微生物研究揭开了全球氮之谜

俄克拉荷马大学微生物学助理教授秦伟领导的新颖研究发表在《自然微生物学》杂志上，该研究显着改变了对氨氧化(全球氮循环的关键组成部分)的理解。

氨氧化微生物(通常称为 AOM)利用氨作为能量，每年氧化土壤、淡水、地下和人造生态系统中约 2.3 万亿公斤的氮。几十年来一直没有得到解答的一个主要问题是不同谱系的 AOM 物种如何在同一环境中共存：它们是争夺氨还是使用其他替代化合物来满足能源需求?

秦说：“AOM 的不同谱系在同一环境中同时生长，并且被认为主要是争夺氨。” “我们的合作研究重点是确定这些代谢保守的谱系为何以及如何能够在不直接竞争无机氮(氨)的情况下共存，并且我们检查了它们使用有机氮(尿素)的能力。”

超过一半的 AOM 物种已经适应利用尿素作为替代能源，尿素是一种广泛使用的有机氮化合物，约占化肥中所有氮的 40%。然而，这个过程需要 AOM 使用额外的能量，因为尿素是一种更复杂的分子结构，需要首先在 AOM 细胞内分解成氨，然后才能进一步利用。了解这一点后，Qin 的合作团队试图了解 AOM 在氨和尿素同时存在时如何获取和代谢两者。

“我们总是将尿素称为氨的替代底物，”秦说。“现在，我们意识到 AOM 的一个主要谱系实际上更喜欢尿素，并在尿素存在时抑制氨的使用。这一发现挑战了自第一个 AOM 物种培育以来 100 多年来一直存在的主导假设。”a

研究结果表明，不同的 AOM 谱系对氨或尿素的利用采用不同的调节策略，从而最大限度地减少彼此之间的直接竞争并允许共存。这些不同的偏好揭示了隐藏的生理生物多样性，并产生了必须进一步探索的现实世界后果。

“AOM 要么产生硝酸盐，后者渗入地下水和周围水体，导致富营养化;要么产生一氧化二氮，这是一种强大的温室气体。” 秦说道。“一旦我们确认哪些 AOM 谱系更喜欢尿素，我们就可以研究它们对环境中硝酸盐浸出和温室气体产生的贡献。这对于开发可持续和实用的方法来减少自然和工程生态系统中的这些氮污染物是必要的。这可能是未来研究的重点。”