推荐阅读文章 | 硫化物抑制潮土反硝化过程中氧化亚氮还原的菌群机制
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在土壤生态系统中，反硝化的发生会导致土壤氮素的损失以及温室气体N2O的积累。研究发现，硫化物可以抑制反硝化中N2O的还原，但对反硝化菌群和功能基因的影响机制尚不清楚。本研究以华北潮土为研究对象，研究有无外加碳源情况下，硫化物对反硝化作用中间产物积累、反硝化功能基因表达量以及菌群结构的影响。实验结果表明，土壤硫化物增加抑制了氧化亚氮基因的转录，对不同反硝化菌起到了选择作用，从而导致反硝化过程N2O还原被抑制。该研究结果有助于认识硫化物对氮代谢影响的微生物机制。
摘要
【背景】土壤中的反硝化作用形成气态产物N2O和N2，会导致氮素的气态损失，并造成温室效应。硫化物对土壤的N2O还原具有抑制作用，但其对菌群和功能基因的影响机制还不清楚。
【目的】研究有无外加碳源情况下，硫化物对反硝化作用中间产物(NO、N2O)的积累、反硝化功能基因(narG、nirS、nirK和nosZ)表达量以及菌群结构的影响。
【方法】分别设置不同量葡萄糖(0和1 000 mg-C/kg干重土壤)和硫化钠(0和150 mg-S/kg干重土壤)添加的交叉处理，进行室内微宇宙培养实验，利用自动化培养与实时气体检测系统检测培养过程中NO、N2O和N2的积累量，通过反转录定量PCR测定反硝化功能基因表达量，利用MiSeq技术平台基于16S rRNA基因序列的高通量测序分析样品的菌群结构。
【结果】硫化钠的添加显著抑制N2O还原，但是其对于N2O积累量没有显著影响，却显著降低了NO的积累量。硫化钠的添加短时间内在转录水平上显著抑制N2O还原酶的活性，并且抑制固氮弧菌属(Azoarcus)、微枝形杆菌属(Microvirga)、剑菌属(Ensifer)、氮氢单胞菌属(Azohydromonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、斯科曼氏球菌属(Skermanella)、申氏杆菌属(Shinella)和西索恩氏菌属(Chthoniobacter)的基因转录，降低它们的转录本丰度，结合Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)数据库的查询结果，发现硫化钠的添加抑制了不产生N2O的N2O还原反硝化细菌的生长。
【结论】堆肥或其他原因引起的土壤硫化物增加，导致反硝化过程N2O还原被抑制的原因是由于其对氧化亚氮基因转录的抑制和对不同反硝化菌的选择作用，研究结果有助于认识硫化物对氮代谢影响的微生物机制。
图1 厌氧培养过程的反硝化中间气体积累量
Figure 1 Accumulation of intermediate gas products of denitrification during anaerobic cultivation
图2 硫化钠的添加抑制N2O还原
Figure 2 Sodium sulfide addition inhibited N2O reduction
图3 16S rRNA基因和反硝化功能基因表达量的定量
Figure 3 Quantification of transcription of 16S rRNA gene and functional gene of denitrificaiton
图4 不同处理情况下的菌群结构
Figure 4 Microbial community structure under different treatments
图5 LEfSe挑选的差异ASV (LDA=2.0)
Figure 5 Different ASV picked out by LEfSe with LDA=2.0
图6 与N2O指数有显著相关关系的差异ASV所在属的转录本相对丰度
Figure 6 The relative abundance of transcription of different ASV that had significant correlation with N2O index at genus level
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微生物学通报
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本期制作：赵彬涵
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