土壤動物腸道微生物的生態學功能方面研究獲進展

蚯蚓是土壤中主要的大型土壤動物，它們對於土壤中碳素的穩定、礦化以及氮素的周轉等方面有重要的貢獻。但是此前，大多的研究都停留在土壤物本身，而忽略了土壤動物腸道微生物在其宿主發揮這些生態學功能過程中的作用。土壤動物的腸道是土壤微生物另一重要的「棲息地」，是一個天然可移動的厭氧環境，為厭氧微生物的生長和繁殖提供了有利條件。

在土壤環境中，蚯蚓腸道通過取食不僅獲得了其中含碳、含氮化合物，同時還攝入了大量的鐵（氫）氧化物。中國科學院城市環境研究所研究人員推測蚯蚓腸道有著巨大的異化Fe(III)還原潛能。以往關於微生物介導的Fe(III)還原過程大都停留在土壤介質本身。因此，闡明蚯蚓腸道微生物的Fe(III)還原作用對於全面深入理解土壤微生物在Fe的生物地球化學循環中的作用有著重要的啟示意義。然而，關於蚯蚓腸道內Fe(Ⅲ)的還原及其與腸道內其他反應過程的相互作用研究較少。該研究將蚯蚓腸道內容物恆溫培養後的樣品進行化學分析並結合16S rRNA的Illumina測序技術，探明了Fe(Ⅲ)在蚯蚓Pheretima guillelmi腸道中的變化動態，並揭示了Fe(Ⅲ)與有機酸-硝酸鹽轉化反應的相互作用。化學分析表明：與蚯蚓P. guillelmi生活的土壤環境相比，其腸道中Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)、亞硝酸鹽/硝酸鹽比值更高，所含有機酸更豐富。與原位土壤環境相比，蚯蚓腸道內容物被檢測到了更高的Fe(Ⅲ)還原率。無論是在原位土壤還是蚯蚓腸道環境，硝酸鹽的還原均比Fe(Ⅲ)的還原更早發生。在蚯蚓腸道內容中Fe(Ⅲ)還原菌由具有發酵能力的Clostridium，Bacillus和Desulfotomaculum所主導，而在原位土壤中Fe(Ⅲ)還原菌則由Geobacter主導。並且，蚯蚓腸道內容物中多種還原Fe(Ⅲ)的微生物都具有反硝化功能，說明蚯蚓腸道中的Fe(Ⅲ)還原與脫氮反應之間具有密切聯繫。總之，該研究結果揭示了蚯蚓腸道中Fe(Ⅲ)還原反應的發生，以此證明蚯蚓腸道微生物對土壤中Fe循環的巨大潛能，其為理解土壤環境中的C和N循環提供了新的角度。

相關研究結果以為題發表在Environmental Science & Technology上。

該研究獲得國家自然科學基金(41701280和41771285)及中科院戰略性先導科技專項（XDB15020302）資金的資助。

文章摘要圖

蚯蚓腸道中的鐵還原以及反硝化微生物

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