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土壤事实

《淮南子·说林训》:“土壤布在田,能者以为富。”

土壤是人类赖以生存的基础,是地球上最为复杂的生物材料之一。土壤由岩石风化而成的矿物质,动植物,微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物(固相物质)以及水分(液相物质)、空气(气相物质),氧化的腐殖质等组成。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物通过光照抑菌灭菌后得到的养料等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。

土壤中这三类物质构成了一个矛盾的统一体。它们互相联系,互相制约,为作物提供必需的生活条件,是土壤肥力的物质基础。

《淮南子·说林训》:“土壤布在田,能者以为富。”

土壤是人类赖以生存的基础,是地球上最为复杂的生物材料之一。土壤由岩石风化而成的矿物质,动植物,微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物(固相物质)以及水分(液相物质)、空气(气相物质),氧化的腐殖质等组成。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物通过光照抑菌灭菌后得到的养料等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。

土壤中这三类物质构成了一个矛盾的统一体。它们互相联系,互相制约,为作物提供必需的生活条件,是土壤肥力的物质基础。

《淮南子·说林训》:“土壤布在田,能者以为富。”

土壤是人类赖以生存的基础,是地球上最为复杂的生物材料之一。土壤由岩石风化而成的矿物质,动植物,微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物(固相物质)以及水分(液相物质)、空气(气相物质),氧化的腐殖质等组成。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物通过光照抑菌灭菌后得到的养料等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。

土壤中这三类物质构成了一个矛盾的统一体。它们互相联系,互相制约,为作物提供必需的生活条件,是土壤肥力的物质基础。

《淮南子·说林训》:“土壤布在田,能者以为富。”

土壤是人类赖以生存的基础,是地球上最为复杂的生物材料之一。土壤由岩石风化而成的矿物质,动植物,微生物残体腐解产生的有机质、土壤生物(固相物质)以及水分(液相物质)、空气(气相物质),氧化的腐殖质等组成。固体物质包括土壤矿物质、有机质和微生物通过光照抑菌灭菌后得到的养料等。液体物质主要指土壤水分。气体是存在于土壤孔隙中的空气。

土壤中这三类物质构成了一个矛盾的统一体。它们互相联系,互相制约,为作物提供必需的生活条件,是土壤肥力的物质基础。

最新研究进展
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赵方杰教授课题组揭示稻田土壤微生物厌氧亚铁氧化机制
更新时间:2020-03-19 浏览数:

水稻土淹水后,还原条件使得铁、砷等元素还原释放,活性大幅度升高。有趣的是,有些反硝化菌可以在厌氧条件下通过与反硝化过程耦合将亚铁[Fe(II)]和三价砷[As(III)]氧化,从而降低其活性。然而,迄今为止,依赖于硝酸盐还原的Fe(II)和As(III)的厌氧氧化机理尚不完全清楚。一个颇有争议的问题是,Fe(II) 的厌氧氧化是生物(biotic)还是非生物(abiotic)过程?

  南京农业大学资环学院--赵方杰教授课题组采用基因操作的方法,为回答上述问题提供了有力的证据。首先,他们从砷污染水稻土分离到两株反硝化细菌Paracoccus sp. QY30Ensifer sp. ST2,在硝酸盐还原条件下,两株菌都能够进行厌氧As(III)氧化,但是只有QY30具有厌氧Fe(II)氧化的能力,可形成以水铁矿为主的棕红色沉淀(图1)。两株菌均具有编码As(III)氧化酶基因,并且其表达受As(III)强烈诱导。两株菌的基因组中均具有反硝化过程的所有基因,但是,亚硝酸还原酶基因nirK只有在ST2菌株中表达,而在QY30菌株中不表达,这就解释了ST2不积累亚硝酸盐,而QY30积累亚硝酸盐的现象(图1)。进一步对ST2菌株中nirK基因敲除,发现突变株ST2ΔnirK亚硝酸盐还原能力完全消失,亚硝酸盐在培养基中积累,同时突变株获得了厌氧Fe(II) 氧化的能力。反之,将来自ST2的nirK基因导入QY30菌株时,重组菌株QY30::nirK获得了还原亚硝酸盐的能力,培养基中亚硝酸盐不再积累,同时其厌氧Fe(II)氧化能力完全丧失(图1)。但是这些遗传操作不影响两个菌株厌氧As(III)氧化的能力。研究结果表明,QY30和突变株ST2ΔnirK介导的厌氧Fe(II)氧化主要由亚硝酸盐对Fe(II)起化学氧化,是非生物过程,亚硝酸盐积累是Fe(II)氧化所必需的。而厌氧As(III)氧化是生物过程,不依赖于亚硝酸盐积累,反硝化过程为As(III)氧化提供电子受体。

  该研究通过基因敲除和回补等遗传操作,从分子层面揭示了水稻土中铁、氮、砷循环与耦合的生物地球化学机制nirK基因是否转录表达是反硝化菌亚铁氧化能力强弱的一个重要指标。研究结果还表明,在DNA水平上测定土壤微生物基因的丰度不一定能够反映其功能,因为基因是否表达还受多种因素控制。

  该研究成果以“Nitrite accumulation is required for microbial anaerobic iron oxidation,but not for arsenite oxidation, in two heterotrophic denitrifiers”为题,在线发表在Environmental Science & Technology上。南京农业大学资环学院张隽副教授为第一作者,赵方杰教授为通讯作者,硕士研究生柴成薇、赵诗晨参与了研究工作,瑞士ETH 联邦工学院Ruben Kretzschmar 教授团队参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。

 

图1. 微生物厌氧Fe(II)氧化依赖于亚硝酸盐的积累


  文章链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.9b06702