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《微生物所黄英研究团队揭示海洋放线菌有氧铁还原与多环芳烃降解的耦合及其机制》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者： hujm
  • 发布时间：2023-09-06

  • 　　近日，中国科学院微生物研究所黄英研究团队在 Journal of Hazardous Materials期刊发表论文，题为“Coupled Fe(III) reduction ａｎｄ phenanthrene degradation by marine-derived Kocuria oceani FXJ8.057 under aerobic condition”，揭示了在有氧条件下海洋放线菌的铁还原过程与多环芳烃污染物菲降解过程的耦合，并解析了相关分子机制。

    　　目前已报道的微生物铁还原过程主要发生在厌氧或有氧酸性（pH<4）环境。黄英团队前期研究发现部分放线菌能够在有氧且pH中性环境下还原含铁矿物及可溶性Fe(III)（Chemical Geology, 2019）。该团队近期研究进一步发现，放线菌在还原铁的过程中可快速降解多环芳烃等有机污染物。相比于只含有菲或Fe(III)的培养体系，在同时含有菲和Fe(III)的体系中，海洋放线菌Kocuria oceani FXJ8.057的菲降解率及Fe(III)还原率均显著提高。转录组和代谢产物分析结果表明，在菲和Fe(III)同时存在时，K. oceani FXJ8.057的菲降解途径和核黄素合成途径显著增强。通常情况下K. oceani FXJ8.057主要通过邻苯二甲酸途径降解菲，Fe(III)的存在激活了其另外两条菲降解途径，即联苯二甲酸途径和水杨酸途径。同时，K. oceani FXJ8.057分泌的核黄素可作为电子穿梭体，将菲降解产生的电子快速传递给胞外Fe (III)。Fe (III)还原形成的Fe(II)与细胞产生的H2O2发生胞外芬顿反应，生成的强氧化物·OH进一步增加了菲的氧化降解。另一方面，菌株分泌的铁载体和有机酸等有机配体可以和胞外Fe(II)形成复合物，延缓其再氧化。本研究为开发微生物技术去除污染水体中多环芳烃等有机物污染物提供了新思路。

    　　中国科学院微生物研究所博士研究生白冰冰为论文第一作者，黄英研究员和张利敏副研究员为本文共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金和中国大洋矿产资源研究开发协会项目的支持。

    　　原文连接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389423015200

  • 原文来源：http://www.im.cas.cn/xwzx2018/kyjz/202309/t20230905_6872398.html
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  • 《中国科学院海洋研究所揭示深海硫氧化细菌单质硫形成与光能利用耦合新机制》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-04-02
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    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：金慧敏
    • 发布时间：2014-12-18
    • 　　稻田土壤是一种典型的人工湿地系统，其周期性的干湿交替导致了系列的氧化还原反应。由于稻田土壤的这一特性以及丰富的铁（Fe）含量，异化Fe(III)还原现象普遍存在于淹水稻田土壤中，并被认为可调控其他元素的生物地球化学过程。施氮（N）肥（尿素或氨）是人们为了维持稻田土壤肥力和增加水稻产量的一种重要农业管理措施。已有研究表明，在其他生境，如湿地和热带森林土壤中发现异化Fe(III)还原与N元素循环之间存在联系，然而人们对稻田土壤中微生物介导的异化Fe(III)还原与N元素循环相耦合的过程知之甚少。 　　鉴于稻田土壤在全球农业生产和生态环境功能中的突出地位，中科国学院生态环境研究中心朱永官课题组对我国稻田土壤中的Fe-N耦合过程进行了一系列研究。首先，他们选取我国南方第四纪红土母质发育的稻田土壤，通过室内泥浆厌氧培养手段，以13C-乙酸盐为底物，分别添加水铁矿和针铁矿作为唯一末端电子受体，采用基于rRNA的稳定性同位素探针（rRNA-SIP）结合基于16S rRNA的454高通量测序技术，研究了长期施N肥（尿素）对稻田土壤中依赖于乙酸盐同化的Fe(III)还原微生物群落的影响。他们首次揭示了长期施N肥能够促进稻田土壤中Fe(III)还原过程以及改变依赖于乙酸盐的Fe(III)还原细菌的群落结构。此外，他们还发现尽管不同形态的铁矿对Fe(III)还原细菌的类群具有选择性，水铁矿和针铁矿的添加均刺激了两种土壤中Geobacter属的增长，且长期施氮肥导致其增长幅度更大。这些结果暗示着长期施N肥在微生物介导的稻田土壤Fe的生物地球化学循环中的重要性，强调了元素生物地球化学循环之间复杂的相互作用。这一研究成果发表在自然出版集团的The ISME Journal（Ding et al., ISME J., 2014, DOI: 10.1038/ismej.2014.159）上。随后，他们以一个第四纪红土母质发育的时间序列稻田土壤为对象，采用基于15N-NH4+（15NH4+）的稳定性同位素示踪以及乙炔（C2H2）抑制技术，首次证明了稻田土壤中存在铁氨氧化过程，即在厌氧条件下，以Fe(III)为电子受体，Fe(III)被还原为Fe(II)的同时铵（NH4+）被氧化为氮气（N2），或亚硝酸盐（NO2–），或硝酸盐（NO3–）的过程（图1），其中，直接生成N2是稻田土壤中铁氨氧化过程的主要途径。此外，他们还发现水稻耕作可提高土壤微生物可还原Fe(III)水平，促进铁氨氧化反应，从而刺激土壤中N损失，通过估算发现铁氨氧化过程造成的N损失约占我国氨肥田间施用量的3.9–31%，推测此过程是稻田土壤N损失的潜在重要途径之一，可能影响到对陆地生态系统氮素损失的估算。这一研究成果发表在Environmental Science and Technology（Ding et al., Environ. Sci. Technol., 2014b, DOI: 10.1021/es503113s）上。
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