稻田生物固氮作用是稻田氮素循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而固氮微生物是驅(qū)動稻田生物固氮的引擎，因此，準(zhǔn)確識別“活躍”固氮微生物，有利于提升稻田系統(tǒng)生物固氮潛力。
中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員謝祖彬課題組利用自主研制的氣密植物生長箱，對水稻進(jìn)行15N2氣體田間原位示蹤。標(biāo)記結(jié)束后，結(jié)合穩(wěn)定同位素核酸探針技術(shù)（DNA-SIP）和納米二次離子質(zhì)譜技術(shù)（NanoSIMS），可視化定量化分析超高速離心后不同密度梯度層內(nèi)微生物DNA的15N豐度，為推導(dǎo)稻田土壤“活躍”固氮微生物提供直接證據(jù)。研究表明，與不種水稻土壤處理相比，水稻種植處理顯著提高生物固氮固定的氮素；基于nifH功能基因的高通量測序結(jié)果顯示，念珠藻目（Nostocales）和真枝藻目（Stigonematales）固氮微生物的相對豐度在種水稻處理中顯著提高；具有超高靈敏度的NanoSIMS能夠直接觀測納克級土壤DNA樣品的15N豐度。研究人員對不同密度梯度層次nifH基因測序，發(fā)現(xiàn)念珠藻目和真枝藻目藍(lán)細(xì)菌是該稻田土壤生物固氮的主要貢獻(xiàn)者。相關(guān)研究成果發(fā)表在Biology and Fertility of Soils上。
研究工作得到中科院地質(zhì)與地球物理研究所納米離子探針實驗室研究員楊蔚和中科院上海植物逆境生物學(xué)研究中心研究員張蘅的支持，并獲得科技部基礎(chǔ)性工作專項、國家自然科學(xué)基金、江蘇省科技項目和中科院創(chuàng)新項目的資助。
密度梯度離心后NanoSIMS拍攝的DNA在各層中的分布影像和測定的DNA-15N豐度（#1-#12代表各密度層，圖中數(shù)字代表15N豐度）
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