评价深海嗜高压细菌在南海深部碳循环中的作用

Studying the deep ocean carbon cycle (DOCC) and the role of piezophilic bacteria in DOCC has far-reaching theoretical and practical significance; this is because DOCC is a major part of the global carbon cycle and plays an important role in shaping the Earth’s climate. However, we currently do not fully understand the DOCC. The South China Sea (SCS) is an excellent laboratory basin to study DOCC and the SCS Deep provides a great platform for such a study. We propose to use metagenomics, metaproteomics, enzymology and stable carbon isotope probing techniques to study various components of the deep carbon cycle of the SCS: the diversity and abundance of piezophilic microorganisms, the transformation of particulate (POM) and release of dissolved organic matter (DOM), the bioremineralization of DOM, and the dark fixation of organic carbon in the deep SCS. Sediment traps will be employed to collect particulates at different locations and depths of the SCS. Integrating laboratory and in situ incubation experiments and field measurements will allow us to decipher various ecological processes and assess the role of piezophiles in DOCC in the SCS. This is an interdisciplinary project in the forefront of deep-sea microbiology and biogeochemistry. Results from this project will provide theoretical basis and observation data for studying microorganisms and carbon cycle in the deep biosphere.

深海碳循环是全球碳循环的重要组成部分，但我们目前对深海碳循环的机制仍缺乏全面了解，尤其是对嗜高压细菌在深海碳循环中的作用知之甚少，因此，研究深海碳循环以及嗜高压细菌在其中的作用具有重要的理论和实际意义。本项目以研究南海深部碳循环为核心，以鉴定参与南海深部碳循环的嗜高压细菌为基点，结合实验室理论研究、深海原位培养及沉积物捕获器颗粒物采集和通量分析，通过现代分子微生物学和生物地球化学技术来研究南海深部碳循环的主要生态过程及嗜高压细菌的作用。本项目将系统阐述参与南海深部碳循环微生物的生物多样性，微生物在颗粒有机物转换、溶解有机物释放、溶解有机物降解及深海暗碳固定中的作用，静水压力对微生物活性和暗碳固定的影响。本项目预期取得的国际领先研究成果将为今后深部生物圈高压微生物和碳循环研究以及南海深部大计划核心科学问题“深海碳循环以及微生物的作用”提供理论依据和实际观测资料。

深海拥有78%的海洋真核微生物生物量和90%到95%的海洋有机碳，因此，我们研究全球碳循环必须要研究海洋碳循环，要研究海洋碳循环必须要研究深海碳循环，要研究深海碳循环必须要研究深海嗜高压细菌及其生物地球化学过程在碳循环中的作用。静水压力是深海的一个非常重要的热动力学参数，它影响着深海微生物的生物化学、生理、代谢和种群分布，进而影响海洋碳循环。因此，本项目的主旨就是要研究嗜高压细菌在深海碳循环中的作用。经过一年多的实施，本项目除了完成项目计划书中计划的内容外，还对革兰氏阳性菌以及碳、氢同位素分馏进行了研究。主要成果包括：（1）对南海深部水体中自由菌和附生菌的种群结构进行了研究；（2）对南海深部水体中嗜高压细菌的丰度进行了研究；（3）获得了南海深部水体中DOC化学结构和成份的系统认识；（4）对革兰氏阳性菌在不同压力（深度）条件下的生物化学和生理学特性进行了研究；（5）在科学界首次对嗜高压细菌脂类化合物生物合成过程中的氢同位素分馏进行了开创性的研究，为研究碳循环提供了全新的工具。