固氮藻催化氧化亚氮同化与氮气固定的底物竞争机制研究
编号:64
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更新:2024-08-10 13:54:19
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口头报告
摘要
氧化亚氮(N2O)是一种破坏臭氧层的大气痕量气体,具有很强的温室效应,且其浓度受到人类活动影响而持续增加,对全球气候变化产生了深刻影响。在水环境中,N2O通常被认为只能在无氧条件下通过反硝化作用被还原为氮气(N2)。但是近年来,已有研究发现N2O能在有氧环境下被固氮藻吸收同化为生物体内有机氮,此过程已经在海洋、淡水以及实验室培养条件下被检测到。因此,N2O同化既是一条有氧环境中的新N2O生物汇,同时也是水体中生物可利用氮的一个新的源。热力学计算表明,相比N2为底物的常规固氮过程,N2O同化更有优势,并且这种优势在较高N2O浓度和较低温度的环境中会更加突出。但是,这种新N2O汇的分布和作用机制仍不明确。本研究中,通过氮同位素示踪实验,我们在实验室培养的固氮藻鳄球藻(Crocosphaera, WH8501)和束毛藻(Trichodesmium, IMS101)中检测到了N2O同化。在高[N2O]/[N2]浓度比条件下(0.0005~0.01)的24小时连续培养中,N2O同化速率为1.27 ± 0.16 × 10-4 至 2.00 ± 0.25 × 10-4 h-1。与N2固定活性相比,光暗周期内N2O同化作用的差异并不显著。在对富营养化河口样品进行的培养中,我们并未检测到明显的N2O同化和固氮反应,这可能是不活跃的固氮作用导致了N2O同化的缺失。基于实验室培养结果,我们认为N2固定和N2O生物同化本质上是底物竞争固氮酶的结果,进而建立了竞争性底物酶动力学模型,成功量化不同底物浓度下N2O同化和N2固定的速率比。结果表明,常规条件下的低[N2O]/[N2]比导致了N2O同化速率占比低,仅相当于不到0.1%的N2固定,但此反应仍应作为有氧条件下N2O的生物汇被重视。这项研究增强了对固氮藻同化N2O的机制理解,拓宽了微生物氮循环的范围,为计算N2O收支和氮源提供了新的通路。
稿件作者
李广博
香港科技大学
吉启星
香港科技大学(广州)
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