近年来，东北地区已成为我国稻谷生产的重要基地，其产量占全国总量高达16%。据国家统计局公布的数据，2013年东北地区水稻种植面积6827万亩，与1949年相比，增幅高达16倍。同时，为满足作物生长需要，2013年我国化学氮肥用量高达2394万吨，大量的铵态氮肥进入土壤后，必须通过一系列的微生物过程，包括氨氧化细菌、古菌和亚硝化细菌，将氮肥转化为亚硝酸盐和硝酸盐，最终完成氮素循环。但长期以来，由于亚硝酸盐转化速度极快，微生物发生信号极难捕获，几乎所有的硝化研究都忽略了亚硝化细菌的存在，迄今尚未有报道全面描述土壤硝化过程的活性微生物全景图。
最近，针对黑龙江省五常市黑土垦殖而成的典型水稻土，南京土壤研究所贾仲君课题组开发了一种几乎无偏差的特定微生物生理生态分析策略，结合稳定性同位素13C示踪水稻土中微生物核酸DNA，利用新一代高通量测序技术，在整体微生物群落水平全面破译了尿素氮肥转化的活性微生物，勾画出了目前认知水平下的所有硝化微生物全景图。研究结果表明：尿素氮肥转化过程中，亚硝化细菌的作用高达62.3%，而传统的氨氧化细菌和古菌的贡献为37.7%，进一步的系统发育分类表明：5种生理特征具有明显差异的微生物参与了稻田黑土硝化过程，这些微生物的相对贡献大小依次为：亚硝化杆菌（51.0%）、土壤中性古菌1.1b（18.4%）、土壤氨氧化螺菌（18.0%）、亚硝化螺菌（11.3%）、土壤酸性古菌1.1a（1.28%）。这些结果说明：（1）基因型相距甚远的功能微生物群落不同程度地参与土壤硝化作用；（2）pH=5.99的中性水稻土中，发现了与嗜酸古菌高度相似的微生物，尽管其对硝化过程的贡献率仅为1.28%，但说明相同基因型的硝化微生物在不同的环境选择压力下可能发生生理代谢的分异。
该研究具有重要的农业实践和理论意义，以往很少被关注的亚硝化细菌，可能是土壤硝化过程中最重要的微生物调控者，研究成果为发展氮肥高效利用新技术提供了新的微生物靶标；也为进一步在细胞水平深入研究硝化微生物生理多样性的形成与群落演化全景图提供了重要参考。
该项研究得到了国家基金委重大项目课题和中国科学院战略性先导科技专项（B类）的资助，已在美国微生物学会旗下刊物Applied and Environmental Microbiology 在线发表。
论文链接：http://aem.asm.org/content/early/2015/02/23/AEM.00426-15.abstract
