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中丹合作研究發現水體沉積物中電纜細菌介導的生物地球化學循環新機制
時間:2021-01-26 瀏覽:
       

近日,廣東省科學院微生物研究所聯合中山大學環境科學與工程學院、丹麥奧胡斯大學電微生物中心開展的電活性微生物驅動水體沉積物元素循環機制研究取得一項新發現,即電纜細菌介導上覆水溶氧波動影響沉積物生物地球化學循環的電動氧氣擴散機制(Electric Oxygen Extension,EOE)。相關研究成果以“Cable bacteria extend the impacts of elevated dissolved oxygen into anoxic sediments”為題,于2021121日在《國際微生物生態學會雜志》 (The ISME Journal)上在線發表 (DOI: 10.1038/s41396-020-00869-8)。

研究表明,海洋、河流、湖泊等水體中的溶解氧濃度波動能夠顯著影響沉積物厭氧層的元素生物地球化學循環過程。這與氧氣在沉積物中的低滲透性相矛盾,傳統的分子擴散理論也難以完全解釋上述現象。電纜細菌(Cable bacteria)是近幾年在水體沉積物中廣泛發現的長線狀電活性微生物,其數厘米長度的導電菌絲能夠跨越沉積物的有氧和厭氧層,驅動氧氣還原耦合硫酸鹽氧化的產電硫氧化過程。通過長期實驗室模擬、結合高通量測序等手段,該團隊發現上覆水溶氧濃度升高能夠顯著提高沉積物中電纜細菌的豐度和產電硫氧化活性,造成厭氧沉積物pH值顯著下降、硫酸根離子累積等理化因子的顯著變化;進而影響沉積物中微生物群落組成結構和種間互作模式變化。伴隨電纜細菌增殖,大量功能菌群(硫代謝、有機質降解、電活性微生物等)豐度明顯上升并與電纜細菌形成緊密的互利共生網絡,影響沉積物中碳、硫等關鍵元素循環過程。尤其是以硫酸鹽為電子受體的硫酸鹽還原菌(Sulfate-reducing-bacteria,SRB)豐度顯著上升,其硫酸鹽呼吸耦合復雜有機質降解活性有效促進了沉積物中多環芳烴(PAHs)等復雜污染物的原位降解轉化。

該研究成果為水體沉積物中元素循環研究找到了新機理,并為受污染沉積物的原位修復提供了新思路。

  該研究得到了國家自然科學基金重大研究計劃水圈微生物驅動地球元素循環的機制重點項目、廣東省重點研發專項、廣東省科學院建設國內一流研究機構行動專項資金項目等的資助。

 
 
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