Nature子刊：微生物组促进热带珊瑚氮元素循环研究

生物地球化学循环周而复始，循环不息，是生物圈得以维持的重要条件。微生物由于其分布广泛、多样的代谢能力、高酶促活性，因而在生物地球化学循环中起主要作用，也是生物地球化学循环的核心，在海洋、土壤和淡水等环境中都可以观察到。

珊瑚礁生态 系统 是地球上生物多样性最丰富、生产力最高的典型生态系统之一，被誉为“海洋中的热带雨林”。热带石珊瑚共生微生物群落具有进行一系列氮转化所需的功能多样性，包括反硝化、硝化、固氮和异化硝酸盐还原为铵（DNRA）。2021年发表于ISME期刊的“Microbially facilitated nitrogen cycling in tropical corals”文章通过捕获的宏基因组学研究了热带石珊瑚中氮循环的过程。

研究设计

作者从大堡礁热带岛屿1-3米深度处，收集了六个具有代表性的石珊瑚群落：Acropora grandis（AG）、Acropora pulchra（AP）、Porites cylindrica（ PC ）、Montipora digitata（MD）、Isopora elizabethensis（IE）和Isopora cuneata（IC）。通过在 光  照和黑暗条件下孵化珊瑚群落，检测群落中N相关物质含量变化。

使用P. cylindrica（PC）作为模型物种， 设计 捕获探针，通过宏基因组学来表征与固氮、硝化、反硝化、厌氧氨氧化和DNRA相关的氮循环功能标记基因的丰度和物种组成。

研究结果

1、热带珊瑚微生物群落中反硝化和硝化作用活性的证据

在所有测试的热带珊瑚物种中都有反硝化作用，即N2、N2O和NO的累积释放。所有物种在光照和黑暗条件的净硝化速率存在显著的种间差异（p < 0.009）。

图1 15NO3-和15NH4+处理下总N2产量

图2 净硝化率测量

A光照和黑暗孵化中的平均种间净硝化作用。B按物种分类的净硝化作用。浅色调代表光孵化的珊瑚。深色调代表黑暗孵化的珊瑚。

2、N循环路径

所有 检测 物种中，都发现了通过N2固定（DDN）对 N 的同化作用，且在黑暗中DDN的同化明显大于光照培养的珊瑚。在物种内，这种趋势仅在A. pulchra 中显著（p = 0.007）（图3B），DDN 同化存在显著的种间变异性。

图3 固氮菌衍生的氮 (DDN) 同化率

珊瑚群落能将NH4+同化为生物量，在光照下比在黑暗孵化下发生的同化更快，且物种之间的显著差异（p

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