華東師范大學地理科學學院劉敏教授、韓平研究員和史貴濤教授研究團隊綜合同位素地球化學、分子微生物學、宏基因組和比較基因組學等多學科手段，揭示了南極近岸區域陸地系統硝酸鹽的主要來源，解析了微生物驅動的氮循環過程；首次發現了南極極端生境中B型全程硝化菌（Comammox Nitrospira clade B）是主要的硝化過程驅動者，并闡釋了其在低溫和寡營養等極端環境中的生存策略。相關研究成果Unveiling unique microbial nitrogen cycling and nitrification driver in coastal Antarctica于2024年4月12日以全文形式發表于 Nature Communications。
Nature Communications刊發華東師大劉敏教授、韓平研究員和史貴濤教授研究團隊科研成果
南極沿海地區氮循環功能基因定量圖
南極大陸遠離源于人類活動的活性氮輸入，加之低溫、寡營養等極端生境條件，使得該地區中的氮循環微生物具有獨特的群落特征、生態響應和代謝機制。本研究以東南極第二大無冰區拉斯曼丘陵為典型研究區，并對比南維多利亞地區的難言島，對氮素來源和氮循環的固氮、硝化、反硝化等微生物過程進行了定量分析。
劉敏教授和韓平研究員指導團隊研究生（左一為唐修峰博士生）
通過穩定同位素分析，發現南極近岸陸地系統土壤和湖泊沉積物中硝酸鹽氮主要源于微生物硝化過程。結合宏基因組大數據和比較基因組分析，首次發現B型全程硝化菌（Comammox Clade B）是主導的硝化微生物類群；并揭示了其生存策略包括合成海藻糖應對低溫、極高的底物親和力以及替代能源代謝途徑適應寡營養生存環境。此外，進一步通過13C-DNA-SIP技術確定了Comammox的自養硝化活性。
比較基因組分析揭示南極B型comammox能量產生機制和生存策略
此項研究是對南極氮素循環和硝化微生物過程的新認識，在 Nature Communications 同期配發的 News & Comment 中也作為重點成果予以推薦。 該題為 All-inclusive nitrifiers in Antarctic soils 的Comment 評價本研究工作“運用了同位素、理化分析、先進的基因組分析、氮功能基因定量分析和微生態培養實驗等多學科交叉手段，解析了極端、寡營養的南極沿岸地區獨特的微生物氮循環過程，并揭示了先前未被發現的氮循環功能微生物-包括首次發現南極環境中Comammox在硝化過程中起重要作用。”
史貴濤教授團隊成員在南極（左起分別為王丹赫博士、史貴濤教授和李喆博士生）
劉敏教授團隊部分成員（左三：劉敏教授，右二：韓平研究員）
華東師大地理科學學院韓平研究員為本論文第一作者，劉敏教授和史貴濤教授為論文通訊作者，主要參與人為博士研究生唐修峰，論文作者還包括自然資源部第三海洋研究所董西洋教授、華東師大河口海岸研究院侯立軍教授、地理科學學院研究生王丹赫、李喆和趙茜，以及荷蘭Radboud 大學Hanna Koch博士和Sebastian Lücker教授。該研究得到了國家自然科學基金和中央高校建設經費的資助，同時也得到了中國南極考察隊（CHINARE）在南極環境觀測和樣品采集等方面的支持。
相關文獻：
Han P, Tang X, Koch H, Dong X, Hou L, Wang D, Zhao Q, Li Z, Liu M*, Lücker S, Shi G*. Unveiling unique microbial nitrogen cycling and nitrification driver in coastal Antarctica. Nature Communications. 2024, 15(1):3143.https://rdcu.be/dEUTd
Ortiz M. All-inclusive nitrifiers in Antarctic soils. Nature Communications, 2024, 15(1): 3144.https://rdcu.be/dEUS5
附：
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47392-4
來源｜地理科學學院、科技處 編輯｜沈婷鈺 編審｜郭文君
