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微生物在環(huán)境中生長并不是靠單一元素周轉而存活的，生物地球化學元素循環(huán)，例如碳、氮、磷、硫等，存在復雜的耦合關系。 研究表明，陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳氮耦合過程中，氮的輸入在促進植物初級生產(chǎn)力和土壤碳固存的同時也增加了氮以氣態(tài)和液態(tài)形式的損失，同時降低了微生物的活性。而二氧化碳富集、增溫和群落演替在增加植物生長和生態(tài)系統(tǒng)碳固存的同時，能夠通過增加生物固氮和礦化、減少氮淋溶等提高氮可利用性。碳氮循環(huán)過程能夠不斷地調(diào)整對環(huán)境變化的響應來實現(xiàn)雙方的耦合，使碳氮循環(huán)逐漸達到一種新的平衡。 碳氮耦合在全球變化下的這種轉變對模型預測生態(tài)系統(tǒng)碳固存來說有非常重要的啟示作用。  近年來，不依賴于培養(yǎng)的宏基因組測序技術的進展為將生物地球化學功能與其相關微生物驅動因素聯(lián)系起來提供了一種強有力的新方法，為探索生物地球化學過程與其特定微生物類群的耦合提供了機會。 凌恩生物宏基因元素循環(huán)推出全新分析內(nèi)容——元素循環(huán)之碳氮耦合分析，深入分析各環(huán)境樣本中碳氮元素的耦合機制，助力研究人員更深層次理解生物地球化學循環(huán)。  接下來小編為大家展示2篇基于宏基因組測序進行碳氮元素循環(huán)耦合分析的相關案例。  文獻案例一  全球農(nóng)業(yè)中使用最廣泛的氮肥是尿素。一般來說，植物主要吸收尿素代謝產(chǎn)生的銨態(tài)和硝酸鹽。作為堆肥系統(tǒng)中豐富的氮氣來源，了解尿素的水解和同化等一系列代謝過程是極其必要的。 本研究揭示了一種新的碳氮耦合代謝途徑。結果表明，無機碳源的添加減緩了尿素的分解，在堆肥過程中保留了更多的養(yǎng)分。宏基因組分析表明，參與這一新途徑的主要細菌是放線菌門、變形菌門和厚壁菌門。在堆肥后期，參與反硝化作用的優(yōu)勢菌屬在對照組（CP）中占22.18%，在處理組（T）中僅占0.12%。ureC、rocF、argF、argI、argG是參與尿素循環(huán)的關鍵基因。功能基因ureC和反硝化基因的豐度分別在嗜熱期和降溫期下降。本研究為實現(xiàn)堆肥系統(tǒng)的高氮保留率和提高堆肥的農(nóng)業(yè)價值提供了新的見解。     文獻案例二  富營養(yǎng)化湖泊中的厭氧銨氧化（anammox）可能會控制富營養(yǎng)化，從而引起脫氮的關鍵功能的廣泛關注。本研究聚焦富營養(yǎng)化湖泊脫氮熱區(qū)——沉積物界面anammox與反硝化的脫氮過程，以典型富營養(yǎng)化湖泊（武漢東湖）為對象，利用不同營養(yǎng)水平湖區(qū)沉積物在反應器對anammox進行了371天的富集培養(yǎng)和動態(tài)監(jiān)測，結合脫氮功能基因、宏基因組和酶活分析，以及同位素示蹤等手段，以期揭示富營養(yǎng)化水體anammox和反硝化菌脫氮過程的互作和耦合機制。 研究結果表明，富集系統(tǒng)對NH4+和NO2-的最大去除率分別達到85.92%和95.34%；anammox和反硝化菌的多樣性在整個富集過程中顯著下降，anammox優(yōu)勢菌為Candidatus Jettenia。反硝化菌Thauera和Afipia屬在富集過程中豐度變化顯著。而且，anammox與反硝化菌的協(xié)同作用增加了微生物群落的穩(wěn)定性，anammox與反硝化菌之間的潛在耦合關系隨著富集時間逐漸形成。宏基因組學分析的結果進一步證實了anammox與反硝化之間的生態(tài)互作。本研究不僅拓展了對富營養(yǎng)化湖泊沉積物anammox富集過程anammox與反硝化菌耦合機制的認知，而且為富營養(yǎng)化湖泊脫氮提供了新的思路。   |
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