近日，山东大学海洋学院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