0551-69105010
氮是維持生命活動(dòng)最重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一。氮?dú)馐堑氐呢S富來源，但由于性質(zhì)惰性，不能為生物直接利用。氮的生物地球化學(xué)循環(huán)是將氮轉(zhuǎn)化成生物可利用形式的關(guān)鍵過程。固氮微生物，包括固氮細(xì)菌和固氮古菌，可將惰性的氮?dú)廪D(zhuǎn)化成生物可利用的氨態(tài)氮或硝態(tài)氮。據(jù)估計(jì)，生物可利用氮的半數(shù)由生物固氮過程提供。然而，微生物種類和功能豐富多樣，超過99%的環(huán)境菌目前無法實(shí)現(xiàn)純培養(yǎng)，因而對(duì)環(huán)境中固氮菌功能和活性的認(rèn)識(shí)仍非常不足。環(huán)境微生物的不可純培養(yǎng)性，帶來了方法學(xué)上的挑戰(zhàn)。從單細(xì)胞水平上研究環(huán)境微生物可克服純培養(yǎng)或富集培養(yǎng)的限制，實(shí)現(xiàn)在環(huán)境介質(zhì)下的原位研究。拉曼光譜（包括SERS、常規(guī)和共振拉曼）可在單細(xì)胞水平上對(duì)微生物進(jìn)行無損檢測(cè)，并提供微生物組成的指紋圖譜。拉曼光譜與穩(wěn)定同位素標(biāo)記結(jié)合（Stable isotope probing, SIP），利用微生物同化SIP標(biāo)記底物引起蛋白、脂類、色素的特征拉曼譜峰偏移，已實(shí)現(xiàn)從單細(xì)胞水平上檢測(cè)環(huán)境功能菌。
中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所城市土壤與生物地球化學(xué)研究組（朱永官團(tuán)隊(duì)），在發(fā)展單細(xì)胞拉曼-15N2 SIP技術(shù)用于固氮功能菌的研究上做了開拓性工作。針對(duì)土壤中的固氮菌，首次建立單細(xì)胞共振拉曼與15N2標(biāo)記聯(lián)用技術(shù)，發(fā)掘出15N2相關(guān)的指示固氮菌的特征偏移譜峰，即細(xì)胞色素c共振拉曼峰的偏移。利用此指示峰，實(shí)現(xiàn)在單細(xì)胞水平上檢測(cè)復(fù)雜土壤環(huán)境中的固氮菌，并利用指示峰的偏移程度，在單細(xì)胞水平上，比較了土壤固氮菌的固氮活性。此外，研究組與牛津大學(xué)教授Wei Huang合作，針對(duì)包括固氮菌在內(nèi)的多種氮循環(huán)（N2、NH4、NO3）功能菌，率先發(fā)展表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）-15N SIP聯(lián)用技術(shù)，利用SERS對(duì)微生物中含氮生物分子腺嘌呤的選擇性增強(qiáng)，獲得不同15N標(biāo)記氮源引起的細(xì)菌腺嘌呤譜峰的顯著線性偏移，并利用SERS-15N SIP研究廈門杏林灣水體中細(xì)菌對(duì)15N2、15NH4Cl、15NO3不同氮源的選擇性代謝。上述工作促進(jìn)了對(duì)大量未知環(huán)境菌群的深入認(rèn)識(shí)，尤其是氮循環(huán)功能菌及其活性的深入解析。
相關(guān)研究成果分別以Functional Single-Cell Approach to Probing Nitrogen-Fixing Bacteria in Soil Communities by Resonance Raman Spectroscopy with 15N2 Labeling為題，發(fā)表在Anal. Chem.上；以Surface-enhanced Raman spectroscopy combined with stable isotope probing to monitor nitrogen assimilation at both bulk and single-cell level為題，發(fā)表在Anal. Chem.上。研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等的資助。
城市環(huán)境所在發(fā)展單細(xì)胞拉曼光譜揭示氮循環(huán)功能菌研究中取得進(jìn)展
文章來源：中國(guó)科學(xué)院
文章鏈接：http://www.cas.cn/syky/201808/t20180807_4660380.shtml
文章報(bào)道：林東岳
文章編輯：李樹平
