研究簡介：土壤是微生物最適宜的生活環境，具有微生物生長繁殖和生命活動需要的各種條件。水稻土是通過洪水過后沖擊泥土堆積及施氮肥形成的，氨氧化細菌、氨氧化古菌對于硝化作用過程中的主要承擔者，目前對于這方面的研究較少。本研究主要研究氨氧化細菌、氨氧化古菌、亞硝酸鹽氧化細菌對于四種不同類型的水稻土中的硝化作用的貢獻，研究表面在弱氧環境中，氨氧化古菌比氨氧化細菌對于土壤的硝化作用貢獻更大。

丹麥Unisense微電極的應用

1.5L的聚乙烯容器中裝有1.5kg的泥土以及上面覆蓋有2-3cm的水來模擬水稻土的微環境，將該裝置在25度的環境下靜置60天。使用丹麥unisense微電極系統測試水稻土中的氧剖面圖，其中的氧微電極的型號是0X50，微電極的尖端插入到水稻土中，以步徑100微米的距離于測量水稻土中的溶氧濃度，測定水稻土中的溶氧濃度的最深處的距離為5毫米。

實驗結果：研究了氨氧化細菌、氨氧化古菌、亞硝酸鹽氧化細菌等菌屬對于四種水稻土壤中中硝化作用的貢獻，結合微電極技術測試土壤中氧氣濃度，并結合穩定性同位素核酸探針技術研究水稻土中的氨氧化細菌、氨氧化古菌、亞硝酸鹽氧化細菌的在不同的生態系統中土壤中的作用，研究發現氨氧化細菌和氨氧化古菌在這些土壤中的硝化作用是不同的。在弱堿性土壤樣品（四川資陽的水稻土壤樣品），氨氧化古菌起在土壤硝化中起主導作用。而在中性土壤（浙江嘉興水稻土壤樣品）中，氨氧化細菌起主導作用。這篇論文研究的結果表明了基于濕地環境的水稻土土壤有其自身獨特的硝化特征，硝化過程中的氨氧化劑和亞硝化氧化劑之間的關系非常精密，與土壤本身的物理化學性質有關（土壤本身的PH環境以及氧化還原環境）

圖1、A表示的是四種水稻土中的氧濃度的剖面圖，其中藍色方塊代表的是四川資陽、紅色圓圈表示的是江蘇揚州江都區、綠色三角形是廣西雷州、黑色五角星代表的是浙江嘉興。圖B表示的是氨氧化細菌的典型biplot分析，即關于四種水稻土中亞硝酸細菌與其水稻土的理化性質之間的biplot分析。

圖2、使用穩定性同位素核酸探針技術研究不同水稻土中氨氧化細菌與氨氧化古菌的硝化貢獻率。左邊的圖表示的是所取水稻土樣品的地理位置，右邊表示的是穩定性同位素核酸探針（DNA-SIP）技術示意圖，利用標記底物進行合成代謝的微生物細胞，基于DNA半保留復制原理，不斷合成13C-DNA，而不利用標記底物的微生物細胞其DNA全部都是12C-DNA。培養結束后對土壤基因組的總DNA進行提取，通過超高速密度梯度離心將13C-DNA與12C-DNA分離，進一步采用分子生物學技術對13C-DNA進行下游分析，從而達到揭示微生物復雜生態系統重要過程。

表1、四種不同水稻土中的土壤理化性質。四種水稻土分布取自與中國的不同區域，分布來自于四川的資陽（ZY）、廣西的雷州(LZ)、浙江的嘉興(JX)、江蘇江都（JD).結合數據分析可以看出，土壤樣品中除了資陽的水稻土壤偏堿性，其余的樣品偏弱酸性。

總結：本論文還是古菌對于通過穩定同位素13C原位示蹤土壤硝化過程微生物驅動者的核酸DNA和一代高通量測序技術，研究了不同環境下的四種水稻土壤中的氨氧化細菌、氨氧化古菌對于土壤的硝化氧化過程起主導作用的菌屬。研究分析導致土壤氨氧化細菌和古菌功能產生分異的機制，并且關于氨結合了微電極測試系統，應用克拉克型氧微電極測試了水稻土中的氧氣濃度的剖面分析，從而準確的獲取土壤中有氧區和無氧區域，并結合氨氧化細菌和古菌功能上特點分析他們對于土壤硝化過程的貢獻率。從整篇論文的研究過程可以看出，微電極系統對于土壤中微生物硝化過程的研究具有重要的應用前景。