研究团队发现铁矿物助力硝酸盐亚铁氧化菌生存的新策略

    中性厌氧亚铁氧化菌是生态系统中铁循环的重要驱动力。亚铁氧化生成的次生矿物沉淀易于吸附在细胞表面，造成细胞结壳，对微生物反应活性产生抑制作用。光合型和微好氧型亚铁氧化菌具有多种生物策略，能避免产生细胞结壳；硝酸盐还原亚铁氧化（Nitrate-reducing Fe(II) oxidation; NRFO）菌则没有防止结壳的机制，会在培养过程中因产生严重细胞结壳而大量死亡，但却普遍分布于多种中性厌氧环境中。在当前研究中，尚不明确NRFO菌是如何在该环境中避免细胞结壳对自身的伤害。针铁矿和磁铁矿可由NRFO菌产生，能与其在环境中长期共存，可能是助力NRFO菌生存的关键因素。

    针对这一科学问题，广东省科学院生态环境与土壤研究所刘同旭研究员团队以模式NRFO菌Acidovorax sp. strain BoFeN1为研究对象，探究了针铁矿和磁铁矿对strain BoFeN1的影响作用。结果发现，两种铁矿物均能促进strain BoFeN1驱动的亚铁氧化和硝酸盐还原过程，且磁铁矿的促进能力更强。其电化学数据也表明，针铁矿和铁矿物能够降低亚铁氧化还原电位和腐蚀电位，促进亚铁反应活性。同时，细胞结壳现象在针铁矿添加处理中显著下降，在磁铁矿处理组中几乎没有产生，而铁矿物的催化作用和作为次生矿物的成核位点作用，是促进strain BoFeN1反应活性、降低细胞结壳的关键原因。

    该研究成果揭示了NRFO菌在环境中的一种生存新策略，其驱动产生的铁矿物对生物个体是短期有害的，但对于种群的长久发展却是有益的，这为进一步解析生态系统中微生物驱动的铁循环过程提供了新的研究思路。

    以上成果发表于地学权威期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。李涵副研究员和程宽博士为共同第一作者，刘同旭研究员为通讯作者。该研究获国家自然科学基金、中国博士后基金和广东省科学院发展专项资金等项目的资助。

铁矿物助力硝酸盐还原亚铁氧化菌生存的机制摘要图