研究揭示尾礦中被忽視的光合自養固氮過程

近日，廣東省科學院生態環境與土壤研究所研究員孫蔚旻團隊研究揭示了荒廢礦山尾礦中一種被長期忽視的生物地球化學過程—光合固氮作用。這一發現不僅提供了礦山生態修復的新思路，也對理解尾礦生態系統的初級演替過程提供了重要見解。相關成果發表于《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）。

尾礦演替階段中的光合自養固氮過程。研究團隊供圖

尾礦是典型的寡營養環境，其中氮素的不足成為制約微生物群落與植被繁盛的關鍵因素。生物固氮作用在這類環境中顯得尤為重要，它為微生物提供了一種在氮素缺乏條件下的生存與發展策略。先前研究已揭示光合自養固氮微生物廣泛存在于海洋、稻田等生態系統中，并在這些系統的氮循環中扮演著關鍵角色。然而，對有關尾礦中光合固氮微生物的分布、功能及其在生態中的作用方面認知相對有限，這些微生物在尾礦中的具體活性及其背后的微生物機制仍未可知。

該研究采用了一種綜合性的方法，通過構建不同初級演替階段的尾礦樣品微宇宙孵育實驗，結合DNA穩定同位素探針技術（DNA-SIP）、宏基因組分箱技術，以及多重生物信息學統計方法，全面分析了尾礦中光合固氮活性及其潛在的代謝機制。

研究人員通過DNA-SIP發現，Roseomonas是尾礦中潛在的光合固氮微生物，負責光養型生物固氮過程。此外，宏基因組分箱和基因組分析發現，Roseomonas spp.含有參與固氮、無氧光合作用和碳固定的重要基因，表明它們具有介導光合固氮的遺傳潛力。采用結構因果模型的推論框架表明，在這些礦山尾礦的原生演替過程中，假定的光合固氮菌Roseomonas的富集可能有助于提高總氮含量。

以上研究結果表明，光合自養固氮菌可能在養分積累過程中發揮重要作用，并有可能促進尾礦中的生態演替。

相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c09460