近日，山东大学新葡的京集团8814杜宗军教授团队在微生物驱动的氮循环方面获得新进展，发现了地杆菌在硝酸盐异化成铵过程中产生温室气体N₂O的新途径及其特殊的同位素特征。研究成果以“Unprecedented N₂O production by nitrate-ammonifying Geobacteraceae with distinctive N₂O isotopocule signatures”发表在美国微生物学会旗舰期刊《mBio》（中科院一区TOP）。该研究与东京大学，南京大学，京都大学，东京科学大学相关团队合作发表，团队成员、山东大学卓优博士后许振兴为文章的第一作者和共同通讯作者，东京大学Masuda Yoko助理教授为共同通讯作者，山东大学为第一单位。

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，目前关于环境中的硝酸盐铵化细菌生成N₂O的机制尚不清楚。本研究利用分离自稻田土壤的地杆菌解析了 DNRA 过程中 N₂O 的产生机制。研究发现Nar型硝酸盐还原酶驱动的硝酸盐铵化细菌Geomonas 通过两步反应产生N₂O，亚硝酸盐先还原为NO，再进一步还原为 N₂O，分别由Nar和Hcp-Hcr（NO解毒相关酶）催化。而Nap型硝酸盐还原酶驱动的硝酸盐铵化细菌Oryzomonas则通过亚硝酸还原酶（NrfA）产生NO，再通过Hcp-Hcr催化还原为 N₂O。研究还发现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‰)，显著高于其他已知N₂O产生的途径，说明N₂O 的同位素特征指标是鉴定DNRA来源的N₂O的有效工具。该研究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，这对于农田生态系统的温室气体减排具有重要的指导作用。

上述相关研究得到了国家自然科学基金、日本JSPS科研費、JSPS 外国人特別研究员奖励经费、日本NEDO项目、南京大学人才启动经费等项目支持。

文章链接：https://journals.asm.org/doi/epdf/10.1128/mbio.02540-24

                                             图文/许振兴  审核/丛伟