EST综述|氨氧化古菌生产氧化亚氮的研究进展

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  Introduction  

由于氧化亚氮(N2O)是一种强效温室气体，它在大气中的持续增加已成为全球关注的问题。考虑到氨氧化古菌(AOA)在氨氧化和N2O产生中的重要作用，明确了解古菌N2O的产生对全球N2O缓解是必要的。与氨氧化细菌(AOB)产生N2O相比，AOA驱动的N2O产生途径研究较少。

在这篇重要的综述中，作者结合酶学差异和目前提出的AOA驱动的N2O产生途径，分析了AOA在N2O产生途径中的作用，讨论了自然环境和人为环境中AOA对N2O产生的相对贡献，总结了影响古生菌N2O产生的因素，并比较了区分氨氧化剂相关N2O产生途径的差异。在此基础上，对古生菌产生N2O的途径、可能涉及的酶和潜在的鉴定方法提出了展望，并对未来面临的挑战进行了展望，以实现有效的N2O减排目标。

  Conclusion  

根据AOA和AOB在生理上的异同，提出了古生菌产生N2O的5种途径(图1)。然而，相关关键酶的生理功能尚不清楚。AMO生成的未确定中间体导致了AOA依赖的N2O生成途径的不确定性。尽管一些实验事实已经被发现支持这种假设的途径，但结论性的证据还没有确定。

在纯培养或富集培养有限AOA的基础上，提出了古菌N2O产生的机制。不同的古生菌可以获得不同的N2O产生途径。N. maritimus和N. vinenensis是在N2O产生途径方面研究最广泛的两种与thaumarchaeota相关的物种。一些土壤和海洋AOA菌株可能通过硝化反硝化途径产生N2O。

由于土壤、海洋等微生物相互作用影响因子的复杂性，AOA对N2O生产的贡献变化很大。AOA是海洋和土壤N2O通量不可忽视的来源。与土壤和海洋系统等自然环境相比，AOA在污水处理系统中产生N2O的作用不太清楚，尽管确实检测到了古细菌N2O。

在各种条件下，AOA丰度的变化不一定伴随着古菌N2O的产生。一般来说，低氨浓度，有限的氧气和适度的高温可以提高AOA依赖的N2O的产量。pH值和生物量类型对古细菌N2O产生的影响还没有定论。

目前仅采用同位素标记、化学抑制剂或分子技术等方法来区分古细菌氧化氮的产生仍然具有挑战性。采用组合方法来量化AOA和AOB的相对贡献要可靠得多，因为它可以消除单一方法的潜在局限性。然而，由于缺乏有关AOA的遗传和生理信息，精确划分N2O产生的不同途径仍有一定难度。

此外还有一篇关于此文章的评论文章，文中提出了几个意见相左的观点。

Lisa Y. Stein等认为目前所有的实验证据都支持AOA对氨氧化途径中间体或副产物形成非生物N2O的低细胞水平贡献。AOA对N2O排放的另一个间接贡献在于其氨氧化活性，为随后的硝化和反硝化生物提供NO和亚硝酸盐作为底物。目前还没有一致的证据表明大部分AOA是直接催化生成N2O的。

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原文链接：https://pubs.acs.org/10.1021/acs.est.0c03948；https://pubs.acs.org/10.1021/acs.est.0c06792