热泉嗜热硫酸盐还原菌对有机碳矿化的过程和机理研究—以西藏热泉为例

Microbial sulfate reduction process have important roles in the biogeochemical cycling of carbon and sulphur. Due to the unique geochemical characteristics, the terrestrial hot springs have become an excellent geological setting for the studies of microbial mediated biogeochemical cycling of elements in response to temperature. In the present study, we selected hot springs stream which have the typical temperature gradient in Quzhuomu geothermal zone of Tibet as the study area, the component of carbon source in water and sediment will been analysis, an integrated approach using including microbial molecular ecology and fluorescence in situ hybridization technique to investigate the distribution of sulfate reducing bacteria group in hot springs. The enrichment culture or pure culture sulfate reducing bacteria will be obtained by using in situ and situ culture methods. Comparison analysis of carbon sources use by of different types of sulfate reducing bacteria under different temperature. S isotope analysis will be employed to investigate the sulfur isotope fractionation effect of sulfate reducing bacteria under different temperature conditions, combine with the characteristics secondary mineral, to analysis of carbon cycle mediated by sulfate reducing bacteria under different temperature in hot springs. reveal the traits of biogeochemical cycling of sulfur and carbon which mediated by sulfate reducing bacteria in typical terrestrial hot springs ecosystem.

微生物硫酸盐还原过程不仅在硫的生物地球化学循环过程中具有重要作用，同时也跟全球碳循环过程紧密相连，由于特殊的地化特征，陆地热泉已经成为研究微生物地球化学循环的理想场所。本申请选取西藏山南地区曲卓木地热区作为研究区域，选择典型的具有良好的温度梯度热泉流径，分析不同温度环境下热泉水体和沉积物的碳源类型，结合微生物生态技术和原位荧光杂交技术对比研究不同温度条件下硫酸盐还原菌的分布规律，获得不同温度环境中的硫酸盐还原菌富集培养物或者纯培养物，对比分析不同类型硫酸盐还原功能菌对不同类型碳源的利用规律，利用同位素分析技术，对比研究不同温度条件下硫酸盐还原菌的硫同位素分馏效应，结合形成的次生矿物结果，分析不同温度条件下热泉硫酸盐还原菌介导的碳循环过程，揭示典型陆地热泉中硫酸盐还原菌介导的硫碳循环规律。

微生物介导的硫酸盐还原过程不仅在硫的生物地球化学循环过程中具有重要作用，同时也跟碳循环过程紧密相连。本项目选择西藏地区典型的具有典型温度梯度的热泉流径，分析不同温度热泉水体和沉积物中的碳源类型，揭示不同温度条件下硫酸盐还原菌分布规律，获得不同温度条件下硫酸盐还原菌的富集物和纯培养物，对比分析不同类型硫酸盐还原功能菌对不同碳源的利用规律，结合同位素分析技术，研究热泉中硫化矿物的硫同位素分馏特征，揭示了热泉中硫酸盐还原菌介导的硫化物矿物成因，分析不同温度条件下硫酸盐还原菌介导的碳循环过程，揭示典型陆地热泉中硫酸盐还原菌介导的硫碳循环规律，并在此基础上获得以下：1）西藏热泉具有多样化的地球化学特征，不同热泉硫酸根含量差异显著，指示不同地区热泉的地质背景差异；2）从西藏热泉中挖掘出新的苏美拉菌类群，具有完整的异化硫酸盐还原代谢途径和几丁质代谢通路，显示该菌可以在相对极端的环境下利用难降解的有机质（如几丁质等），推测其具有利用难溶解有机质为碳源来支撑自身代谢，并将难降解有机质降解成小分子化合物，为其他共生微生物的生理代谢提供可利用碳源；3）硫酸盐还原菌广泛分布于西藏热泉环境，包含硫酸盐还原细菌和硫酸盐还原古菌，高温的热泉源头，硫酸盐还原古菌可以利用氢气作为电子供体并利用二氧化碳等无机碳源支撑自身生理代谢，在温度较低的热泉中，主要为硫酸盐还原细菌，主要利用有机碳源支撑自身生理代谢；4）通过对热泉中硫化物矿物进行精细表征，发现硫化物矿物主要成分为黄铁矿；利用nano-SIMS对硫化物矿物的微区硫同位素特征分析，结果表明热泉中的黄铁矿的硫同位素分馏值约为-20‰，指示了硫酸盐还原菌在硫化物矿物的形成中的重要作用；5）氢气是高温环境下硫酸盐还原古菌潜在的电子供体。热泉环境中普遍存在具有产氢微生物类群；产甲烷过程可以跟硫酸盐还原古菌竞争热泉中的氢气，因此，氢气也是调控热泉微生物介导的硫碳循环过程的重要因素。