菌的相關機制。厭氧氨氧化后樣品中總細菌和豐度最大的門Proteobacteria總古生菌組成的月變化。c土壤/風化土樣品在孵化期間厭氧氨氧化細菌,古菌和細菌類群的外相關網絡,平均聚類系數(avgCC)為0.704。節點的顏色和形狀用于系統發育類群,其大小與節點連通性成比例。 藍色表示正相互作用,灰色表示負相互作用。 

      4 滅菌培養基水培養下土壤/風化土樣品中N循環微生物活性和群落的時間變化。 

        

    文章列表:

    1. Guibing Zhu*, Shanyun Wang, Cheng Wang, Liguang Zhou, Siyan Zhao, Yixiao Li, Fangbai Li, Mike S. M. Jetten, Yonglong Lu, Lorenz Schwark*. Resuscitation of anammox bacteria after >10,000 years of dormancy. The ISME Journal. https://doi.org/10.1038/s41396-018-0316-5

    2. Guibing Zhu*, Shanyun Wang, Yixiao Li, Linjie Zhuang, Siyan Zhao, Cheng Wang, Marcel M.M. Kuypers, Mike S.M. Jetten, Yongguan Zhu*. Microbial pathways for nitrogen loss in an upland soil. Environmental Microbiology. 2018. 20(5): 1723-1738.

     

    中國科學院飲用水科學與技術重點實驗室

    2018年12月5日

      建議您使用IE6.0以上版本瀏覽器 屏幕設置為1024 * 768 為最佳效果
    版權所有:中國科學院生態環境研究中心 Copyright ? 1997-2016
    地址:北京市海淀區雙清路18號 100085 京ICP備05002858號 京公網安備:110402500010號