Långvarig kvävebefruktning av rovjord förflyttar järnreducerande mikrobiellt samhälle avslöjat med rna-13c-acetat-sond i kombination med pyrosekvenser | isme journal

Långvarig kvävebefruktning av rovjord förflyttar järnreducerande mikrobiellt samhälle avslöjat med rna-13c-acetat-sond i kombination med pyrosekvenser | isme journal

Anonim

ämnen

  • Mikrobiell ekologi

Abstrakt

Järnreduktion är en viktig biogeokemisk process i groddjord, men ändå är lite känt om den mikrobiella kopplingen mellan kväve och järnreduktion. Här undersökte vi förskjutningen av acetatmetaboliserande järnreducerande medel under långvarig kvävebefruktning med användning av 13 C-acetatbaserat ribosomalt RNA (rRNA) -stabil isotopundersökning (SIP) och pyrosquencing i ett inkubationsexperiment och förskjutningen av förmodande järnreducerande medel i ursprungliga fältprover undersöktes med 16S rRNA-genbaserad pyrosekvenser. Under SIP-inkubationer, i närvaro av järn (III) oxyhydroxider, upptäcktes mer bildning av järn (II) och mindre metanproduktion i kväve-befruktat (N) jämfört med icke-befruktat (NF) jord. I 13 C-rRNA från mikrokosmos ändrade med ferrihydrit (FER), Geobacter spp. var de viktiga aktiva järnreducerande medlen i båda markerna och märktes i större utsträckning i N (31% av de bakteriella klassificerade sekvenserna) än NF-jordar (11%). Pyrosquencing av de totala 16S rRNA-transkripten från mikrokosmos på hela samhällsnivån avslöjade ytterligare hittills okända metabolismer av potentiell FER-reduktion av mikroorganismer inklusive Pseudomonas och Solibacillus spp. i N-jord, Dechloromonas , Clostridium , Bacillus och Solibacillus spp. i NF-jord. Goethite (GOE) ändringsförslag stimulerade Geobacter spp. i mindre utsträckning i båda jordar jämfört med FER-behandling. Pseudomonas spp. i N-jorden och Clostridium spp. i NF-jorden kan också vara involverad i GOE-minskning. Pyrosquenceringsresultat från fältprover visade att Geobacter spp. var de vanligaste järnreducerande föreningarna i båda markerna och stimulerades signifikant genom långvarig kvävebefruktning. Sammantaget visar vi för första gången att långvarig kvävebefruktning främjar minskning av järn (III) och modulerar järnreducerande bakteriesamhälle i groddar.

Introduktion

Järn (Fe) är det vanligaste redoxaktiva elementet på jorden, och därför har mikrobiell järnredoxcykling en grundläggande roll i miljöbiogeokemi (Weber et al., 2006a). Dissimilerande järnjärn [Fe (III)] -reduktion sker under anoxiska förhållanden när de kopplas till andra biogeokemiska processer, till exempel oxidation av organiskt material eller väte (H2; Lovley et al., 2004). Det reducerade järnjärnet [Fe (II)] kan sedan återoxideras under anoxiska förhållanden när det kopplas till nitrit (NO 2 - ) eller nitrat (NO 3 - ) reduktion (Straub et al., 1996) eller till fotosyntes (Hegler et al. ., 2008), eller under mikrooxiska förhållanden, regenererande oxiderad Fe (III) för att upprätthålla Fe (III) reduktion. Många studier har fokuserat på reduktion av Fe (III) på grund av dess globala betydelse (Lovley et al., 2004; Weber et al., 2006a). Det har konstaterats att denna metabola process starkt påverkar kol (C), kväve (N) och svavel (S) cykling och indirekt påverkar näringsämnets tillgänglighet, växthusgasutsläpp och föroreningar transformationer (Borch et al., 2010; Burgin et al., 2011).

Mikroorganismer som förmedlar reduktion av Fe (III) är fylogenetiskt olika (Lin et al., 2007). Många dissimilerande järnreducerande mikroorganismer har isolerats, karaktäriserats och identifierats från groddjord främst med odlingsberoende metoder (Wang et al., 2009; Li et al., 2011). Emellertid har studier på sammansättningen av mikrobiellt samhälle som deltog i dissimilatorisk Fe (III) -reduktion varit ganska begränsade på grund av otillgängligheten hos universella funktionella genmarkörer. Stabil isotopundersökning (SIP) -analys av ribosomalt RNA (rRNA) anses vara ett kraftfullt medel för att koppla mikroorganismernas taxonomiska identitet till en specifik funktion i komplexa miljöer (Manefield et al., 2002; Vandieken och Thamdrup, 2013). Det möjliggör identifiering av aktiva acetatoxiderande järnreducerande bakterier som ett funktionellt guild för första gången i en italiensk anoxisk paddyjord när ändrade Fe (III) oxyhydroxider serverades som elektronacceptorer (Hori et al., 2010). Med tillkomsten av sekvenseringstekniker med hög genomströmning förväntas det att de aktiva samhällena av järnreducerare skulle kunna belysas med en aldrig tidigare skådad detalj och högfilogenetisk upplösning.

Paddyjord representerar ett mellanliggande system mellan markjordiska ekosystem och vattenlevande ekosystem, och växlingen mellan oxiska och anoxiska förhållanden resulterar i periodiska redoxreaktioner. På grund av de unika egenskaperna hos paddjord och det överflödiga järnöverskottet är reduktion av Fe (III) utbredd och anses vara central i många andra biogeokemiska processer i översvämmade paddjord (Yi et al., 2013).

N-befruktning är en viktig hanteringspraxis för att upprätthålla jordens fertilitet och öka risutbytet i rovjord (Cassman et al., 1998), och tros påverka globala biogeokemiska processer, på grund av mikrobiellt medierad dissimilatorisk koppling mellan N och andra element såsom C, Fe och S (Burgin et al., 2011). Tidigare studier har visat att överflöd och samhällsstruktur för vissa C-cykling och S-cykling samhällen såsom metanogener (Mer och Roger, 2001), metanotrofer (Hanson och Hanson, 1996) och sulfatreducerare (Liu et al., 2009 ) i groddjord har förändrats under långvarig N-befruktning. Effekten av N-befruktning på sammansättningen av det mikrobiella samhället som är ansvarigt för reduktion av Fe (III) är dock okänd. Dissimilatorisk Fe (III) -reduktion har visat sig vara kopplad till N-cykel i olika miljöer, såsom våtmarksmarker (Clément et al., 2005), avloppsvatten (Sawayama, 2006) och till och med tropiska jordar i marken (Yang et al., 2012) . Därför antar vi att det dissimilerande järnreducerande mikrobiella samhället förändras efter långvarig N-gödselmedel (som urea) inmatad i paddjord.

Syftet med denna studie var sålunda att undersöka den aktiva acetatassimilerande järnreducerande mikrobiella samhällsskiftningen under långvarig N-befruktning i en typisk rovjord från södra Kina via ett inkubationsexperiment, där två typer av Fe (III) oxyhydroxider ( dvs ferrihydrit (FER) och goetit (GOE)) tillsattes som enda terminal elektronacceptor och 13 C-acetat-baserad rRNA-SIP i kombination med nyligen utvecklade 16S rRNA-pyrosekvenserings-tekniker (454) med hög kapacitet. Även förskjutningen av förmodade dissimilerande järnreducerande medel i ursprungliga fältprover undersöktes med 16S rRNA-genbaserad pyrosquencing för att undersöka relevansen mellan resultaten erhållna från SIP-inkubationer och de från fältprover.

Material och metoder

Jordprovtagning

Den långsiktiga befruktningsförsöksplatsen (inrättades 1990) var belägen i Taoyuan Agro-ekosystem Research Station (28 ° 55'N, 111 ° 27'E), centrala Hunan-provinsen i Kina; fältinformationen är detaljerad i kompletterande material. I vår studie samlades ytjordsmältprover (0–20 cm djup) i september 2010 från följande två behandlingar: kontroll utan gödselmedel (NF) och kvävegödsel som urea (N). Varje befruktningsbehandling hade triplikata tomter (33 m 2 per tomt), som slumpmässigt arrangerades i fältet, och alla tomter samlades in oberoende. Varje jordprov delades upp i två delprover: ett lufttorkades, passerade genom en 2, 0 mm-sikt och lagrades vid 4 ° C för analys av basbaserade egenskaper och SIP-inkubationer, och den andra lagrades vid -80 ° C för direkt DNA-extraktion och 16S rRNA-genbaserad pyrosquencing. Jordkemiska egenskaper under dessa två befruktningsbehandlingar analyserades med standardmetoderna (Lu, 1999) och listades i tabell 1.

Full storlek bord

SIP-inkubationer och biogeokemiska analyser

Före inkubation blandades jordprover från triplikatlott inom varje befruktningsbehandling noggrant och därefter bereddes uppslamningar såsom beskrivits tidigare (Hori et al., 2007). För att aktivera jordmikroberna och utarma inhemska elektronacceptorer såsom nitrat, tillgängligt sulfat och Fe (III) (oxyhydr) oxider, inkuberades uppslamningen anoxiskt i mörkret vid 25 ° C under 21 dagar (Hori et al., 2010 ). Alikvoter (5 ml) av den välblandade uppslamningen placerades i 25 ml serumflaskor. Tre behandlingar inrättades: (i) FER, (ii) GOE och (iii) kontroll utan någon Fe (III) oxyhydroxid-tillsats (CTR). Båda Fe (III) oxyhydroxider syntetiserades såsom beskrivits tidigare (Schwertmann och Cornell, 1996) och tillsattes vid en slutlig koncentration av 140 μmol g −1 mark torr vikt. Μmolmängden FER som tillsatts beräknades med användning av formeln Fe 5 HO 8 × 4 H20 (Kappler och Straub, 2005). Injektionsflaskorna förseglades sedan med butylgummi-septa och krusades med aluminium-lock, och huvudutrymmen spolades med N2. Märkta experiment ( n = 3, vardera) initierades genom tillsats av [U-13C] -märkt acetat (1, 2- 13 C2-acetat, 99 atom%; Cambridge Isotope Laboratories, Andover, MA, USA) till varje flaska vid en slutkoncentration av 3, 3 μmol g −1 mark torr vikt (cirka 2 m M i porvatten) och inkuberades statiskt under 4 dagar vid 25 ° C. Två gånger under inkubationen (efter 1, 5 och 3 dagar) kompletterades 13 C-acetat till mikrokosmos vid en slutlig koncentration av 3, 3 μmol g −1 mark torr vikt. Således tillsattes totalt 30 μmol 13 C-acetat till båda jordslamningarna. Dessutom upprättades parallella omärkta experiment endast för molekylanalyser, och de utfördes med samma procedur med undantag för att substratet var 12C-omärkt acetat.

För de märkta experimenten utfördes den destruktiva provtagningen i triplikat på dag 0, 0, 5, 1, 1, 5, 2, 3 och 4. Totalt CH4 och CO 2 i huvudutrymmeprover av varje flaska analyserades med användning av ett robotiserat provtagnings- och analyssystem som beskrivits tidigare (Molstad et al., 2007). Atomprocentandelen av CH4 och CO 2 mättes med GC-isotopförhållande masspektrometri (Thermo Finnigan Delta V Advantage, Bremen, Tyskland) såsom beskrivits tidigare (Conrad et al., 2000). Porvattenprover för flyktiga fettsyreanalys togs, centrifugerades och filtrerades såsom tidigare beskrivits (Krumböck och Conrad, 1991). Flyktiga fettsyror bestämdes genom jonkromatografi (Dionex ICS-3000-system, Dionex, Sunnyvale, CA, USA; Li et al., 2011). Järnjärn [Fe (II)] och totalt extraherbart Fe i jorduppslamningsprov mättes såsom beskrivits av Achtnich et al. (1995). I korthet pipetterades cirka 0, 5 g uppslamningsprov i 4, 5 ml 0, 5 M HCl under 24 timmars extraktion och extraherades Fe (II) med användning av ferrozinmetoden. Totalt extraherbart Fe analyserades med samma förfarande med undantag för att extraktionsmedlet var 5 ml 0, 25 M hydroxylaminhydroklorid i 0, 25 M HCl. Mängden hydroxylamin reducerbar Fe (III) beräknades som skillnaden mellan total extraherbar Fe och Fe (II) (Lovley och Phillips, 1987; Achtnich et al., 1995). Vidare bestämdes pH för jorduppslamningar med användning av en pH-mätare (FE20, Mettler-Toledo, Zürich, Schweiz). Resten av jorduppslamningsproven lagrades vid –80 ° C för efterföljande molekylanalyser.

RNA-extraktion med jorduppslamning och fraktionering av SIP-gradient

För både märkta och omärkta experiment extraherades RNA från markuppslamningsprov från varje uppsättning av varje behandling efter 4 dagar från inkubationen med användning av protokollet från Griffiths et al. (2000) med modifieringen att glaspärlor inkluderades i lysproceduren, och denna procedur utfördes två gånger. RNA-extraktionsmetoden är detaljerad i de kompletterande materialen. rRNA renades med RNeasy mini-kit (Qiagen, Hilden, Tyskland) enligt tillverkarens instruktioner och kvantifierades med UV-vis spektrofotometer (ND-1000, NanoDrop Technologies, Wilmington, DE, USA). Extraherat rRNA (ungefär 500 ng) blandades väl med cesiumtrifluoracetatgradienter för att uppnå en initial flytdensitet (BD) på 1, 790 g ml-1 före ultracentrifugering vid 130 000 g under 65 timmar vid 20 ° C (Xia et al., 2011) . Centrifugerade rRNA-gradienter fraktionerades, cesiumtrifluoracetat BD för varje fraktion uppmättes och rRNA utfälldes från fraktioner som beskrivits tidigare (Lueders et al., 2004a).

Domänspecifik PCR-kvantifiering av densitetsupplöst rRNA

rRNA från varje gradientfraktion av varje behandling kvantifierades i triplikat med realtid omvänd transkription PCR i en iCycler iQ Thermocycler (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) med primrar Ba519f / Ba907r och Ar109f / Ar912rt riktade mot alla bakterier och Archaea , respektive (Lueders et al., 2004a). Detektionskemi och termiska profiler var desamma som beskrivits tidigare (Lueders et al., 2004a). Standardisering av bakteriella och archaealmallar utfördes såsom beskrivits av Lueders et al. (2004b).

Terminal restriktion fragment length polymorphism (T-RFLP) analys av densitetsupplöst rRNA

rRNA från varje gradientfraktion av varje behandling utsattes för omvänd transkription PCR för T-RFLP-profilering. PCR-primrar som användes och amplifieringsbetingelserna var som rapporterats tidigare (Hori et al., 2007); 25 och 30 cykler utfördes för amplifiering av bakteriella respektive archaealmallar. Amplikoner digererades med användning av Msp I och Taq I för bakterier respektive Archaea . Klyvningsprodukt renades och storleksseparerades såsom beskrivits tidigare (Cao et al., 2012).

16S rRNA-baserad pyrosquencing

Valda densitetsfraktioner av rRNA transkriberades omvänt till komplementärt DNA (cDNA) med användning av PrimeScript 1st-sträng cDNA-syntes-kit (TaKaRa Biotech, Dalian, Kina) enligt tillverkarens instruktioner och underkastades pyrosquencing. De V4 – V5-hypervariabla regionerna av 16S rRNA-gener amplifierades med användning av en grunduppsättning: 515f (5'-GTGCCAGCMGCCGCGG-3 ') och 907r (5'-CCGTCAATTCMTTTRAGTT-3'), innehållande 454 FLX-adaptrar och streckkoder för prov Zhou et al., 2011). Varje 50-mik reaktionsblandning innehöll 2 ul mall cDNA, 0, 8 mikrometer av varje primer, 0, 4 mM av varje dNTP (TaKaRa Bio, Otsu, Japan), 5 ul 10 × PCR-buffert (Mg 2+ plus; TaKaRa Bio ), 1, 5 U TaKaRa Taq HS och 10 ug BSA (TaKaRa Bio). Förstärkningar utfördes med användning av de termiska förhållandena som rapporterats tidigare (Xu et al., 2014). Efter rening med Wizard sv gel och PCR-saneringssystem (Promega, Madison, WI, USA) blandades lika stora mängder PCR-produkter med olika streckkoder och överlämnades till BGI Shenzhen (Shenzhen stad, Kina) för pyrosquencing på en 454 GS FLX + -system.

DNA-extraktion, amplifiering och 16S rRNA-genbaserad pyrosquencing i fältprover

Högmolekylärt samhälls-DNA extraherades från fältprover från triplikatplott inom varje befruktningsbehandling med användning av den frysslipande, SDS-baserade metoden (Zhou et al., 1996) och renades med en lågsmältande agarosgel följt av fenol extraktion. DNA-kvantitet och renhet bestämdes med UV-vis spektrofotometer såsom beskrivits ovan. Det renade DNA: t amplifierades för pyrosekvensering med användning av en primeruppsättning: 577f (5'-AYTGGGYDTAAAGNG-3 ') och 926r (5'-CCGTCAATTYYTTTRAGTTT-3'), innehållande 454 FLX-adaptrar och streckkoder. Denna grunduppsättning riktade sig också till V4 – V5-hypervariabla regioner av 16S rRNA-gener (Yang et al., 2014). PCR genomfördes under användning av samma betingelser som för 16S rRNA-baserad pyrosekvensning men med olika primrar. PCR-produkter med olika streckkoder renades och blandades sedan i lika stora mängder för pyrosquencing på ett 454 GS FLX-system.

Bearbetning av pyrosquencingdata

Förvärvade råa pyrosekvenseringsdata behandlades enligt proceduren som beskrivits tidigare (Xu et al., 2014), med hjälp av Quantitative Insights Into Microbial Ecology toolkit-version 1.6.0 (Caporaso et al., 2010). Kortfattat, efter borttagande av låg kvalitet eller tvetydiga läsningar, grupperades kvalificerade sekvenser i operativa taxonomiska enheter vid 97% identitetströskel. Den vanligaste sekvensen i klustret för varje operativ taxonomisk enhet valdes som en representativ sekvens för den operativa taxonomiska enheten och tilldelades taxonomi med användning av ribosomdatabasprojektet Classifier (version 2.2) med en minsta konfidensgräns på 80% (Cole et al., 2005).

För 16S rRNA-baserad pyrosquencing utfördes beta-mångfald (UniFrac) -analys på en slumpmässigt vald delmängd av 3990 sekvenser per prov för att korrigera för ojämnt sekvenseringsdjup över prover.

För 16S-rRNA-genbaserad pyrosekvensering, efter den taxonomiska analysen på släktnivå genom ribosombasadaprojekt Klassificerare, valdes sekvenser relaterade till antagande dissimilerande järnreducerande bakterier enligt publicerade recensioner (Lovley et al., 2004; Lovley, 2006; Weber et al., 2006a) på grund av frånvaron av funktionella genmarkörer för dissimilerande järnreducerande mikroorganismer.

Statistisk analys

Detaljer för statistisk analys ges i de kompletterande materialen. SPSS (version 16.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) mjukvara användes för att utföra standardstatistiska tester, inklusive envägs- och tvåvägsanalys av varians, på jordens biogeokemiska och taxonomiska data.

För 16S rRNA-baserad pyrosquencing analyserades skillnader i mikrobiella samhällen mellan olika rRNA-fraktionsprover med användning av den fylogenbaserade, ovägda UniFrac-distansmetriken (Lozupone och Knight, 2007). Genomsnittlig relativ överflödighetsdata för dominerande släktnivå taxonomi i varje behandling för varje jord transformerades [log 2 (x + 1)] och tjänade sedan som input för R PhyloTemp-funktionen för att generera en värmekarta (Campbell et al., 2010) .

För 16S rRNA-genbaserad pyrosekvilling utfördes ett icke-parametriskt multivariat statistiskt test, adonis och kanonisk korrelationsanalys med användning av veganpaket (version 2.0-8) (Oksanen et al., 2013) i R version 3.0.0 (The R Foundation för Statistical Computing, Wien, Österrike).

Anslutningsantal av nukleotidsekvenser

De 16S rRNA-baserade och 16S rRNA-genbaserade pyrosquenceringsläsningarna har deponerats vid GeneBank med anslutningsnumret SRP033091 respektive SRP043656.

Resultat

Järnreduktion i SIP-inkubationer

För NF- och N-jordar bildades Fe (II) i FER- och GOE-behandlingarna, men upptäcktes sällan i CTR-behandlingen (figurerna 1a – c). I närvaro av FER ökade koncentrationen av Fe (II) i N-jorden markant från 75 μmol g −1 på dag 0 till 153 μmol g −1 vid dag 4, och ökningen var mycket större än i NF-jorden (ökade med 47 μmol g −1 efter 4 dagar). Efter tillsatsen av GOE observerades en lätt men signifikant ( P <0, 05) ökning i Fe (II) -koncentrationen efter 4 dagar i båda jordar, och omfattningen av denna ökning i N-jorden (med 20 μmol g −1 ) var också mycket högre än i NF-jorden (med 7, 6 μmol g −1 ). Totalt extraherbart Fe i båda jordar som behandlats med FER, GOE och CTR förblev konstant vid cirka 155, 75 och 63 μmol g −1 under hela inkubationen (figur 1d – f).

Tidsförlopp för järn ( a - c ), totalt extraherbart järn ( d - f ) och acetat ( g - i ) under de anoxiska inkuberingarna av icke-befruktat (NF) och N-befruktat (N) jordgubbsuppslamningar i ferrihydriten (FER; vänsterpaneler a, d, g ), goethite (GOE; mittpaneler b, e, h ) och kontroll (ingen järnoxyhydroxid ändrad, CTR; höger paneler c, f, i ) behandlingar. Pilarna i g- i indikerar att 13 C-acetat fylldes på jordmikrokosmos efter dag 1.5 och 3. Felfelarna representerar standardavvikelserna för tre replikationer.

Bild i full storlek

Acetatomsättning i SIP-inkubationer

Under de första 1, 5 dagarna var acetatförbrukningen i FER-behandlingen (4, 1–6, 1 μmol g −1 ) betydligt större än vid GOE (3, 6–4, 3 μmol g −1 ) och CTR (2, 5–2, 7 μmol g −1 ) i båda jordar (figur 1g – i). På grund av nästan fullständig nedbrytning av acetatet i båda jordar som behandlats med FER (cirka 77–97% nedbruten) inom 1, 5 dagar, fylldes 13 C-acetat till mikrokosmos efter 1, 5 och 3 dagars inkubation. Totalt var acetatförbrukningen i N-jorden behandlad med Fe (III) oxyhydroxider (det vill säga FER och GOE) 8, 0–12 μmol g −1 efter 4-dagars inkubation, vilket tydligen var större än i NF-jorden (6, 8– 7, 9 μmol g −1 ). Andra flyktiga fettsyror (till exempel propionat eller butyrat) observerades inte under inkubationen.

Den totala produktionen av CH4 efter 4 dagar dämpades till stor del med upp till 35% genom tillsats av FER (31–35%), men inte mycket av GOE (5, 5–12%) i båda jordarna (figur 2a). Vidare var koncentrationen av huvudytans CH4 betydligt lägre vid alla behandlingar i N (3, 0–4, 7 μmol g −1 ) än NF-jordar (4, 3–6, 2 μmol g −1 ). Headspace CO 2 -ansamling i båda jordarna inhiberades också signifikant av FER (20–25%) och GOE (6, 2–8, 2%; figur 2b); Medan CO 2 -koncentrationen i huvudområdet vid alla behandlingar i N-jorden var mycket högre än i NF-jorden efter 4 dagar.

Förändringar av gasformiga biogeokemiska parametrar i icke-befruktade (vita stänger; NF) och N-befruktade (svarta stänger; N) rovjordjorduppslamningar behandlade med ferrihydrit (FER), goethite (GOE) och kontroll (CTR) efter 4-dagars inkubation . ( a - f ) Koncentrationerna av CH4 ( a ) och CO 2 ( b ), 13 C atomprocent av CH4 ( c ) och CO 2 ( d ), koncentrationerna av 13 CH4 ( e ) och 13 CO 2 ( f ) i slutet av 4-dagars inkubation. De olika stora bokstäverna över den horisontella linjen anger betydande skillnader mellan FER-, GOE- och CTR-behandlingar vid P <0, 05 oavsett befruktningsförfaranden. Felstegen representerar standardavvikelserna för tre replikationer.

Bild i full storlek

För att spåra ödet för 13 C-acetat övervakades 13 C-atomprocentandelen av huvudutrymmet CH4 och CO2 under hela inkubationen. Efter 4 dagar var ökningen i 13C-atomprocentandel av CH4 och CO 2 i närvaro av Fe (III) oxyhydroxider något men signifikant ( P <0, 05) större än i CTR-behandlingen i båda jordar, respektive ( Fig. 2c och d). Vidare avslöjade 13 ° C-procentandelen CH4 i närvaro av Fe (III) oxyhydroxider (ungefär 80%) ingen signifikant skillnad mellan NF- och N-jordar; däremot var 13 C-atomprocentandelen CO 2 i N-jorden behandlad med Fe (III) oxyhydroxider (upp till 24%) signifikant högre än i NF-jorden (upp till 18%). Sammantaget undertrycktes båda huvudområdet 13 CH4 och 13 CO 2 -koncentrationer till stor del i närvaro av FER, men inte mycket av GOE i båda jordar (figur 2e och f). Jämfört med NF-jorden detekterades dessutom lägre huvudutrymme 13 CH4-koncentration och högre huvudutrymme 13 CO 2 -koncentration i N-jorden vid alla behandlingar. Dessa överensstämde med mönstren erhållna för total CH4 respektive CO 2 .

Balansmassan för tillsatt 13 C-acetat och gasprodukter visade att 60 μmol 13 C från tillsatt acetat (2 × 30 μmol 13 C-acetat) omvandlades till 16–22 μmol 13 CH4 plus 13 CO 2 i gas- och vätskefaserna i alla behandlingar i båda jordar (tabell 2). Återhämtningen på 13 C i alla behandlingar i båda markerna var endast 27–36%.

Full storlek bord

SIP av bakteriell och archaeal 16S rRNA

rRNA-baserad SIP-teknik applicerades i alla behandlingar i båda jordar för att spåra mikroorganismer med förmåga att införliva 13C-acetat (definierat som märkta behandlingar) efter 4-dagars inkubation. Införlivandet av 13 ° C i rRNA bekräftades genom parallell inkubering av mikrokosmos med 12C-omärkt acetat som substrat (definierat som omärkta behandlingar).

För båda markerna visade gradienterna i alla ommärkta behandlingar efter 4 dagar tydligt toppar av bakteriellt och archaeal rRNA i en "lätt" RNA-fraktion (BD på 1, 782 g ml −1 ; figur 3 och kompletterande figur 1). Däremot hade huvuddelen av bakteriell rRNA i alla märkta behandlingar tydligen förskjutits mot "tyngre" BD: er och nu bandat mellan 1, 791 och 1, 806 g ml −1 . Mängderna av bakteriellt rRNA var avsevärt högre i de "tunga" RNA-fraktionerna från de märkta behandlingarna än de från motsvarande omärkta behandlingar. Detta antyder att de riktade bakteriepopulationerna framgångsrikt märktes under mikrokosmosinkubationer med 13C-acetat. Emellertid detekterades inte en anrikning av archaeal rRNA i de "tunga" fraktionerna i alla märkta behandlingar (kompletterande figur 1).

Kvantitativ fördelning av densitetsupplösta bakteriella 16S rRNA erhållna från icke-befruktat (NF; a - c ) och N-befruktat (N; d - f ) jorduppslamningar behandlade med ferrihydrit (FER; a och d ), goetit (GOE; b) och e ) och kontroll (CTR; c och f ) efter 4-dagars anoxisk inkubation med antingen märkt ( 13 ° C) eller omärkt ( 12 ° C) acetat som substrat. Bakteriell mallfördelning inom rRNA-gradientfraktioner kvantifierades med realtids reverstranskription PCR. De normaliserade uppgifterna är förhållandet mellan kopienumret i varje gradientfraktion och de maximala kvantiteterna från varje behandling. RRNA-fraktionerna som utsattes för pyrosekvensanalys är markerade med pilar.

Bild i full storlek

Bakteriell och archaeal samhällsdynamik i täthetsgradientfraktioner av rRNA

För båda markerna visade parvisa jämförelser av bakteriell rRNA i de "tunga" fraktionerna mellan de märkta och omärkta behandlingarna distinkt samhällssammansättning (kompletterande figurer 2-4), vilket ytterligare antyder märkningen av riktade bakteriepopulationer under mikrokosmosinkubationer. Vid alla märkta behandlingar skilde sig de bakteriella T-RFLP-fingeravtrycksmönstren i de "tunga" fraktionerna i NF-jorden mycket från de i N-jorden (kompletterande figurer 2-4a och c). I båda markerna ökade emellertid ett terminalbegränsningsfragment på 159 bp i de "tunga" fraktionerna avsevärt i relativ överflöd efter tillsatsen av Fe (III) oxyhydroxider (kompletterande figurerna 2-3a och c). I den högsta densitetsfraktionen (BD: er av 1, 811 respektive 1, 816 g ml −1 för NF respektive N-jord), blev detta terminala restriktionsfragment dominerande i närvaro av Fe (III) oxyhydroxider i båda jordar och dess relativa mängd i N mark (24–46%) var mycket högre än i NF-jorden (11–22%).

För de archaeala T-RFLP-fingeravtrycksmönstren var ett terminalbegränsningsfragment på 187 bp uteslutande dominerande under hela densitetsfraktionerna i både märkta och omärkta behandlingar (kompletterande figurer 5-7), och ingen signifikant skillnad hittades i dess relativa överflöd mellan de märkta och omärkta behandlingar, vilket antyder att archaealpopulationer inte märktes under mikrokosmosinkuberingar.

Filogenetisk identifiering av mikroorganismer som assimilerar 13 C-acetat

Baserat på mönstren för kvantitativ fördelning och T-RFLP-fingeravtryck valdes de "tunga" rRNA-fraktionerna med BD: er på 1.791-11.801 g ml −1 (fraktioner 5, 6 och 7) i både märkta och omärkta behandlingar för båda jordar. till 16S rRNA-baserad pyrosquencing för att identifiera de aktiva mikrobiella gemenskaperna som representeras i dessa rRNA-fraktioner. Översikten över pyrosquenceringsresultat av 36 rRNA-fraktionsprover (tre märkta / ommärkta behandlingar × tre rRNA-fraktioner per behandling × två jordar) visades i kompletterande tabell 1.

Vi klusterade dessa prover baserade på de fylogenetiska linjerna som de innehåller via tillämpningen av huvudkoordinatanalys till en matris med obeviktade UniFrac-avstånd. Som visas i figur 4 grupperades tre rRNA-fraktionsprover från samma behandling tillsammans. För båda markerna visade parvisa jämförelser av prover mellan de märkta och omärkta behandlingarna distinkt separering längs huvudkoordinat 1 (PC1) och huvudkoordinat 2 (PC2), vilket ytterligare föreslår märkning av målinriktade mikroorganismer under anoxiska inkubationer. Vid de märkta eller omärkta behandlingarna separerades prover från FER- och GOE-behandlingarna från prover från CTR-behandlingen längs PC1 och PC2. Sammantaget föll alla 36 prover i två separata kluster, prover från N-jorden fullständigt klusterade till höger om proverna från NF-jorden längs PC1, även om varje jord innehåller olika inkubationsbehandlingar (det vill säga FER-, GOE- och CTR-behandlingarna ).

Huvudkoordinatanalys (PCoA) av ovägda UniFrac-avstånd av 16S rRNA-gener från 36 prover (tre märkta / ommärkta behandlingar × tre rRNA-fraktioner per behandling × två jordar). Analysen genomfördes på en slumpmässigt vald delmängd av 3990 sekvenser per prov. Spridningsplottet är av huvudkoordinat 1 (PC1) vs huvudkoordinat 2 (PC2). Procentandelen av variationen i proverna som beskrivs av de planerade PC: erna visas på axlarna. Alla tre rRNA-fraktionerna i varje behandling representeras av en enda färg. Ellipser i hel linje betecknar proverna från de 13 C-märkta behandlingarna för NF (cirklar) och N (trianglar) jord. Ellipser i prickad linje anger proverna från de 12 C-ommärkta behandlingarna för NF- och N-jordar.

Bild i full storlek

Avläsning av högkvalitativ bakterie- och archaeal sekvens tilldelades olika fylogenetiska taxor på släktnivå av respektive ribosombaseprojektklassificerare. För de aktiva bakteriesamhällena valdes de 10 mest dominerande släkten i varje behandling och deras genomsnittliga relativa mängder jämfördes med de i andra behandlingar (kompletterande figur 8). För båda markerna hade sex släkter (som tillhör Proteobacteria och Firmicutes ), inklusive Dechloromonas , Geobacter , Clostridium , Pseudomonas , Solibacillus och Bacillus , signifikant ( P <0, 05) högre mängder i de märkta behandlingarna jämfört med motsvarande omärkta behandlingar, och var således tros vara potentiella acetatassimilerande mikroorganismer. Bland dessa potentiella 13 C- acetatassimilerande populationer stimulerades fem släkter inklusive Geobacter , Dechloromonas , Clostridium , Bacillus och Solibacillus genom FER-tillsats i NF-jorden (figur 5a). De relativa mängderna av Geobacter och Solibacillus spp. i N jorden ökade också signifikant (med 13 respektive 5, 0 gånger) efter tillsatsen av FER (figur 5b), men i större utsträckning jämfört med NF jorden (med 8, 2 respektive 3, 5 gånger). Dessutom har Pseudomonas spp. stimulerades genom FER-tillsats i N-jorden. I närvaro av GOE är det relativa överflödet av Geobacter spp. ökade signifikant (med 4, 7 till 6, 5 gånger) i båda markerna, men i mindre utsträckning jämfört med FER-behandlingen (med 8, 2 till 13 gånger). Dessutom har Clostridium spp. (med 1, 7 gånger) i NF-jorden och Pseudomonas spp. (med 3, 1 gånger) i N-jorden berikades med GOE-ändring.

Proportionella nettoförändringar i relativ mängd av de potentiella 13 C-acetatassimilerande bakteriepopulationerna på släktnivå i NF ( a ) och N ( b ) jord efter tillsats av ferrihydrit (FER) och goetit (GOE). Det relativa överflödet uttrycks som den genomsnittliga procentandelen av målsekvenserna till den totala högkvalitativa bakteriesekvensen hos tre rRNA-fraktionsprover (fraktioner 5, 6 och 7) i varje märkt behandling för varje jord. Y- axeln visar det relativa överflödet av de riktade mikroorganismerna i kontrollbehandlingen (CTR) i varje jord. Den proportionella nettoförändringen beräknas som skillnaden i det relativa överflödet av de riktade mikroorganismerna mellan FER (eller GOE) och CTR-behandlingar i varje jord. Felstegen representerar standardavvikelserna för tre prover av rRNA-fraktion.

Bild i full storlek

För de aktiva archaealsamhällena i de märkta behandlingarna var Methanosarcina det mest dominerande släktet i båda jordar, och ingen signifikant skillnad i det relativa överflödet av detta släkt observerades mellan NF och N jordar inom varje behandling (kompletterande figur 9a). Liknande trender upptäcktes också i omärkta behandlingar för båda jordar (kompletterande figur 9b).

Filogenetisk identifiering av förmodade dissimilerande järnreducerande bakterier i fältprover

Olika förmodade dissimilerande järnreducerande bakteriella samhällsstrukturer i ursprungliga fältprover detekterade med 16S rRNA-genbaserad-pyrosquencing som visade att prover från N-jorden klusterades samman och separerades med den första axeln från de från NF-jorden (kompletterande figur 10). Betydande ( P <0, 05) skillnad observerades mellan NF- och N-jorden när ett icke-parametriskt multivariatstatistiskt test, adonis, utfördes. Figur 6 sammanfattar det relativa överflödet av förmodad dissimilerande järnreducerande bakteriesamhälle i båda jordar på släktnivå. Sex släkter (som tillhör Proteobacteria , Acidobacteria och Firmicutes ), inklusive Geobacter , Geothrix , Desulfobulbus , Clostridium , Anaeromyxobacter och Desulfovibrio detekterades i båda jordar (figur 6). Bland dessa släkter är de relativa mängderna av Geobacter och Geothrix spp . i N-jorden var signifikant högre än i NF-jorden, medan Clostridium spp. hade en signifikant högre mängd i NF jämfört med N-jordarna. Dessutom har Desulfosporosinus och Dechloromonas spp. observerades endast i NF-jorden och Pseudomonas , Desulfitobacterium och Acidiphilium spp. endast i N-jorden.

Genomsnittligt relativt stort antal förmodade dissimilerande järnreducerande bakteriella samhällsstrukturer på släktnivå i NF- och N-jord under fältförhållanden. Överflödet uttrycks som den genomsnittliga procentandelen av målsekvenserna till den totala högkvalitativa bakteriesekvensen av prover från triplikatdiagram i varje befruktningsbehandling.

Bild i full storlek

De möjliga förhållandena mellan förmodad dissimilatorisk järnreducerande bakteriell samhällsstruktur och miljöfaktorer bedömdes med kanonisk korrespondensanalys (kompletterande figur 10). Enligt variationer i inflationsfaktorer med 999 Monte – Carlo-permutationer valdes tre signifikanta faktorer, amorfa Fe (III) -oxider, totalt C och N, i den kanoniska korrelationsanalysbiplot. Den första axeln, som var positivt korrelerad med koncentrationer av amorfa Fe (III) -oxider, totalt N och C, förklarade 33, 9% av den observerade strukturella variationen, medan den andra axeln förklarade 30, 1% av variationen.

Diskussion

I denna studie undersökte vi förskjutningen av acetatmetaboliserande järnreducerare under långvarig N-befruktning i ett 13 C-acetat-baserat SIP-inkubationsförsök. Vidare undersöktes förskjutningen av förmodade dissimilerande järnreducerande medel i ursprungliga fältprover med 16S rRNA-genbaserad pyrosquencing för att undersöka relevansen mellan resultaten erhållna från SIP-inkubationer och de från fältprover. Under SIP-inkuberingar befrämjar långvarig N-befruktning Fe (III) reduktion och förskjuter det acetatassimilerande järnreducerande bakteriesamhället i groddar. Även om FER och GOE valde för distinkta järnreducerande bakteriepopulationer, var Geobacter spp. identifierades som de viktigaste järnreducerande bakterierna och stimulerades kraftigt av långvarig N-befruktning. Dessa SIP-resultat stöds av de som erhållits från de ursprungliga fältproven. Sammantaget visar vi att långvarig N-befruktning främjar minskning av järn (III) och modulerar järnreducerande bakteriesamhället i rovjord.

Effekt av långvarig N-befruktning på järnreduktion

Under SIP-inkubationerna hittades signifikant bildning av Fe (II) i närvaro av FER och GOE, och uppenbarligen förstärktes i den N-befruktade jorden. Detta indikerade att långvarig N-befruktning kunde främja denna mikrobiellt medierade snarare än kemisk process. Vidare beräknades de elektroner som frisattes och använts för tillsatt eller inhemsk Fe (III) (oxyhydridoxidreduktion) från acetatförbrukningen ensam i alla behandlingar för båda jordar efter 4 dagar baserat på teoretisk stökiometri på grund av frånvaron av annan flyktig fetthalt syror (till exempel propionat eller butyrat) under hela inkuberingen (tabell 3). Den totala mängden elektroner som frisattes från acetatet jämfördes med den som användes för att reducera ändrade eller inhemska Fe (III) (oxyhydr) oxider. För båda markerna beräknades det att exceptionellt hög mängd elektroner som flödade in i Fe (III) -reduktion inträffade i FER-behandlingen (74–84%) jämfört med GOE (14–31%) och CTR (4.6–11%) -behandlingar . Dessutom var mängden elektron som överfördes till FER (234 mekv e - ) mycket större i N-jorden än i NF-jorden (142 mekv e - ). Dessa resultat indikerade vidare att långvarig N-befruktning förbättrade Fe (III) -minskningen i paddjord, särskilt FER-reduktion, troligen på grund av förskjutningen av järnreducerande mikrobiell gemenskap.

Full storlek bord

Kvävebefruktning förskjuter acetat-assimilerande järnreducerande bakteriesamhälle

En inneboende begränsning förknippad med SIP-teknik är nödvändigheten av att tillsätta ett 13 C-märkt substrat i relativt stora mängder, vilket således höjer tillgängligheten in situ kraftigt. I vår studie var den tillsatta 13 C-acetatkoncentrationen (3, 3 μmol g −1 torr mark) relevant för de inhemska acetatkoncentrationerna (från 0, 9 till 4, 5 μmol g −1 ) i båda jordar efter förinkubationen, men cirka 10 –50 gånger högre än vanligtvis observerats under fältförhållanden (Yao et al., 1999; Krüger et al., 2005). Detta kan orsaka avvikelse mellan det experimentella och de faktiska fältförhållandena. Vi minimerade detta avvikande genom applicering av mycket känslig RNA-SIP och begränsade isotopsonden till en ganska kort tid (4 dagar). Under dessa förhållanden implicerade den låga utvinningen av oorganisk 13C i närvaro av Fe (III) oxyhydroxider (tabell 2) att en del av 13C som inte återvanns införlivades i rRNA. Detta validerades vidare genom större mängd elektroner överförda till Fe (III) (tabell 3) och specifik 13 C-assimilering i rRNA efter 4-dagars inkubation (figur 3 och kompletterande figur 1–7). Sammantaget är det tydligen viktigt för SIP att uppnå effektiv märkning av rRNA, och därför är ökningen av acetatkoncentrationer en nödvändig kompromiss.

16S rRNA-baserade pyrosquenceringsresultat från SIP-inkubationerna avslöjade att långvarig N-befruktning förändrar strukturerna för acetat-assimilerande järnreducerande bakteriepopulationer i närvaro av Fe (III) oxyhydroxider (det vill säga FER och GOE) i groddjord ( Figur 5). I själva verket har förändringar av markmikrobiella samhällen som inducerats av N-befruktning funnits i många studier, och de kan ha mestadels beroende på förändringar i jordkemiska egenskaper (till exempel pH) efter långvarig N-inmatning (Hallin et al., 2009; Shen et al., 2010; Ramirez et al., 2010). I vår studie kan en möjlig förklaring till detta intressanta resultat vara den betydande förbättringen av jordlabbigt organiskt C, såsom upplöst organiskt kol under långvarig N-befruktning (tabell 1). Detta kan stimulera det järnreducerande bakteriesamhället och därmed främja Fe (III) -minskning, med tanke på att processen för Fe (III) -reduktion kopplad till anoxisk oxidation av organiska föreningar har betraktats som det näst viktigaste elektronfacket i rovjord (Lovley) och Phillips, 1986; Yao et al., 1999). En annan möjlig förklaring kan vara den betydande ökningen av jordammonium (tabell 1) som härrör från ureahydrolys efter långvarig N-befruktning. Det har föreslagits att järnreducerande mikroorganismer förutom organiska föreningar skulle kunna använda ammonium som en alternativ elektrondonator för Fe (III) -reduktion under anoxiska och reducerade förhållanden (Chen et al., 2008; Yang et al., 2012).

Bland de upptäckta aktiva järnreducerande bakteriepopulationerna var Geobacter spp. är av intresse på grund av deras enda respiratoriska (dissimilerande) metabolismtyp (Lovley et al., 2004), och den uppenbara berikningen med FER och GOE-tillsats i båda jordar (figur 5), även om olika former av Fe (III) oxyhydroxid valde för distinkta populationer av järnreducerande bakterier. Mängden elektron som överförs till Fe (III) av dissimilerande järnreducerande mikroorganismer är mycket större än den med fermentativa järnreducerande mikroorganismer (Lovley, 2006). Det antas därför att de spridande mikroorganismerna har en viktigare del i Fe (III) reduktionsprocessen. Medlemmar i Geobacter är en välkänd gren av spridande järnreducerare (Lovley och Phillips, 1988), de har förmågan att oxidera acetat fullständigt till koldioxid med Fe (III) som fungerar som den enda elektronacceptorn och har också hittats i många andra anoxiska miljöer (Weber et al., 2006a). Spännande, i närvaro av FER och GOE, hade denna population en uppenbarligen högre relativ mängd i N (16–31% av den totala bakterieklassificerade sekvensen) än NF-jordarna (6, 6–11%). Detta kan förklara varför mängden elektron som överförts till FER och GOE i N-jorden var mycket mer än i NF-jorden (tabell 3).

Det är också anmärkningsvärt att Dechloromonas spp. upptäcktes som de vanligaste järnreducerande redo- visningarna för upp till 14% av de aktiva bakteriesamhällena bland de FER-reducerande bakterierna i NF-jorden (figur 5a). Ocultured Dechloromonas spp. observerades också i anaeroba anrikningskulturer med sötvattensediment under förhållanden med Fe (III) reduktion och nitratberoende Fe (II) oxidation, men det fanns hittills inga direkta bevis för deras inblandning i Fe (III) reduktion (Weber et al.)., 2006b). I denna studie, eftersom reducerande förhållanden rådde under inkubationen, och inga andra elektronacceptorer fanns tillgängliga, antas det att dessa nya, som ännu inte odlade, Dechloromonas spp. kan vara involverad i FER-minskning. Det är emellertid inte klart varför stimuleringen av Dechloromonas spp. inträffade endast i NF-jorden behandlad med FER och behöver ytterligare undersökningar.

Våra SIP-resultat föreslog att den metaboliska mångfalden för Fe (III) -reduktion kan vara mycket mer komplicerad än tidigare uppskattat. Till exempel Pseudomonas , Clostridium och Bacillus spp. har alltid rapporterats minska Fe (III) via fermentativa metabolism (Ottow och Glathe, 1971; Jones et al., 1984; Lin et al., 2007). Fe (III) -reduktion är bara en mindre väg för elektronförvaring av dessa fermentativa mikroorganismer, och de kunde inte få någon energi från denna reduktionsprocess för tillväxt (Lovley, 2006). Ändå kan de potentiellt minska Fe (III) genom andningsmetabolism (Balashova och Zavarzin, 1980; Pollock et al., 2007; Li et al., 2011). Intressant, även om det hittills inte fanns någon rapport om den järnreducerande förmågan hos Solibacillus spp., Observerades de i anoxiska anrikningskulturer innehållande acetat (icke-fermentativt underlag) med en jordning när FER var närvarande som den enda elektronacceptorn, vilket indikerar en möjlig spridande järnreducerande förmåga hos denna population (Yi et al., 2012).

Kvävebefruktning förskjuter förmodande dissimilerande järnreducerande bakteriesamhälle under fälttillstånd

Långvarig N-befruktning förändrar också förmodande dissimilatoriskt järnreducerande bakteriesamhälle i fältproven (figur 6 och kompletterande figur 10), vilket stödjer SIP-resultaten som diskuterats ovan. Samhället i N-jorden påverkades positivt av innehållet i amorf Fe (III) -oxid, total C och N. Den högre nivån av amorf Fe (III) -oxid, total C och N i N-jorden jämfört med NF-jorden gynnar järnreducerande bakterietillväxt på grund av högre tillgänglighet av substrat och näringsämnen, och därmed leder till en förskjutning av antagande dissimilerande järnreducerande bakteriesamhälle under fältförhållanden.

De förmodade dissimilerande järnreducerande bakteriepopulationerna (tillhörande Proteobacteria , Acidobacteria och Firmicutes ) som upptäcktes i fältproven skilde sig delvis från de som hittades i SIP-inkubationerna (tillhörande Proteobacteria och Firmicutes ; figurerna 5 och 6). Detta berodde troligen på de komplexa formerna av inhemska Fe (III) (oxyhydr) -oxider, relativt låg tillgänglighet av organiskt substrat såsom acetat och redoxfluktuationer under fältförhållanden. Bland de förmodade järnreducerande bakteriepopulationerna upptäcktes Geobacter spp. var den vanligaste befolkningen i båda jordar, vilket ytterligare indikerade deras viktiga roll i minskande Fe (III) -minskning i groddar. Dessutom var de relativa mängderna (1, 5–2, 0% av de bakterieklassificerade sekvenserna) av detta släkte i båda jordar under fältförhållanden ungefär ekvivalenta med de (1, 4–2, 4%) som upptäcktes i CTR-behandlingen (med 13 C-acetat-tillsats enbart) för båda jordar efter SIP-inkubationerna, vilket tyder på att även om 13 C-acetatet tillsattes på en relativt hög nivå under SIP-inkubationerna, såsom diskuterats ovan, kan den temporära förändringen av SIP-märkta mikrobiella samhällen tillåta viss extrapolering till de faktiska fältförhållandena ( Schwarz et al., 2007). Som med SIP-resultaten, Geobacter spp. stimulerades också signifikant av långvarig N-befruktning. Detta bevis, tillsammans med förskjutningen av förmodad dissimilerande järnreducerande bakteriesamhälle under fältförhållanden inducerad av långvarig N-befruktning som diskuterats ovan, bekräftar att SIP-resultaten tillåter viss extrapolering till de faktiska fältförhållandena i vår studie.

Slutsats

Sammanfattningsvis avslöjade våra resultat för första gången att långvarig N-befruktning främjar reduktion av Fe (III) och förskjuter det acetat-assimilerande järnreducerande bakteriesamhället i groddjord med rRNA-SIP kombinerat med pyrosekventeringstekniker i ett inkubationsexperiment. Även om olika former av Fe (III) -oxyhydroxid valde för distinkt spridande järnreducerande bakteriepopulationer, var den välkända Geobacter spp. identifierades som aktiva järnreducerande bakterier i närvaro av FER och GOE och stimulerades kraftigt av långvarig N-befruktning. Förutom Geobacter spp., Kan några av Proteobacteria - och Firmicutes- relaterade bakterier hittills inte kända som dissimilerande järnreduceringsmedel också vara involverade i FER- eller GOE-reduktion i olika jordar. Dessa SIP-resultat från mikrokosmosinkubationer tillåter viss extrapolering till de faktiska fältförhållandena. Resultaten av denna studie antyder vikten av långvarig N-befruktning på järncykling i rovjord, vilket belyser de komplexa biogeokemiska växelverkningarna mellan elementtransformationer än tidigare uppskattat. Mekanismen för förskjutning av järnreducerande bakteriesamhälle som induceras av långvarig N-befruktning behöver ytterligare belysning.

anslutningar

GenBank / EMBL / DDBJ

  • SRP033091
  • SRP043656

Kompletterande information

Word-dokument

  1. 1.

    Kompletterande information

    Kompletterande information åtföljer detta dokument på ISME Journal: s webbplats (//www.nature.com/ismej)