稻田土壤微生物驱动的微好氧亚铁氧化耦合碳同化过程
摘要
在富铁的淡水和海洋环境中, 微生物驱动的中性微好氧亚铁氧化过程能够耦合碳同化过程; 而针对中国华南红壤关键带稻田土壤中的这一耦合过程却鲜有报道. 文章分别以FeS和FeCO<sub>3</sub>为底物, 以华南淹水稻田根际土壤为接种物, 采用铁氧反向浓度梯度管法富集培养来自稻田土壤中的微氧型亚铁氧化菌, 利用<sup>13</sup>C-NaHCO<sub>3</sub>为无机碳源示踪碳同化量变化, 测定亚铁氧化动力学和表征生物成矿, 并通过16s rRNA基因测序手段分析微生物群落的组成与丰度. 结果发现, 与添加亚铁底物的不接种对照相比, 在含FeS和FeCO<sub>3</sub>的接种处理中距培养基表面0.5~1.0cm处形成微生物生长环带, 且两者环带中总蛋白量最高值均出现在第6d, 可达18.7~22.9mg mL<sup>−1</sup>. 碳同化量在6~15d时进入平稳期, 此时FeS和FeCO<sub>3</sub>接种处理的碳同化量分别为0.44~0.54%和1.61~1.98%. FeS接种处理亚铁氧化速率(<italic>r</italic>)为0.156mmol L<sup>−1</sup> d<sup>−1</sup>, 比FeCO<sub>3</sub>接种处理的(0.106mmol L<sup>−1</sup> d<sup>−1</sup>)略高; XRD和SEM-EDS结果显示亚铁氧化形成了无定型铁氧化物, 并覆盖在杆状的菌体表面. 与没有添加亚铁底物的对照处理相比, FeS接种处理中<italic>Clostridium</italic>和<italic>Pseudogulbenkiania</italic>的相对丰度明显提高, 而FeCO<sub>3</sub>为底物时提高了<italic>Vogesella</italic>、<italic>Magnetospirillum</italic>、<italic>Solitalea</italic>和<italic>Oxalicibacterium</italic>的相对丰度, 表明上述微生物可能具有潜在的微好氧亚铁氧化功能. 上述结果证明, 稻田土壤中存在可驱动微好氧亚铁氧化耦合碳同化过程的微生物, 可为探讨红壤关键带微好氧区域的铁-碳元素转化耦合过程提供新的视角.