科研动态

中丹合作研究发现水体沉积物中电缆细菌介导的生物地球化学循环新机制

来源: 时间:2021-01-26

  近日,广东省科学院微生物研究所联合中山大学环境科学与工程学院、丹麦奥胡斯大学电微生物中心开展的电活性微生物驱动水体沉积物元素循环机制研究取得一项新发现,即电缆细菌介导上覆水溶氧波动影响沉积物生物地球化学循环的电动氧气扩散机制(Electric Oxygen Extension,EOE)。相关研究成果以“Cable bacteria extend the impacts of elevated dissolved oxygen into anoxic sediments”为题,于1月21日在《国际微生物生态学会杂志》 (The ISME Journal)上在线发表 (DOI: 10.1038/s41396-020-00869-8)。

  研究表明,海洋、河流、湖泊等水体中的溶解氧浓度波动能够显著影响沉积物厌氧层的元素生物地球化学循环过程。这与氧气在沉积物中的低渗透性相矛盾,传统的分子扩散理论也难以完全解释上述现象。电缆细菌(Cable bacteria)是近几年在水体沉积物中广泛发现的长线状电活性微生物,其数厘米长度的导电菌丝能够跨越沉积物的有氧和厌氧层,驱动氧气还原耦合硫酸盐氧化的产电硫氧化过程。通过长期实验室模拟、结合高通量测序等手段,该团队发现上覆水溶氧浓度升高能够显著提高沉积物中电缆细菌的丰度和产电硫氧化活性,造成厌氧沉积物pH值显著下降、硫酸根离子累积等理化因子的显著变化;进而影响沉积物中微生物群落组成结构和种间互作模式变化。伴随电缆细菌增殖,大量功能菌群(硫代谢、有机质降解、电活性微生物等)丰度明显上升并与电缆细菌形成紧密的互利共生网络,影响沉积物中碳、硫等关键元素循环过程。尤其是以硫酸盐为电子受体的硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing-bacteria,SRB)丰度显著上升,其硫酸盐呼吸耦合复杂有机质降解活性有效促进了沉积物中多环芳烃(PAHs)等复杂污染物的原位降解转化。

  该研究成果为水体沉积物中元素循环研究找到了新机理,并为受污染沉积物的原位修复提供了新思路。

  该研究得到了国家自然科学基金重大研究计划水圈微生物驱动地球元素循环的机制重点项目、广东省重点研发专项、广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金项目等的资助。


    (省科学院微生物所 刘飞/供稿)

附件下载: