稻田生物固氮作用是稻田氮素循環的關鍵環節，而固氮微生物是驅動稻田生物固氮的引擎，因此，準確識別“活躍”固氮微生物，有利于提升稻田系統生物固氮潛力。

中國科學院南京土壤研究所研究員謝祖彬課題組利用自主研制的氣密植物生長箱，對水稻進行15N2氣體田間原位示蹤。標記結束后，結合穩定同位素核酸探針技術（DNA-SIP）和納米二次離子質譜技術（NanoSIMS），可視化定量化分析超高速離心后不同密度梯度層內微生物DNA的15N豐度，為推導稻田土壤“活躍”固氮微生物提供直接證據。研究表明，與不種水稻土壤處理相比，水稻種植處理顯著提高生物固氮固定的氮素；基于nifH功能基因的高通量測序結果顯示，念珠藻目（Nostocales）和真枝藻目（Stigonematales）固氮微生物的相對豐度在種水稻處理中顯著提高；具有超高靈敏度的NanoSIMS能夠直接觀測納克級土壤DNA樣品的15N豐度。研究人員對不同密度梯度層次nifH基因測序，發現念珠藻目和真枝藻目藍細菌是該稻田土壤生物固氮的主要貢獻者。

研究工作得到中科院地質與地球物理研究所納米離子探針實驗室研究員楊蔚和中科院上海植物逆境生物學研究中心研究員張蘅的支持，并獲得科技部基礎性工作專項、國家自然科學基金、江蘇省科技項目和中科院創新項目的資助