水稻根表铁膜通过15N标记DNA-SIP与宏基因组学调控生物固氮的机制研究

针对水稻根际铁循环与生物固氮(BNF)协同机制不明的科学问题，研究人员通过水培实验结合乙炔还原法、15N标记DNA-SIP和宏基因组学技术，揭示铁膜(IP)通过昼夜Fe(III)/Fe(II)氧化还原节律显著提升nifH基因丰度(1.15×108-1011 copies/g·dw)和固氮酶活性[566 μmol C2H4/(L·h)]，促进固氮菌(Azotobacter等)富集及胞外电子传递，为稻田可持续氮素管理提供新见解。

　　

这项突破性研究解密了水稻根表铁膜(IP)如何化身"生物固氮加速器"。当铁膜在根际形成昼夜跳动的Fe(III)/Fe(II)氧化还原节律时，仿佛按下固氮魔法开关——nifH基因拷贝数飙升至1.15×10¹¹ copies/g·dw，固氮酶活性最高跃升566 μmol C₂H₄/(L·h)，使得水稻茎叶中¹⁵N丰度暴涨36.4%。宏基因组拼图技术捕捉到Azotobacter等固氮菌的"基因特技"：它们同时携带固氮工具箱和胞外电子传递(EET)装置，像微型发电站般将铁还原与氮气固定完美耦合。当破坏铁膜结构或打乱氧化还原节律时，整个固氮系统立即"宕机"，印证了铁膜是调控稻田氮循环的黄金钥匙。