加拿大魁北克Institut Armand-Frappier國(guó)家科學(xué)研究院研究員Sarah Piché-Choquette和PhilippeConstant 最近在Appl Environ Microbiol發(fā)表了一篇論文，對(duì)氫氣在土壤等微生物生態(tài)系統(tǒng)中的核心地位進(jìn)行了分析，并提出了研究能分解氫氣的細(xì)菌是認(rèn)識(shí)這個(gè)問題的重要角度。
 

有學(xué)者提出，地球早期大氣含有豐富還原性氣體如甲烷和氫氣，含量豐富的氫氣能作為生物體系的直接電子供體。由于氫氣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有原始原料物質(zhì)的特點(diǎn)，且氫氣在脂水溶液中強(qiáng)大擴(kuò)散能力，氫氣失去電子被氧化相對(duì)容易，使氫氣最可能成為是原始生物能量利用的最便捷能量物質(zhì)。大量研究提示，原始生命能利用氫氣提供的電子合成ATP。即使今天的生物圈，仍然有數(shù)千種微生物的氫化酶具有合成和分解利用氫氣的能力，氫化酶微生物分布廣泛，在水域、陸地和生物宿主體內(nèi)都大量存在。雖然氫氣已經(jīng)被認(rèn)為是推動(dòng)全球可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)能源，但是氫氣對(duì)維持和驅(qū)動(dòng)生物化學(xué)循環(huán)中的重要地位并沒有被足夠重視。
 

本文從對(duì)氫化酶的生理作用，分類和分布等特征進(jìn)行綜合分析，對(duì)這些酶的在微生物種群分布和最近實(shí)驗(yàn)研究證據(jù)進(jìn)行整合發(fā)現(xiàn)，土壤微生態(tài)中，氫氣氧化分解微生物是驅(qū)動(dòng)沿著氧氣濃度梯度碳循環(huán)的關(guān)鍵物種。作者建議應(yīng)該通過群體水平和個(gè)體水平方法，聚焦氫氧化分解微生物對(duì)氫氣在碳循環(huán)的影響和氫氧化微生物本身碳循環(huán)開展深入研究，獲得培養(yǎng)和非培養(yǎng)條件下氫氣在微生物生態(tài)循環(huán)過程中的核心作用細(xì)節(jié)。這些研究將對(duì)于理解微生物生化代謝過程，開發(fā)、利用和保護(hù)微生物多樣性，都可能具有十分重要的意義。
 

這個(gè)文章的作者曾經(jīng)在2017年發(fā)表過研究論文，提出根瘤菌中高濃度氫氣是影響土壤內(nèi)菌群的重要基礎(chǔ)，是固氮菌改良土壤的重要原因。如果氫氣對(duì)土壤菌群的改良是如此重要和關(guān)鍵，只需要給土壤通入一定濃度的氫氣或者用氫水進(jìn)行澆灌，就可以實(shí)現(xiàn)改良微生物的目的，氫肥的作用價(jià)值可見一斑。對(duì)動(dòng)物和人體來(lái)說(shuō)，氫水漱口、飲用氫水或坐浴和洗澡都有可能改變局部的菌群種類，這種改變可能是氫氣產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)的重要基礎(chǔ)。氫氣改良土壤基于菌群，氫氣保護(hù)健康可能也是優(yōu)化菌群。
 

KhdhiriM, Piché-Choquette S, Tremblay J, Tringe SG, Constant P. 2017. The tale of aneglected energy source: elevated hydrogen exposure affects both microbialdiversity and function in soil. Appl Environ Microbiol 83:e00275-17

Piché-ChoquetteS1, Constant P2. Molecular hydrogen, a neglected key driver of soilbiogeochemical processes. Appl Environ Microbiol. 2019 Jan 18. pii:AEM.02418-18.