海洋氨氧化古菌连接海洋氮循环与气候变化背景下的氧化亚氮排放

氧化亚氮（N₂O）是一种强效且长寿命的温室气体，其大气寿命约为116年，全球增温潜势约为二氧化碳的270倍。海洋是大气N₂O的重要自然来源，已有研究表明，全球海洋中超过80%的N₂O与氨氧化过程有关，而这一过程在许多海洋环境中主要由氨氧化古菌（ammonia-oxidizing archaea，AOA）驱动。因此，解析AOA介导N₂O产生的代谢机制及其环境响应，对于认识海洋氮循环及未来N₂O排放变化具有重要意义。论文对这些背景数据和AOA在海洋氨氧化中的作用进行了系统梳理。

中山大学郭怡晖、马啸、谢伟等联合澳门大学林子雅、海南大学高树基和南方科技大学张传伦，系统综述了海洋浮游AOA介导N₂O产生的研究进展。文章从海洋N₂O的分布及主要生物地球化学来源出发，重点总结了AOA产生N₂O的潜在代谢途径和关键中间产物，并综合分析了溶解氧、温度、底物供给、盐度、光照、有机碳和pH等环境因素对AOA氮代谢及N₂O产生的调控作用。与氨氧化细菌相比，AOA产生N₂O的具体代谢机制仍未完全解析。现有研究提出，羟胺（NH₂OH）、硝酰（HNO）和一氧化氮（NO）等可能作为重要中间体参与N₂O形成，同时还可能存在由不同含氮底物共同参与的杂合体形成过程。近年来，同位素示踪和酶学研究不断为这些潜在途径提供新的证据，但AOA中完整的N₂O生成路径及其关键酶系仍存在较大不确定性。论文对此明确指出，目前许多机制仍主要来源于培养或受控孵育研究，需要进一步开展生化功能验证和原位研究。

文章进一步指出，海洋环境变化可能对AOA源N₂O产生形成复杂调控。溶解氧、温度、底物浓度以及pH等环境因子不仅能够直接影响AOA的生理代谢，还可能通过相互作用改变其代谢流分配及N₂O生成途径。例如，低氧条件可能促进NO和NH₂OH等中间产物积累；海洋升温还可通过降低氧气溶解度与脱氧过程形成耦合；海洋酸化虽然可能降低硝化速率，但并不意味着N₂O产生同步下降。

未来海洋将同时面临升温、酸化、脱氧和活性氮输入变化等多重环境压力，不同环境因子之间可能产生协同或拮抗效应。作者指出，未来需要从单一环境因子研究进一步转向多因子耦合研究，并结合双同位素示踪、原位孵育、宏基因组、宏转录组、蛋白质组和关键酶功能验证等方法，进一步解析AOA源N₂O的代谢机制及其环境响应。相关研究将有助于提高对未来海洋N₂O排放变化的认识，并为改进海洋氮循环及气候模型中的相关过程参数化提供科学基础。

论文：

郭怡晖, 林子雅, 马啸, 高树基, 张传伦, 谢伟. 2026. 隐藏的“温室效应推手”：海洋浮游氨氧化古菌源N₂O的产生机制及气候效应. 中国科学: 地球科学, 56(8): 2879–2895