海底甲烷滲漏區微生物參與甲烷代謝過程的研究

《海底甲烷滲漏區微生物參與甲烷代謝過程的研究》是依託上海交通大學，由肖湘擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：海底甲烷滲漏區微生物參與甲烷代謝過程的研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：肖湘
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

本研究結合生物地球化學、同位素和分子微生物學等學科的專門知識與實驗技術，選取我們前期已經有較好工作基礎的珠江口淇澳島海岸帶沉積物、日本海溝和美國墨西哥灣三類典型海洋甲烷滲漏環境樣本，研究微生物群落與沉積物孔隙水、自生礦物、烴類氣體的相互作用，對比不同構造背景海底微生物厭氧條件下甲烷的代謝途徑、代謝強度差異，分析比較不同甲烷滲漏速率條件下溫度、壓力、硫酸鹽、硝酸鹽和氧的供給對微生物群落的結構和環境基因組的影響。探索海底微生物在海洋碳循環過程中的作用，從生物學角度提高對海底碳循環和碳儲庫平衡的認識。

結題摘要

1983年，冷泉首次由載人深潛器在墨西哥灣俯衝帶發現。主要分布於水深200-3500m的大陸邊緣。已發現了多種化能合成的冷泉類型：泥火山、滷水滲漏區、甲烷滲漏區及石油滲漏區。與硫酸鹽還原（sulfate reduction, SR）耦 合的甲烷厭氧氧化（anaerobic oxidation of methane, AOM）反應是冷泉系統中最重要的微生物過程。這一過程每年消耗4x108 噸的甲烷，相當于海洋中生 物來源甲烷年產量的90%以上，是海洋碳循環的重要組成，直接影響著全球的氣 候。雖然AOM這一過程早在上世紀80年代已經被發現，但是對其機制的研究進展緩慢。直至2000年Boetius等證實甲烷厭氧氧化是由甲烷厭氧氧化古菌ANME（anaerobic methanotrophic archaea）和硫酸鹽還原細菌SRB（sulfate reducing bacteria）共生共同完成的。但厭氧甲烷氧化代謝途逕到底如何進行？細菌/古菌間電子傳遞中間體是什麼？兩個關鍵科學問題一直困擾著這一領域。2004年Hallam等通過環境基因組的數據表明ANME進行AOM的 過程很可能是甲烷產生途徑的逆途徑，但此後從未得到證明。我們通過冷泉微生物的實驗室模擬培養與單細胞基因組/代謝分析，發現了甲烷厭氧氧化過程全部7個關鍵酶並證實其表達；初步構建了覆蓋厭氧甲烷氧化古菌ANME2a基因組90%的框架圖；發現了ANME/SRB共生並可能參與硝酸鹽還原的不同細菌類群；根據環境基因組與單細胞測序結果分離培養出一類參與C1代謝冷泉區細菌Methylophaga，並進行了初步鑑定。我們的研究突破了國際上厭氧甲烷氧化研究兩個關鍵科學問題中的一個，也對第二個科學問題的解決提出了見解。