微生物诱导的Fe(III)还原过程深刻影响了地表环境中众多关键生命元素（如 C、N、P 和 Fe）的地球化学循环过程。土壤环境中Fe(III)的还原和土壤有机质(SOM)的转化的紧密耦合。然而，关于微生物在 Fe(III) 生物还原过程中SOM转化的分子机制知之甚少，尤其是针对矿物组合丰富，微生物群落结构多样以及有机质组分复杂的自然土壤而言。

针对上述科学问题，我校地球科学与资源学院和“极端环境生物地球化学循环”求真研究群体博士研究生胡景龙在曾强副教授、董海良教授的指导下，以含C、Fe比例高的东北黑土为典型，选取环境中常见的铁还原菌Geobacter sulfurreducens，探究在外源添加Geobacter sulfurreducens的情况下， Fe(III)的还原以及SOM的转化对其的响应。通过系统研究分析，取得如下创新性认识：

1、在未添加外源菌的条件下，土壤中的Fe(III)只有小部分被还原，且还原速率和程度较低（图1）；同时，SOM的种类和相对含量变化不显著，只有部分生物易降解的脂肪族类和蛋白类被消耗（图2）；

2、死菌残体的加入可以作为原生微生物群落的碳源/能源进而刺激Fe(III)的还原，增强其还原的速率和程度（图1），但SOM的转化与未添加外源菌类似（图2）；

3、活菌细胞的加入可以直接增强Fe(III)还原的速率和程度，且还原速率大于加入死菌残体（图1）。并且由于生物易降解的有机质被外源菌消耗，进而促使土壤中一些难降解的有机质（芳香类）开始被原生微生物群落所降解（图2）；

4、“启动效应”（priming effect）是通过添加外源有机质促作为“启动因子”促进土壤原始有机质矿化速率的过程。前人对于“启动因子”的研究主要聚焦于小分子有机酸这类微生物可利用程度高的简单有机质。本研究发现死菌残体和活菌细胞的加入对SOM的转化都能充当 “启动因子”的作用。不同点在于，死菌残体的加入类似浅层的启动效应，促进Fe (III)还原但SOM的转化并不显著，而活菌细胞的加入更接近深层的启动效应，有机质的转化程度更加剧烈，并且土壤中的微生物群落的多样性也发生了更大改变。

图1 A) 铁的还原程度B) 土壤中有机碳的含量C) 溶液中溶解有机碳的含量随时间变化

图2 高分辨质谱显示溶解有机质组分随时间变化

该研究表明细菌细胞的添加可以深刻影响 Fe(III) 还原和 SOM 转化的耦合过程，也启示我们可以使用微生物细胞作为“启动效应”的底物来刺激 SOM 的转化。

上述研究成果发表于国际权威地学期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上： Jinglong Hu, Qiang Zeng, Hongyu Chen, Hailiang Dong, 2022. Effect of bacterial cell addition on Fe(III) reduction and soil organic matter transformation in a farmland soil. Geochimica et Cosmochimica Acta, 325, 25-38. [IF2020=5.01]

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2022.03.018