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为探究河口海域 N?O 还原细菌分布与功能，研究人员以珠江口（PRE）为对象，分析 NosZ-I/II 型细菌的时空特征及与 N?O 还原的关联。发现 NosZ-II 基因丰度显著更高，且两类细菌协同促进 N?O 还原，为河口碳氮循环研究提供新视角。
氧化亚氮（N?O）作为全球第三大温室气体，其百年尺度的全球变暖潜势是二氧化碳的 310 倍，且在大气中可停留 114-120 年。尽管大气浓度低于二氧化碳和甲烷，N?O 对全球温室效应的贡献已达 7%，并以每年 0.25% 的速率持续上升。目前，微生物驱动的 N?O 生物地球化学循环是研究热点，而唯一已知的 N?O 生物汇途径 —— 由 N?O 还原细菌催化的 N?O 还原为 N?的过程，在河口等关键生态系统中的认知仍极为有限。河口作为陆海交互带，贡献了全球海洋 33% 的 N?O 排放，珠江口（PRE）作为典型亚热带河口，受人类活动和氮输入影响显著，其水体中 N?O 还原细菌的分布与功能研究对理解区域碳氮循环至关重要。
为填补这一空白，潍坊学院、广州大学（大湾区环境研究教育部重点实验室）等机构的研究人员针对珠江口海域开展了系统研究。团队聚焦两类 N?O 还原细菌（NosZ-I 和 NosZ-II 型），通过多学科手段解析其时空分布规律、群落特征及潜在功能，相关成果发表于《BMC Microbiology》。
研究采用的关键技术包括：
- 高通量测序：分析 NosZ-I/II 基因的群落组成与多样性；
- 定量 PCR（qPCR）：测定 nirS、nirK（N?O 产生相关基因）及 nosZ-I/II（N?O 还原相关基因）的丰度；
- 理化参数测定：包括盐度、pH、NO??、NO??、NH??等环境因子；
- 溶解 N?O 分析：利用静态顶空气相色谱法测定水体 N?O 浓度及海 - 气通量；
- 共现网络分析：揭示两类细菌的互作关系；
- 统计分析：主成分分析（PCA）、冗余分析（RDA）等评估环境因子与菌群的关联。
研究结果
1. 环境特征与 N?O 分布
珠江口盐度呈现显著空间梯度（夏季表层 0-30，冬季底层 11.8-32），NO??和溶解无机氮（DIN）从上游至下游递减，而 NO??和 NH??无显著空间差异。夏季 N?O 过剩浓度（ΔN?O）和饱和度在中游较高，冬季则整体从上游向下游降低，表明季节和空间差异对 N?O 释放的影响显著。
2. 基因丰度与功能潜力
- NosZ-II 主导还原过程：其基因丰度在夏冬季分别为 NosZ-I 的 2.29-16.41 倍和 1.63-16.68 倍，表明 NosZ-II 型细菌是珠江口水体 N?O 还原的主要执行者。
- nosZ/nir 比值与 N?O 浓度负相关：该比值越高，ΔN?O 浓度越低，且 NosZ-II/nir 比值的相关性更强（R2=0.50），进一步支持 NosZ-II 的关键作用。
- 空间梯度上的还原潜力：从上游到下游，N?O 还原潜力逐渐增强，与 nosZ 基因丰度及群落组成变化一致。
3. 群落结构与驱动因素
- NosZ-I 型菌群：主要由 α- 变形菌纲（Alphaproteobacteria）主导，优势属包括 Halomonas、Pelomonas，其群落组成在夏季受 NO??和 DIN 浓度影响显著。
- NosZ-II 型菌群：以拟杆菌门（Bacteroidetes）为主，涵盖未分类 Cyclobacteriaceae、Algoriphagus 等，冬季群落结构与盐度密切相关。
- 时空差异：上下游菌群组成差异显著，但自由生活与颗粒附着菌群、季节及水层（表层 / 底层）间无显著差异。
4. 菌群互作与协同效应
共现网络分析显示，夏冬季两类细菌间 76.67%-95.45% 的关联为正相关，表明其通过代谢协作（如 “代谢接力”）共同促进 N?O 还原。这种协同作用可能增强生态系统对环境波动的缓冲能力。
结论与意义
本研究首次系统揭示了珠江口海域 NosZ-I/II 型 N?O 还原细菌的时空分布规律与功能差异：NosZ-II 型凭借更高丰度和更强的 N?O 亲和力成为主要还原力量，两类细菌通过协同互作提升整体还原效率。环境因子（如 NO??、盐度）通过塑造菌群组成驱动功能差异，为河口 N?O 生物地球化学循环提供了微生物层面的机制解释。
研究拓展了对河口生态系统 N?O 汇机制的认知，证实非经典 denitrification 途径（如 NosZ-II 型独立还原）的重要性，为全球变化下河口碳氮管理提供了新靶点。未来结合转录组学（RNA/cDNA）解析基因表达动态，可进一步深化对 N?O 还原过程的实时调控机制理解。
