硫酸盐还原细菌和热泉古菌的生物标志物及其单体碳和氢同位素研究

Microbials such as sulfate reducing bacteria (SRB), purple sulfur bacteria and archaea are an important component of lake and hot spring ecosystems. They played a key role in organic matter decomposition and biogeochemistry cycles. This proposal aims to study biomarkers and their compound-specific carbon and hydrogen isotopes in sulfate reducing bacteria, purple sulfur bacteria and archaea in the lakes and hot springs. We plan to make a comprehensive investigation of SRB and purple sulfur bacteria in meromictic lakes and demonstrate their metabolism pathways, isotope fractionation and characteristic biomarkers through the combination of DNA analyses and compound-specific isotope study. Another target is the microbials bats in hot springs in Tengchong and the Tibetan Plateau, and in cold springs in Xinjiang, which cover a wide range in temperatures and pH. The same strategy will be applied to autotrophic and heterotrophic baterias. For archaea living in hot springs we plan to conduct GDGTs cleavage and investigate the compound-specific carbon isotopes of their core part, biphytanes, in order to understand the mechanism of carbon fixation and their metabolism in response to temperature and pH changes. Such study would be essential to understanding the origin of early life and evolution of microbials.

以硫酸盐还原细菌和古菌为代表的微生物在湖泊和温泉等生态系统中分解有机质和生物地球化学循环方面起到了关键作用。本项目拟通过对半混合型湖泊的硫酸盐还原细菌（SRB）和紫硫细菌的DNA、生物标志物及其单体碳、氢同位素分析，阐明其代谢机制、同位素分馏和沉积物中的特征生物标志物，确认能够指示SRB和紫硫细菌，或者化学跃层/永滞层的特征生物标志物。通过对腾冲、西藏涵盖不同温度、pH范围的热泉菌藻席中自养和异养细菌生物标志物的组成和它们的单体碳、氢同位素研究，可以揭示这些细菌的代谢机制。对GDGTs进行裂解可以得到其核心组成biphytanes来测量单体的碳同位素，讨论古菌的固碳机制。对比以新疆冷泉的细菌和古菌，讨论不同环境如温度、pH等因素对古菌GDGTs组成分布的控制因素。深入研究这些硫酸盐还原细菌（和紫硫细菌），以及古菌，对于了解早期生物的起源和进化有着重要意义。

以硫酸盐还原细菌和古菌为代表的微生物在近海海域、湖泊和温泉等生态系统中有机质矿化相关的碳循环和生物地球化学循环方面起到了关键作用。本项目对半混合型分层湖泊、港湾、热泉水体中的硫酸盐还原细菌和古菌和环境因素之间的关系进行了综合研究，着重探讨了溶解氧对这些微生物群落和生物标志物参数之间的关系。..我们对挪威的半混合型分层湖泊Indrepollen水体中古菌生物标志物isoGDGTs和brGDGTs进行了定量的研究，发现90%以上的isoGDGTs都是在溶解氧跃层的底部产生的。溶解氧含量，而不是温度，在缺氧水体的GDGT的分布上起到了决定性的作用。湖水中可以原位产生不同比例的brGDGTs。只有在溶解氧跃层中，CBT重建的pH值才接近于原位的pH。这一研究揭示了在低氧的湖泊、港湾和海盆沉积物中TEX86重建的表层水温倾向性地偏低，提出crenarchaeol/caldarchaeol比值可以作为古环境层化程度重建的指标。..我们对硫酸盐还原细菌的研究结果显示，湖泊和沿海海域中Desulfovibrio和Desulfomicrobium属为主要硫酸盐还原细菌；Shewanella和Sulfurospirillum属为SRB硫代谢相关菌，分别通过消耗氧气为提供生态位和移除有害代谢物等方式对SRB的耐氧性做出贡献。我们首次证明了SRB Desulfovibrio spp丰度与水柱中溶解氧（D.O.）在1.84至5.00 mg/L范围内呈强烈负相关（R2 = 0.96）。这是第一次将SRB与D.O.之间的关系进行定量，这为我们了解自然界SRB在不同D.O.环境下的真实生存状态提供了参考，也为未来的共培养或混合培养实验提供了方向。