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氧化亚氮（N2O）是一种强效温室气体，且主要由不完全反硝化作用产生。尽管我们已知许多参与反硝化的微生物物种，但我们仍无法可靠地预测土壤中的N2O产生。微生物生态学的最新研究表明，当将关键微生物视为功能集合体的成员而非孤立个体时，其活性与涌现性质之间联系的预测能力会显著提高。我们提出假设：在N2O高产期间，活跃微生物群落在分类学上将不同于非活跃部分；并且，N2O产生速率的增加与多个活跃分类单元丰度的共同增加之间的相关性，将强于与单一活跃物种占优势之间的相关性。我们开展了一项微宇宙实验，将农业土壤置于厌氧小瓶中孵育最长15小时，同时追踪N2O的产生。通过将生物正交非经典氨基酸标记与荧光激活细胞分选及16S rRNA扩增子测序（BONCAT-FACS-Seq）相结合，我们探测了整个孵育期间微生物群落中的活跃子集。对16S rRNA基因扩增子的分析表明，活跃组分与非活跃组分包含不同的分类单元，且活跃组分的分类组成会随时间发生变化。我们发现，微生物群落中不足1%的成员即可导致高达3.84 ug N2O-N g干土-1 hr-1的N2O通量速率。活性水平（活跃细胞的荧光强度中位数）与N2O产生速率表现出良好的相关性。采用微生物组集合商优化（mEQO）工具，我们识别出由八种生物组成的一个集合，其组合丰度与N2O通量的相关性最佳。总体而言，我们的结果表明，N2O通量并非由单一分类单元的变化所驱动，而是由活跃微生物不断变化的集合体所驱动，这些微生物的综合功能潜力支撑了持续稳定的排放。本研究采用了一种新的概念与方法学框架，明确聚焦于活跃微生物群落而非整个群落；如果我们关于N2O通量速率与一个生物集合相关的观察能够得到广泛证实，那么将反硝化作用界定为一种群落性状，或可提高对这一关键过程的可预测性。
一氧化二氮（N2O）是一种强效温室气体，且主要由不完全反硝化作用产生。尽管我们已知许多参与反硝化的微生物物种，但仍无法可靠地预测土壤中的 N2O 产生。微生物生态学的最新研究表明，当将关键微生物视为功能集合体的成员而非彼此孤立的个体时，将其活性与涌现性质联系起来的预测能力会显著提高。我们假设，在 N2O 高产期间，活跃的微生物群落在分类学上有别于不活跃部分；并且，N2O 产生速率的升高与多个活跃类群丰度的共同增加之间的相关性，将强于与某一单一活跃物种占优势之间的相关性。我们进行了一个微宇宙实验，将农田土壤置于厌氧小瓶中培养长达 15 小时，同时追踪 N2O 的产生。通过使用生物正交非经典氨基酸标记技术，并结合荧光激活细胞分选和 16S rRNA 扩增子测序（BONCAT-FACS-Seq），我们在整个培养期间探测了微生物群落中的活跃子集。对 16S rRNA 基因扩增子的分析显示，活跃组分与不活跃组分包含不同的类群，且活跃组分的分类组成会随时间发生变化。我们发现，不足 1% 的微生物群落便可导致高达 3.84 ug N2O-N g dry soil-1 hr-1 的 N2O 通量速率。活性水平（活跃细胞的中位荧光强度）与 N2O 产生速率表现出良好的相关性。我们使用微生物组集合商优化（mEQO）工具鉴定出一个由 8 种生物组成的集合，其组合丰度与 N2O 通量的相关性最佳。总体而言，我们的结果表明，驱动 N2O 通量的并非单一类群的变化，而是活跃微生物集合的动态更替；这些微生物的综合功能潜力支撑了持续的排放。本研究采用了一种新颖的概念与方法学框架，明确聚焦于活跃微生物群落而非整个群落；如果我们关于 N2O 通量速率与一个生物集合相关的观察得到广泛验证，那么将反硝化作用界定为一种群落性状，可能会提高对这一关键过程的可预测性。
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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.10.737762v1?rss=1
🏷️ 土壤微生物 氧化亚氮 反硝化作用 BONCAT-FACS 活跃群落 微生物生态