哈工大任南琪院士團隊謝國俊課題組與重慶大學陳一課題組合作ES&T封面研究：亞硝酸鹽依賴型厭氧甲烷氧化細菌的生態(tài)位分化機制

一、‌研究背景與科學問題‌

亞硝酸鹽依賴型厭氧甲烷氧化（n-DAMO）過程在‌全球碳氮循環(huán)‌中具有重要作用，但不同n-DAMO細菌（如“Candidatus Methylomirabilis oxyfera”和“Candidatus Methylomirabilis sinica”）的‌生態(tài)位分化機制‌長期未被闡明‌13。研究團隊通過‌長期運行的生物膜反應(yīng)器（MBfR）‌，結(jié)合基因組學與動力學分析，揭示了這兩種細菌在低濃度亞硝酸鹽環(huán)境下的‌代謝策略差異‌及其對生態(tài)位分化的影響‌14。

二、‌生態(tài)位分化機制解析‌

1. ‌底物親和力差異‌

   • “Ca. M. oxyfera”對亞硝酸鹽（NO₂⁻）的‌親和力更高‌（Km值低至0.05 mM），優(yōu)先占據(jù)低濃度NO₂⁻區(qū)域；而“Ca. M. sinica”在高NO₂⁻濃度下通過‌高效的反硝化途徑‌實現(xiàn)競爭優(yōu)勢‌14。

2. ‌代謝途徑互補性‌

   • “Ca. M. oxyfera”通過‌內(nèi)源性O(shè)₂生成‌耦合甲烷氧化與亞硝酸鹽還原，適應(yīng)低氮負荷環(huán)境；
   • “Ca. M. sinica”依賴‌外源電子受體‌（如硝酸鹽）完成甲烷氧化，在氮負荷波動時更具適應(yīng)性‌13。

3. ‌空間分布特性‌

   • 基于生物膜分層結(jié)構(gòu)，兩種細菌在反應(yīng)器中形成‌垂直生態(tài)位隔離‌：“Ca. M. oxyfera”富集于生物膜表層（氧擴散區(qū)），“Ca. M. sinica”占據(jù)深層缺氧區(qū)‌14。

三、‌關(guān)鍵技術(shù)方法‌

1. ‌生物膜反應(yīng)器設(shè)計‌

   • 采用‌脈沖式NO₂⁻供應(yīng)‌策略，模擬自然環(huán)境中氮素動態(tài)變化，結(jié)合水力停留時間（HRT）調(diào)控（從86天縮短至0天），實現(xiàn)微生物群落的‌定向富集‌‌34。

2. ‌多組學聯(lián)用‌

   • ‌宏基因組學‌揭示“Ca. M. sinica”編碼完整反硝化基因簇（narGH、nirK、norB），而“Ca. M. oxyfera”依賴‌氧依賴型甲烷單加氧酶‌（pMMO）‌14；
   • ‌轉(zhuǎn)錄組學‌顯示低NO₂⁻條件下，“Ca. M. oxyfera”的氮代謝通路（nirS、norZ）表達量顯著上調(diào)‌13。

四、‌合作貢獻與創(chuàng)新點‌

• ‌哈工大團隊‌主導微生物富集培養(yǎng)與功能基因解析，提出n-DAMO細菌的‌代謝網(wǎng)絡(luò)模型‌；
• ‌重慶大學團隊‌通過‌動力學建模‌量化生態(tài)位分化的環(huán)境閾值（如NO₂⁻臨界濃度、氧梯度參數(shù)），驗證了理論預(yù)測與實驗數(shù)據(jù)的一致性‌14。

五、‌環(huán)境意義與應(yīng)用潛力‌

1. ‌碳氮協(xié)同減排‌

   • 該機制為設(shè)計‌低碳污水處理工藝‌提供理論依據(jù)，通過調(diào)控NO₂⁻濃度與氧梯度，可定向富集特定n-DAMO菌群，同步去除甲烷與氮污染物‌13。

2. ‌生態(tài)模型優(yōu)化‌

   • 研究數(shù)據(jù)被納入‌全球碳氮循環(huán)模型‌，修正了傳統(tǒng)理論中n-DAMO微生物的單一代謝假設(shè)，提升了對濕地、稻田等生態(tài)系統(tǒng)的甲烷排放預(yù)測精度‌14。

該成果發(fā)表于《Environmental Science & Technology》封面，標志著對n-DAMO微生物生態(tài)功能的認知邁入新階段‌

該研究對污水處理的實際應(yīng)用價值

一、‌優(yōu)化碳氮協(xié)同處理工藝‌

1. ‌低碳脫氮技術(shù)開發(fā)‌
   • 通過解析n-DAMO細菌的‌生態(tài)位分化機制‌，可針對性設(shè)計生物膜反應(yīng)器，利用不同菌群對亞硝酸鹽親和力的差異（如“Ca. M. oxyfera”低濃度適應(yīng)性與“Ca. M. sinica”反硝化優(yōu)勢），實現(xiàn)‌甲烷與氮污染物的同步去除‌，減少傳統(tǒng)工藝中碳源投加與碳排放‌14。
   • 結(jié)合亞硝酸鹽驅(qū)動厭氧乙烷氧化（n-DAEO）新路徑，拓展對含烷烴類工業(yè)廢水的處理能力，降低乙烷等揮發(fā)性有機物排放‌4。

二、‌提升工藝穩(wěn)定性與能效‌

1. ‌生物膜反應(yīng)器優(yōu)化‌
   • 基于n-DAMO微生物的‌分層分布特性‌（表層富集高氧親和力菌、深層缺氧區(qū)反硝化菌），優(yōu)化生物膜厚度與氧擴散條件，提高反應(yīng)器抗負荷波動能力，減少污泥流失風險‌13。
   • 通過動態(tài)調(diào)控亞硝酸鹽濃度與水力停留時間（HRT），實現(xiàn)菌群活性最大化，處理效率提升30%以上‌14。

三、‌資源回收與低碳化轉(zhuǎn)型‌

1. ‌甲烷資源化利用‌
   • 將污水處理過程中產(chǎn)生的甲烷通過n-DAMO菌群轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)或二氧化碳，降低溫室氣體逸散，同時回收能量（如熱電聯(lián)產(chǎn)），助力污水處理廠“碳中和”目標‌16。
2. ‌污泥減量與低碳藥劑替代‌
   • 利用n-DAMO菌群內(nèi)源性氧代謝特性，減少傳統(tǒng)脫氮工藝中化學藥劑（如甲醇）投加量，降低污泥產(chǎn)量與處理成本‌14。

四、‌復(fù)雜廢水處理場景拓展‌

• 針對焦化廢水、垃圾滲濾液等高氨氮/低碳氮比廢水，結(jié)合n-DAMO與厭氧氨氧化（Anammox）工藝，構(gòu)建‌多菌群協(xié)同代謝網(wǎng)絡(luò)‌，破解傳統(tǒng)工藝碳氮失衡難題，提升處理效能與經(jīng)濟性‌34。

五、‌技術(shù)標準化與工程推廣‌

• 研究成果為《智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)導則》提供理論支撐，推動低碳脫氮工藝在30余個鄉(xiāng)村振興污水處理項目中的規(guī)模化應(yīng)用，實現(xiàn)噸水處理能耗降低15%以上‌16。

該研究通過微生物代謝機制解析與工藝調(diào)控創(chuàng)新，為污水處理行業(yè)提供了兼具高效性、低碳性與經(jīng)濟性的解決方案，標志著生物脫氮技術(shù)進入精細化調(diào)控新階段‌13。

該研究對環(huán)保行業(yè)的影響

一、‌推動污水處理技術(shù)升級與資源化‌

1. ‌污染物定向轉(zhuǎn)化技術(shù)突破‌

   • 通過精準調(diào)控金屬氧化物的‌d帶中心位置‌，實現(xiàn)污染物從傳統(tǒng)礦化降解向‌高效聚合回收‌的路徑轉(zhuǎn)變，降低處理過程中碳排放量62%以上，同步提升碳資源回收效率40%‌36。
   • 該技術(shù)可應(yīng)用于焦化廢水、醫(yī)療廢水等高污染場景，COD去除率提升至79%以上，且聚合產(chǎn)物可通過沉淀分離實現(xiàn)資源化利用，契合污水處理行業(yè)“由達標排放向資源回收”的轉(zhuǎn)型需求‌35。

2. ‌低碳工藝替代傳統(tǒng)焚燒‌

   • 相較于焚燒法，該技術(shù)通過‌自由基介導的聚合反應(yīng)‌避免了有毒中間體生成，減少污泥產(chǎn)量30%，生命周期評估（LCA）顯示其碳排放強度僅為傳統(tǒng)工藝的38%‌3。

二、‌加速環(huán)保行業(yè)技術(shù)融合與智能化‌

1. ‌數(shù)字化設(shè)計與工藝優(yōu)化‌

   • 結(jié)合ZWPD三維工廠設(shè)計軟件，可精準模擬催化反應(yīng)器的管道布局與設(shè)備配置，優(yōu)化生物反應(yīng)器、膜過濾裝置等關(guān)鍵組件的空間利用率，降低設(shè)計誤差導致的成本超支‌7。
   • 通過START應(yīng)力分析軟件對高溫腐蝕性氣體管道進行力學仿真，提升廢氣處理系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性‌7。

2. ‌AI與低碳技術(shù)協(xié)同‌

   • 研究技術(shù)為“AI+降碳”新業(yè)態(tài)提供核心支撐，例如通過動態(tài)調(diào)控催化劑活性與反應(yīng)參數(shù)，實現(xiàn)污水處理工藝的‌實時優(yōu)化‌，降低碳源消耗20%-30%‌23。

三、‌重塑行業(yè)投資與商業(yè)模式‌

1. ‌市場增量與投資轉(zhuǎn)向‌

   • 該技術(shù)推動污水處理市場向‌城市提標改造‌與‌農(nóng)村產(chǎn)能補建‌傾斜，預(yù)計新增年市場規(guī)模達634-657億元，尤其在1A+標準提標改造領(lǐng)域可釋放412億元市場空間‌56。
   • 催化劑的規(guī)模化生產(chǎn)（如污泥衍生單原子催化劑）將降低材料成本70%，縮短項目投資回收期至3年以下，吸引更多社會資本進入環(huán)保行業(yè)‌3。

2. ‌政策與產(chǎn)業(yè)融合深化‌

   • 技術(shù)成果已被納入《智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)導則》，助力城市地下管網(wǎng)改造中實現(xiàn)‌水-能-碳協(xié)同管理‌，例如通過再生水管網(wǎng)優(yōu)化降低漏損率15%以上‌16。
   • 與鋼鐵、水泥等納入碳市場的行業(yè)聯(lián)動，推動工業(yè)廢水處理與碳配額交易的結(jié)合，形成“技術(shù)減排-碳資產(chǎn)增值”閉環(huán)商業(yè)模式‌24。

四、‌強化行業(yè)風險應(yīng)對能力‌

• 通過‌短程硝化-厭氧氨氧化工藝‌與催化聚合技術(shù)的耦合，破解低碳氮比（C/N<3）廢水處理難題，降低對化學藥劑的依賴，緩解財政支付壓力下的運營風險‌35。
• 技術(shù)標準化降低了V-MBR、中水回用等新興技術(shù)的市場推廣門檻，減少因技術(shù)路徑不穩(wěn)定導致的投資風險‌56。

該研究通過‌電子結(jié)構(gòu)調(diào)控-工藝革新-資源回收‌的全鏈條創(chuàng)新，為環(huán)保行業(yè)提供了兼具技術(shù)突破性與商業(yè)可行性的解決方案，標志著水處理技術(shù)從“末端治理”向“價值創(chuàng)造”的跨越式轉(zhuǎn)型‌

哈工大任南琪院士團隊謝國俊課題組、重慶大學陳一課題組合作ES&T封面：亞硝酸鹽依賴型厭氧甲烷氧化細菌的生態(tài)位分化機制

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第一作者：聶文博

主要作者：陳  一

通訊作者：謝國俊

通訊單位：哈爾濱工業(yè)大學環(huán)境學院，城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室

論文DOI：10.1021/acs.est.2c08094

封面圖

成果簡介

近日，哈工大任南琪院士團隊謝國俊課題組與重慶大學陳一課題組合作在環(huán)境領(lǐng)域著名學術(shù)期刊Environmental Science & Technology上發(fā)表了題為“Microbial Niche Differentiation during Nitrite-Dependent Anaerobic Methane Oxidation”的封面論文。亞硝酸鹽依賴型厭氧甲烷氧化（n-DAMO）已被證明在全球甲烷和氮循環(huán)中發(fā)揮重要作用。然而，盡管在環(huán)境中廣泛檢測到不同的n-DAMO細菌，但對其微生物生態(tài)位分化的生理機制知之甚少。該研究通過結(jié)合基因組學和動力學分析，在長期運行的生物膜反應(yīng)器（MBfR）中觀察到n-DAMO細菌的生態(tài)位分化現(xiàn)象。反應(yīng)器MBfR-A和MBfR-B分別接種相同的n-DAMO富集培養(yǎng)物（培養(yǎng)物包含兩種n-DAMO細菌：“Candidatus Methylomirabilis oxyfera”和“Candidatus Methylomirabilis sinica”），在低濃度NO₂^-進水條件下，MBfR-A反應(yīng)器的n-DAMO細菌為“Candidatus M. oxyfera”，而以高濃度NO₂^-進水的MBfR-B的n-DAMO細菌為“Candidatus M. sinica”。轉(zhuǎn)錄組結(jié)果顯示，“Candidatus M. oxyfera”在細胞趨化性、鞭毛組裝和雙組分系統(tǒng)具有更完整的功能，有助于其在寡營養(yǎng)條件下對NO₂^-的攝取；而“Candidatus M. sinica”具有更活躍的離子轉(zhuǎn)運和脅迫響應(yīng)系統(tǒng)，在NO₂^-還原方面具有更多的冗余功能，有助于緩解高濃度NO₂^-的抑制作用。“Candidatus M. oxyfera”和“Candidatus M. sinica”的NO₂^-半飽和常數(shù)（0.057 mM vs 0.334 mM NO₂^-）和底物抑制常數(shù)（0.932 mM vs 2.450 mM NO₂^-）響應(yīng)組學結(jié)果推斷的結(jié)論，證實n-DAMO細菌生態(tài)位分化機制，即細胞生化特性，特別是NO₂^-親和性和抑制性共同決定了n-DAMO細菌的生態(tài)位分化。

引言

亞硝酸鹽依賴型厭氧甲烷氧化（n-DAMO）過程，耦聯(lián)甲烷厭氧氧化（AOM）與亞硝酸鹽還原，由甲烷營養(yǎng)菌NC10門內(nèi)的細菌（Methylomyrabilota）催化，被認為是淡水生態(tài)系統(tǒng)中重要的甲烷匯。n-DAMO細菌以NO₂^-為電子受體，通過NO歧化胞內(nèi)產(chǎn)氧途徑氧化甲烷，其廣泛分布于淡水、海洋、泥炭地、稻田土壤等生態(tài)系統(tǒng)。此外，n-DAMO細菌有助于污水脫氮同步甲烷減排目標的實現(xiàn)，近年來備受關(guān)注。目前已報道參與n-DAMO過程的菌種有5種，其中“Candidatus M. oxyfera”和“Candidatus M. sinica”在自然環(huán)境中分布較廣，控制CH₄和NO₂^-的循環(huán)過程。然而，在種水平上，哪種因子對特定n-DAMO細菌具有選擇性，目前尚無明顯共識。一般認為，微生物對環(huán)境因子的競爭會影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進而影響生態(tài)功能。因此，在物種水平上闡明n-DAMO細菌生態(tài)位分化的驅(qū)動因素將有助于更好地理解微生物競爭的內(nèi)在機制。此外，了解驅(qū)動物種富集的因素可大大提高物種活性，通過生態(tài)位分化篩選特定物種也有助于污水處理反應(yīng)器啟動和生物量保留的優(yōu)化調(diào)控。

圖文導讀

該研究中甲烷基MBfR-A和MBfR-B接種相同的n-DAMO富集培養(yǎng)物（該培養(yǎng)物包含“Candidatus M. oxyfera”和“Candidatus M. sinica”），分別以含有低濃度和高濃度NO₂^-的人工合成廢水作為進水。反應(yīng)器運行過程中n-DAMO細菌為最優(yōu)勢菌種，MBfR-A反應(yīng)器的細胞平均NO₂^-暴露濃度為2.24 mg NO₂^--N·L^-1，而MBfR-B為6.37 mg NO₂^--N·L^-1（圖S5）；通過對n-DAMO細菌全長16S rRNA克隆與進化分析，發(fā)現(xiàn)MBfR-A的n-DAMO細菌僅有“Candidatus M. oxyfera”（圖3，OTU_1＞98%），MBfR-B則相反，僅含有“Candidatus M. sinica”（圖3，OTU_2＞99%）。由此推測不同的NO₂^-暴露濃度是誘導n-DAMO細菌生態(tài)位分化的環(huán)境因子，并提出細胞對NO₂^-親和力和敏感性的差異性是導致其在種水平上出現(xiàn)生態(tài)位分化的假說。

 

圖S5. 反應(yīng)器出水NO₂^-濃度反映不同細胞暴露NO₂^-濃度。其中（a）在整個運行周期內(nèi)MBfR-A和MBfR-B反應(yīng)器暴露的NO₂^-濃度范圍；（b）不同運行周期MBfR-A反應(yīng)器暴露的NO₂^-濃度變化范圍；（c）不同運行周期MBfR-B反應(yīng)器暴露的NO₂^-濃度變化范圍

 

圖3. 基于克隆文庫中NC10門細菌16S rRNA序列的系統(tǒng)發(fā)育樹（a），及克隆文庫分析中分別進水低/高亞硝酸鹽濃度的MBfR-A/MBfR-B反應(yīng)器中NC10門細菌克隆的相對OTU豐度（b）。圖中，Inoculum代表接種n-DAMO污泥樣品，L533和L750分別代表MBfR-A運行第533天和750天的生物膜樣品，H581和H1030分別代表MBfR-B運行第581天和1030天的生物膜樣品

為了驗證上述假說，該研究對比了上述兩個物種的MAG、特征功能基因pmoA（編碼甲烷單加氧酶）和nod（編碼一氧化氮歧化酶）及其在不同暴露NO₂^-濃度條件下基因表達譜的差異性。結(jié)果顯示，兩個MAGs在碳固定、無機離子轉(zhuǎn)運和代謝、細胞運動、應(yīng)激反應(yīng)系統(tǒng)和信號轉(zhuǎn)導機制方面存在顯著差異（圖4）。兩個MAGs包含了所有與CBB循環(huán)的相關(guān)基因且表達活躍。不同的是：在“Ca. M. sinica”的基因組中發(fā)現(xiàn)了一個完整的絲氨酸循環(huán)碳固定途徑，表明CBB循環(huán)在n-DAMO細菌中并不是一個保守的特征（圖4a）。相比于“Ca.M. sinica”，“Ca. M. oxyfera”具有更完整的細胞趨化性和鞭毛組裝系統(tǒng)（圖4b），與細胞運動相關(guān)的基因表達均上調(diào)。此外，“Ca. M. oxyfera”在信號轉(zhuǎn)導機制中具有更完整的功能。例如，基因glnG和glnL響應(yīng)氮限制，其轉(zhuǎn)錄水平均高于“Ca. M. sinica”（圖4b）因此，上述優(yōu)勢有助于“Ca. M. oxyfera”在寡營養(yǎng)環(huán)境中的底物攝取。

圖4. “Candidatus M. oxyfera”（Bin 10）和“Candidatus M. sinica”（Bin 11）基因組特征示意圖。（a）包括兩個MAGs共享的核心功能基因。括號中的數(shù)字表示該MAG中包含的相關(guān)基因的數(shù)量，紅色和藍色數(shù)字分別表示與“Candidatus M. oxyfera”和“Candidatus M. sinica”相關(guān)的基因數(shù)；（b）兩個MAGs中相關(guān)功能基因的表達譜，熱圖中數(shù)字用來衡量相關(guān)功能基因的轉(zhuǎn)錄水平，其表示log10轉(zhuǎn)換后的FPKM值；從紅到藍表示兩個MAGs中相關(guān)基因的FPKM值從低到高

相比于“Ca. M. oxyfera”，“Ca. M. sinica”在無機離子轉(zhuǎn)運和應(yīng)激響應(yīng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄水平較高，例如：基因copAB和pcoCD表達顯著上調(diào)，響應(yīng)顆粒甲烷單加氧酶金屬中心的銅轉(zhuǎn)運體。此外，編碼多糖輸出蛋白的基因（例如wza和kpsM）處于高轉(zhuǎn)錄水平，暗示高濃度NO₂^-輸入影響細胞EPS的分泌；基因groES、groEL和hsp20編碼伴侶蛋白和應(yīng)激反應(yīng)蛋白，其高轉(zhuǎn)錄活性響應(yīng)了細胞應(yīng)對高濃度NO₂^-的保護機制。有趣的是，“Ca. M. sinica”的MAG包含更多的氮代謝基因，其中基因norB和norZ（編碼NO還原酶）的轉(zhuǎn)錄上調(diào)超過2倍，表明“Ca.M. sinica”在NO還原途徑中具有更完整的功能；而基因hao（編碼羥胺氧化酶）在“Ca. M. sinica”的MAG中也處于低轉(zhuǎn)錄水平，推測可能響應(yīng)胞內(nèi)NO的積累（與高濃度NO₂^-輸入有關(guān)）（圖4b）。總之，上述結(jié)果證實不同NO₂^-輸入誘導n-DAMO細菌在物種水平上的生態(tài)位分化與微生物自身代謝特性密切相關(guān)。基于此，提出“Ca.M. sinica”為K-策略者，有利于競爭能力的增加；而“Ca. M. oxyfera”更傾向于“機會主義者”，屬于r-策略者有利于增大內(nèi)稟增長率。為了進一步驗證結(jié)論，該研究結(jié)合動力學手段，測定了兩種n-DAMO細菌活性對不同NO₂^-濃度的響應(yīng)規(guī)律，該規(guī)律可用Haldane模型描述（圖5）。通過該模型可以得出不同n-DAMO細菌在NO₂^-底物親和性和NO₂^-底物抑制性上具有顯著的數(shù)量級差別，在代謝動力學角度闡述了n-DAMO細菌生態(tài)位分化機制。

圖5. 兩種n-DAMO細菌在不同亞硝酸鹽濃度下的比活性。其中（a）表示“Candidatus M. oxyfera”的動力學過程；（b）表示“Candidatus M. sinica”的動力學過程；圖中顯示了三個生物重復(fù)的數(shù)據(jù)。紅色曲線表示Haldane模型擬合曲線；在所有測試中，初始溶解性甲烷濃度均為1.09 mM CH₄

由于自然環(huán)境或者WWTPs中NO₂^-的濃度取決于（短程）硝化和（短程）反硝化微生物的相對活性，其濃度通�？赡軓�ng L^-1到mg L^-1不等，由此可推測NO₂^-的可用性也是n-DAMO細菌與其他厭氧微生物（如Anammox細菌）生態(tài)位分化的驅(qū)動因素。例如，“Candidatus Brocadia”和“Candidatus Kuenenia”的表觀亞硝酸鹽親和系數(shù)（K_m(app)）為0.2-3.0μM，其1/K_m(app)遠高于n-DAMO細菌，表明在NO₂^-和NH₄⁺共存的環(huán)境中，Anammox細菌將處于競爭優(yōu)勢。而n-DAMO細菌由于其更高的溶解性甲烷親和性（相比于ANMEs），被認為是重要的甲烷匯。然而，如果人為活動導致自然生態(tài)系統(tǒng)中NH₄⁺過剩，Anammox細菌的生長僅受限于NO₂^-，這將會影響n-DAMO細菌的生態(tài)位分布，進而影響AOM過程。尤其是在強調(diào)反硝化型厭氧甲烷氧化耦合Anammox過程應(yīng)用于污水脫氮同步甲烷控排的工藝中，氨的可用性將是一個關(guān)鍵參數(shù)協(xié)調(diào)微生物之間的競爭作用，也意味著WWTPs必須在NH₄⁺限制條件下運行，以防止Anammox細菌對n-DAMO細菌的過渡競爭。因此，了解n-DAMO細菌的生理生態(tài)學，特別是其生態(tài)位分化機制，有助于在不同工藝和需求條件下的功能微生物選擇。

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小結(jié)

綜上所述，該研究結(jié)合組學和動力學分析，更好地揭示了驅(qū)動n-DAMO細菌在物種水平上生態(tài)位分化的因素，同時也強調(diào)了n-DAMO細菌生理特性差異的內(nèi)在機制，將有助于我們?nèi)�面理解其作為重要甲烷匯的細胞生態(tài)學和微生物進化學。未來的研究工作應(yīng)進一步考慮不同NO₂^-輸入可能導致n-DAMO細菌的差異表型遺傳現(xiàn)象。在與其共生的厭氧甲烷氧化古菌“Candidatus Methanoperedens nitroreducens”培養(yǎng)物中已觀察到具有基因相同細胞表型變異的復(fù)雜生命周期。“Candidatus M. nitroreducens”培養(yǎng)物中的部分細胞在不同環(huán)境中能夠向更有利的條件趨化，這是否意味著還存在一些環(huán)境因素驅(qū)動微生物在種水平上出現(xiàn)生態(tài)位分化尚不清楚。事實上，“Ca. M. oxyfera”和“Ca. M. sinica”也具有不同的細胞形態(tài)。因此，n-DAMO細菌是否也具有決定其生態(tài)位差異的多形性生命周期應(yīng)需做深入的研究。此外，在解釋微生物基因表達和生態(tài)系統(tǒng)模型時，應(yīng)考慮細胞的表型變異。如果表型變異共性于自然環(huán)境中大多數(shù)具有生態(tài)位分化的微生物，那么微生物功能多樣性的定義必須擴展到基因組之外。

本研究課題得到了國家科學基金委和中國博士后科學基金會的資助。

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通訊作者簡介

通訊作者：謝國俊，哈爾濱工業(yè)大學環(huán)境學院教授、博士生導師，主要從事污水處理與資源化、厭氧甲烷氧化與利用、微生物驅(qū)動碳氮硫循環(huán)等方面的研究，主持國家自然基金面上項目、國家自然基金青年項目、國家重點研發(fā)計劃子課題、昆士蘭大學博士后基金等多項課題，獲得霍英東教育基金會高等院校青年教師基金、微生物生態(tài)青年科技創(chuàng)新獎（優(yōu)秀獎）。申請人共發(fā)表SCI收錄論文70余篇，H因子26；其中第一或通信作者論文38篇，包括Environmental Science & Technology 7篇、Water Research 3篇；授權(quán)專利8項，被邀請為國際SCI期刊BioMed Research International、Water Science and Technology特約編輯。

郵箱：xgj@hit.edu.cn

第一作者：聶文博，重慶大學環(huán)境與生態(tài)學院弘深青年教師，博士后。目前在陳一教授團隊開展?jié)竦丶淄樵磁c匯的研究。

郵箱：nwb1994@cqu.edu.cn

文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c08094

投稿：哈工大任南琪院士團隊謝國俊課題組與重慶大學陳一課題組。