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甲烷通量在很大程度上控制着海底冷泉区生物地球化学过程及生态系统。缺氧甲烷氧化(AOM)作用是消耗CH4的一种重要途径,主要是由甲烷氧化古菌和硫酸盐还原菌共同调节的,其反应机制及碳循环可以利用生物标志物及其碳同位素比值来表征。这两种微生物所产生的特定生物标志物都具有相对负的δ13C值,且硫酸盐还原菌生物标志物的δ13C值要比古菌的略偏正,说明在AOM过程中,甲烷碳从古菌到细菌的传递。甲烷通量决定海底冷泉区微生物群落结构,通量高时以ANME-2古菌群落为主,而OH-AR和BIPH两个生物标志物指标可以指示古菌群落结构变化。所以,利用生物标志物及其δ13C值不仅能够证明AOM作用的存在和反应机制,还可以对冷泉区(尤其是古冷泉区)环境及微生物群落结构进行分析和重建。 相似文献
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深海热液喷口生物群落的研究进展 总被引：11，自引：0，他引：11
深海热液喷口生物群落并不依赖光合作用获取能量,它们是一类独特的生物类型,其食物链的基础是化学合成细菌,这些细菌依靠喷口热液中的还原无机物氧化．利用CO。合成有机碳,它们共生于大个体动物的软组织或绍中,向寄主提供生存必需的有机碳。地质时期古热液喷口生物群落的研究还表明,该类生物群落在古生代（可能更早）即已出现。此外,现代热液喷口与古热液喷口生物群落的比较研究,在探索该生物群落乃至早期生命的起源、演化方面也取得了可喜进展。 相似文献
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《海洋地质与第四纪地质》2021,41(5)
海洋环境中微生物驱动的甲烷好氧氧化作用是甲烷迁移转化过程的关键环节之一,在降解甲烷方面的贡献不容忽视,能够有效降低甲烷大气通量、影响海洋碳循环。本文系统调研了国内外文献资料,认识到海洋环境中甲烷好氧氧化的赋存范围十分广泛,可赋存于超过3 000 m水深的深海环境、热液喷口等极端环境,其中海底高压、渗漏甲烷的动态运移等是甲烷好氧氧化所面临的特殊环境,在该赋存环境下,好氧甲烷氧化菌主要以Ⅰ型氧化菌为主。Ⅰ型与Ⅱ型氧化菌对甲烷、微量金属元素等环境条件具有一定偏向性,并且在水体和沉积物两种赋存环境下氧化菌的类型也不尽相同。同时,在该赋存环境下甲烷好氧氧化强度存在时间或空间上的差异,受温度、甲烷浓度、氧浓度、微量金属元素等环境因子影响显著,但目前对压力以及甲烷渗漏运移状态对好氧氧化过程的影响规律认识不清。随着深海科研探索不断发展,甲烷氧化菌菌群多样性研究将更加丰富。此外,还需进一步针对海底高压渗漏状态下的好氧氧化过程开展精细研究工作,进一步理解海洋环境中甲烷的好氧氧化规律,这对深刻揭示甲烷迁移转化机制、科学评估甲烷生态环境效应具有重要意义。 相似文献
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冷泉渗漏区海底微生物作用及生物标志化合物 总被引：8，自引：0，他引：8
在有冷泉活动和水合物产出的海底环境中,甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌十分发育,它们主导着海底天然气(主要是甲烷)的缺氧氧化作用,并在海底碳循环和生物种群繁衍中发挥着重要作用。海底天然气渗漏活动区的甲烷氧化古细菌使渗漏CH4缺氧氧化为HCO3-,硫酸盐还原细菌使SO42-转化为HS-,从而使细菌微生物获得生命所需的能量,生物种群得以发育和繁衍。甲烷氧化古细菌有ANME-1、ANME-2、ANME-3三个种群,形成相应的醚类异戊二烯类和类异戊二烯烃类生物标志物。硫酸盐还原细菌有Desulfosarcina和Desulfococcus两个主要的细菌群落,形成二烃基甘油二醚和脂肪酸生物标志化合物。这种天然气渗漏区内微生物活动产生的生物标志化合物都具有特别负的碳同位素组成,δ13C值为-41.1‰~-95.6‰,说明微生物群落在生命代谢过程中摄取了来自甲烷的碳,同时也反映了天然气渗漏系统缺氧带存在的古细菌和硫酸盐还原细菌活动。 相似文献
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对两个来自太平洋洋脊胡安·德富卡的两个热液烟囱的金属硫化物4136-2和4148-B1进行甲烷菌甲基辅酶 M 还原酶的编码基因 mcrA 的序列扩增,构建克隆文库并进行分子进化分析.结果表明在这个甲烷富集的热液喷口周围含有丰富的甲烷产生菌,没有任何甲烷氧化菌存在.两个硫化物样品的甲烷产生菌种类完全不同.在4136-2硫化物中的甲烷产生菌都与热液口的高温环境有关系,主要属于甲烷球菌目的甲烷暖球菌(Methanocaldococcus),少部分属于甲烷火菌目甲烷嗜高热菌属的坎氏甲烷嗜高热菌(Methanopyrus kandleri).与这两个属的可分离菌株的氨基酸同源性为89%~97%,核苷酸同源性高达92%~100%.4148-B1硫化物中发现的一类疑似甲基辅酶 M 还原酶的编码序列,它们与已知的甲烷菌 mcrA 序列核苷酸同源性为69%~72%,氨基酸同源性仅为43%~47%.这可能是由于4148-B1来自于正在喷发的超高温热液喷口相关.由于与已发表的甲烷菌克隆子或菌株同源性较低,有可能是热液口特有的以前未发现的甲烷菌 相似文献
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对日本海西部大陆坡沉积物柱状样中的自生碳酸盐样品进行了X射线衍射、扫描电镜、地球化学和碳氧同位素组成的系统研究。X射线衍射和扫描电镜分析结果表明,碳酸盐主要组成矿物为颗粒状自生高镁方解石微晶,放射状自生文石微晶仅在一个层位出现。结合碳酸盐的地球化学组成,认为研究区碳酸盐来自于富Ca2+、Mg2+和HCO3-流体的沉淀。中度亏损的13C(-33.85‰～-39.53‰)表明碳来自于甲烷的厌氧氧化,同时,这也是研究区海底存在甲烷冷泉的重要证据。重氧同位素比值(5.28‰～5.31‰)则指示着富18O流体来源,而该流体应源于天然气水合物的分解。综上可知,研究区碳酸盐来自于研究区甲烷冷泉上升流的沉淀,指示着海底更深处天然气水合物的存在与分解。 相似文献
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深海热液区的极端环境促使热液区生物形成了独特的生存机制,即与微生物的共附生关系。本文利用高通量测序技术分析了与西南印度洋龙旂热液区神盾螺（Gigantopelta aegis）共附生微生物的种类及功能。基于16S rRNA基因 V3-V4区扩增子测序结果发现：①神盾螺共附生菌中99.99%都属于细菌域,丰度最高的是变形菌门γ-,ε-,和α-变形菌纲;②神盾螺个体Ga1和Ga3的共附生菌群落中以γ-变形菌为主,个体Ga2 中以ε-变形菌为主,表明在同一热液区生活的不同个体间其共附生菌种类也存在较大差异;③宏转录组测序结果与扩增子测序结果基本一致,即神盾螺共附生细菌中变形菌门相对丰度最高,同时发现了高丰度的硫代谢、氢代谢、甲烷代谢以及环境胁迫应答基因。神盾螺共附生微生物的研究将有助于探究深海热液喷口生物的生存和适应策略,为进一步研究奠定基础。 相似文献
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富钴结壳是一种重要的海底矿产资源.富钴结壳是生物地球化学和微生物学的研究热点,但目前我们对富钴结壳区的微生物群落结构仍缺乏认识.本研究针对中太平洋海山富钴结壳区沉积物,采用非培养方法获得微生物基因组信息并分析其生态学功能.采用PCR的方法筛选得到78个带有16S rRNA基因的克隆.变形杆菌门和奇古菌门MGI类群分别为古菌和细菌的主要类群.测序并分析了9个带有16S rRNA 基因的fosmid克隆.这些克隆中含有较多的代谢相关和重金属抗性相关基因,表明多样的代谢和抗逆途径在微生物适应富钴结壳环境中发挥了重要作用.代谢途径分析表明,氮循环是富钴结壳区一种重要的生物地球化学过程.此外,发现多个水平基因转移事件,这些基因大部分转移自细菌,少量转移自古菌或植物.比较基因组分析表明,属于奇古菌门MGI类群的克隆W4-93包含一段共线性的基因簇.以上结果说明水平基因转移和基因组分歧进化在微生物适应深海环境过程中发挥了重要作用. 相似文献
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近23年的调查研究，使我们认识到分布于洋中脊、弧后盆地、岛弧和热点等环境的海底热液活动发育在多种围岩类型之上，包括超基性岩石、基性岩石、中性岩石、酸性岩石和沉积物。海底热液活动经历了岩浆去气作用、流体-岩石/沉积物相互作用和流体-海水混合，获取了岩浆、岩石、海水和沉积物的物质，构成了热液循环，产生了高温、低氧、高或低pH值、富含Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Hg、As等元素以及气体组分（甲烷、氢等）的喷口流体，影响了海水、沉积、岩石和生物环境，形成了热液柱、硫化物、含金属沉积物和蚀变岩石等热液产物，组成了海底热液系统。未来，促进海底热液活动探测技术和热液产物测试方法的发展，对海底热液区的岩石、喷口流体、热液柱、硫化物、含金属沉积物以及热液循环、生物活动的持续观测与研究，无疑将为人类探知海底地质过程及生命活动、保护海底热液环境和合理开发利用海底资源提供有力的工作支撑。 相似文献
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在富含甲烷水合物的海相冷泉沉积物中, 古菌厌氧甲烷氧化作用(anaerobic oxidation of methane, AOM)越来越受到人们的重视。目前普遍认为, AOM是由嗜甲烷古菌和硫酸盐还原菌共同调节的生物地球化学过程。16S rRNA基因分析表明, 包括AEME-1、AEME-2和AEME-3在内的多种甲烷古菌参与了AOM的过程, 它们广泛分布于全球大洋海底缺氧带。AOM过程与全球环境变化密切相关, 从深海底部冷泉区向上渗漏的甲烷气体, 绝大部分在穿透缺氧带沉积层过程中被甲烷氧化古菌所消耗, 有效减少了具有强烈温室效应的甲烷气体向大气的释放。对AOM生物地球化学过程的研究, 在认识冷泉系统碳酸盐的形成机理、控制强温室气体甲烷从海底的渗漏和开发可燃冰新能源等方面具有重要意义。 相似文献
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天然气水合物的上界面——硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面 总被引：3，自引：0，他引：3
栾锡武 《海洋地质与第四纪地质》2009,(2)
定义了海域天然气水合物成矿带的上界面。指出在地球深部存在最原始的、从根本上不依靠光合作用来生存的生命系统。根据对ODP岩心样品中微生物数量的统计,海底以下沉积层中的生物数量可能占据全球原核生物总量的70%,其生物总碳量和地球表面所有植物的碳总量相当。地球内部如此巨大的生物总量应该在地壳中的气体分布等方面起着重要作用。甲烷在地壳层中广泛存在,并主要是微生物成因的。微生物产甲烷的途径主要有两个,一是二氧化碳还原,另一个是醋酸盐发酵。相应地,参与产甲烷的微生物菌群主要是产甲烷菌和食醋酸菌。甲烷在沉积层中的厌氧氧化是一个不争的事实。该过程发生在海底以下一个非常局限的区带,称为硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带。通常,这个区带很窄,仅为一个面,因此,硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带又称硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面。这是一个基本的生物地球化学界面,在功能上它起到屏蔽甲烷向海底和大气逸散的作用,是一个巨大的甲烷汇。甲烷的厌氧氧化同样是一个由微生物介导的过程,参与此过程的微生物主要是食甲烷古菌和硫酸盐还原菌。硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面在海洋沉积层中一般深可达海底以下上百米,浅可至海底。此界面为天然气水合物的上界面,该界面以上没有甲烷... 相似文献
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深海极端环境深部生物圈微生物学研究综述 总被引：4，自引：0，他引：4
20世纪下半叶是人类进行自然探索最为活跃的一段时期。新发现、新技术和新概念层出不穷，大大拓展了人们对宇宙和生命的视野和认识。在海洋学领域，深海热液喷口化能自养(chemolithoautotrophy)系统的发现大大激发了人们对洋底生物多样性及生命形式、过程、起源和进化的兴趣和热情(Baross et al.，1985)。最近30年相继开展的国际深海钻探计划(deep sea drilling project，DSDP)和大洋钻探计划(ocean drilling program，ODP)为我们揭示了一个以前未曾想象到的埋藏在海底沉积物和上部洋壳中的海底深部生物圈(subseafloor deep biosphere)微生物世界。近期研究表明， 深海热液系统中的嗜热和极端嗜热古菌据推测就来源于海底深部生物圈(Delaney et al.，1998;Summit et al.，2001)，由此推断，生命的真正起源就发生在地球深部生物圈内。巨大的深度和广度，使得海底深部生物圈容纳了大量的微生物生物量和新颖独特的代谢潜力(Whitman et al.，1998)。由于洋壳板块运动而产生的海底地质构造和过程的异质性、洋壳地球化学过程的复杂性，以及在漫长地质年代中的气候变迁和海洋真光层颗粒物沉降输出的历史和地理差异性，埋藏在海底沉积物和上部洋壳中的生命赖以维持和繁衍的能量供给形式具有高度的多样性， 海底深部生物圈蕴育着丰富多样的代谢形式和新颖的生理生化机制(IPSC，2001)。海洋深部生物圈内的古菌群落将作为特定地质微生物标志(geomicrobiological signature)，用来指示过去和现代海洋的地球化学变化和地质环境变迁(inagaki et al.，2001)。海洋微生物生态学研究在最近的20年中取得了一些重要进展，与全球海洋地质历史、地质事件、地质过程和地质作用相关的深海微生物生态学研究，已发展成为一门具有独特魅力的新兴学科，即海洋“地质微生物学”(geomicrobiology)。在46亿年的地球历史中，地圈和生物圈的协同进化过程主要是在微生物的作用下完成的，微生物在海洋沉积物和洋壳中的生物地球化学作用，既是微生物的生态学，又是沉积地质过程和洋壳蚀变的动力学，许多原来以为“无机” 的地质过程，其实都是生命活动的结果(汪品先，2003)。在过去的10年中，分子、遗传、生化和基因组学等现代生物技术被引入地质微生物学的研究中，不但揭示了许多地质环境的微生物多样性，而且阐明了微生物在生物地球化学过程中所发挥的独特作用及环境和生态功能(Newman et al.，2002)。海洋深部生物圈微生物的研究已成为新世纪海洋领域中地学和生物学交叉互补、综合研究前沿的一个新热点和生长点，被列入刚刚启动的国际综合大洋钻探计划(Integrated Ocean Drilling Program，IODP)研究项目的首选(IPSC，2001；中国大洋钻探学术委员会，2003)。尽管这一领域的研究才刚刚起步，却已显示了旺盛的生命力和发展应用前景。 相似文献
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采用聚合酶链式反应限制性片段长度多态性分析(PCR-RFLP)技术对劳盆地热液区TVG9站位沉积物中细菌、古菌多样性进行了调查,并构建其细菌、古菌种群的16S rRNA基因文库.研究结果表明,该站位细菌包含变形杆菌(Proteobacteria)、硝化螺旋菌(Nitrospira),疣微菌(Verrucomicrobia)等3个类群,其中变形杆菌占据优势地位,由Alphaproteobactria,Gamaproteobactria,Deltaproteobactria等3个亚群组成.古菌包含泉古菌(Crenarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota),其中泉古菌占优势,由MG Ⅰ (Marine Group Ⅰ)和MCG(Miscellaneous Crenarchaeotal Group)两类群组成,而广古菌主要由MBGE(Marine Benthic Group E)组成.旨在揭示深海热液区的微生物多样性,为生态环境的研究提供理论支持. 相似文献
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南海东沙东北部甲烷缺氧氧化作用的生物标志化合物及其碳同位素组成 总被引：5，自引：0，他引：5
南海东沙东北部碳酸盐岩和泥质沉积物中的生物标志化合物组合及其碳同位素组成分析表明,研究区内甲烷缺氧氧化作用(anaerobic oxidation of methane-AOM)发育.研究区内碳酸盐岩中含丰富的AOM标志化合物,2,6,11,15-四甲基十六烷(Crocetane-Cr.)、2,6,10,15,19-五甲基番茄烷(Pentamethylicosane-PMI)和2,6,10,15,19,23-六甲基二十四烷(Squalane-Sq角鲨烷)的13C亏损强烈(δ13C值介于-74.2‰~-119.0‰PDB之间),表明碳酸盐岩形成于AOM,同时反映该研究区曾发生过强烈、持续的富CH4流体释放活动.柱状泥质沉积物中,AOM生物标志化合物在硫酸岩-甲烷过渡带(SMI-Sulfate-Methane Interface)边界附近相对丰度高,SMI之上样品中含量低,或未检出,表明现代环境在SMI附近有大量嗜甲烷微生物生长,使得深部上升的甲烷被大量消耗,很少有甲烷逸出海底.AOM生物标志化合物可用来指示SMI边界.不同站位、不同岩性AOM生物标志化合物组成(包括碳同位素组成)的差异反映了嗜甲烷古细菌组成的不同. 相似文献
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东太平洋海隆深海热液区沉积物微生物多样性的研究 总被引：2，自引：1，他引：1
提取东太平洋海隆区深海热液系统沉积物样品的总DNA,构建沉积物中的细菌16S rDNA 克隆文库,通过PCR-RFLP分析与序列测定,对沉积物中的微生物类群及其与环境的关系进行了分析.结果表明,该海区沉积物中的36个克隆代表的22种基因型分别属于7个主要类群,其中变形菌(Proteobacteria)的γ-亚群为优势菌群,α-和β-亚群也均有分布;而硫氧化相关共生菌的属(sulfur-oxidizing symbionts)为优势种属.系统发育分析表明,在该沉积物中细菌主要是跟共生有关、跟C、S代谢相关,大多还能在无氧和高温环境的条件下生存,说明采样点具有典型的深海热液生态系统的特点,甲烷代谢和硫代谢在该区域的深海物质能量循环中占据着重要地位.另外大量新的极端微生物的存在,预示着该区域的微生物资源有着非常大的开发潜力. 相似文献
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现代海底低温热液弥散流区微生物生态的发育情况已经成为当前热液系统研究关注的热点之一。大量的分析表明在低温热液弥散流区赋存着丰富的化能自养微生物,以硫、铁等元素的氧化还原反应获取新陈代谢能量,这些微生物的分布与低温热液流体的物理化学条件有着密切的联系。这些发现极大地丰富了我们对低温弥散流区微生物生态、关键地球化学过程与微生物新陈代谢耦合关系的认识。此外,低温热液流体是研究洋壳深部生物圈的窗口,通过这个窗口可以了解地壳内部生命的新陈代谢方式,进而理解地球内部微生物与洋壳内部流体、岩石之间的相互作用机制。 相似文献
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《海洋地质与第四纪地质》2021,41(3)
海洋生境来源的甲烷好氧氧化菌及其产生的甲烷氧化作用是否具有独特性,对氧浓度这一环境因子如何响应,目前尚不清楚。本文采用海底新鲜沉积物作为菌种来源,借助微生物培养技术,实验研究了不同氧浓度条件(0%、1%、10%和50%)下的甲烷好氧氧化过程。结果表明,完全无氧条件(0%)不能发生甲烷好氧氧化作用,实验体系的甲烷氧化速率及甲烷氧化菌总丰度随氧浓度升高而降低,当氧浓度由1%升高至50%时,甲烷氧化速率减弱了约15倍,甲烷氧化菌总丰度降低了两个数量级。甲烷氧化菌优势菌属为I型氧化菌Methylobacter属,由Methylobacter leteus和Methylobacter whittenburyi组成,氧浓度增加时Methylobacter leteus的占比随之降低,Methylobacter whittenburyi则相反。本实验中甲烷好氧氧化菌及其氧化作用的最适氧浓度条件为1%,这与采样位置的原始生存环境最为接近。在海底低氧条件叠加低温、高压等特殊生境的长期驯化下,甲烷氧化菌的最适氧浓度条件将逐渐趋于其原始生存环境。 相似文献