近日，乐鱼(中国)资源与环境学院周顺桂教授团队在《国际微生物生态学通讯》（ISME Communications）发表了题为“Ferrihydrite-mediated methanotrophic nitrogen fixation in paddy soil under hypoxia”（缺氧环境下水稻土中水铁矿介导的甲烷氧化固氮过程）的研究论文。该研究首次证明了好氧甲烷氧化微生物在缺氧环境中可以依赖铁还原驱动生物固氮过程。
生物固氮（Biological nitrogen fixation）作为水稻生产中活性氮输入的主要来源，是维持稻田土壤肥力水平的基础。甲烷是固氮微生物重要的碳源与能源，在稻田生物固氮过程中具有重要贡献。传统观点认为甲烷氧化驱动高耗能的固氮反应需要依赖氧气才能进行。然而稻田长期的淹水环境使得其中丰富的铁氧化物成为甲烷氧化菌的优势电子受体，但铁依赖的甲烷氧化过程是否可以驱动生物固氮尚未达到，因此阐明其作用机制及对稻田活性氮输入的贡献具有重要意义。
该研究模拟稻田淹水过程，对常年未施肥的水稻土在厌氧微宇宙环境下进行甲烷氧化固氮微生物富集，结果表明缺氧条件下铁依赖的甲烷氧化过程可贡献体系中生物固氮总量的81%。当抑制甲烷氧化或Fe(III)受限时，微生物对15N2的固定能力显著降低81%-97%，首次证实了水稻土缺氧条件下甲烷氧化-铁还原-生物固氮过程相耦合。通过13C/15N同位素标记-DNA-SIP结合组学测序发现Methylocystis、Methylophilaceae和Methylomicrobium是主要的铁依赖甲烷/甲醇氧化固氮菌，可将甲烷作为电子供体、Fe(III)作为电子受体驱动生物固氮，核黄素和c-Cyts在电子传递中起重要作用。相关研究结果丰富了对土壤碳-铁-氮耦合的生物地球化学循环认识，为挖掘稻田自生固氮潜力提供了新思考和借鉴。
乐鱼(中国)资源与环境学院为第一完成单位，乐鱼(中国)资源与环境学院余林鹏副教授和博士后贾蓉为论文第一作者，乐鱼(中国)资源与环境学院博士后贾蓉和周顺桂教授为该论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（42077284和42277257）等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1093/ismeco/ycae030