概括


微生物代谢是推动全球生物地球化学循环的引擎，但许多关键转化是由微生物群落在短时空尺度上进行的，传统分析方法无法检测到。我们通过微生物规模的综合研究调查了Sippewissett盐沼“粉红色浆果”财团中的共养硫循环。粉红色浆果是宏观的光合微生物聚集体，主要由两种密切相关的物种组成：硫化物氧化紫硫细菌(PB-PSB1)和硫酸盐还原菌(PB-SRB1)。使用宏基因组测序和34 S富集硫酸盐稳定同位素探测结合nanoSIMS，我们证明了还原硫代谢物从PB-SRB1到PB-PSB1的种间转移。粉红色浆果催化净硫化物氧化并保持内部硫化物浓度为0-500μm。浆果中的硫化物被银线捕获并使用二次离子质谱仪进行分析，朝向浆果内部丰度增加，而δ34 S-硫化物从浆果外部到内部从6‰减少到-31‰。这些值对应于硫酸盐-硫化物同位素分馏(15–53‰)，符合硫酸盐还原或还原和氧化代谢的混合。这种组合的宏基因组和高分辨率同位素分析表明，在由硫化物氧化缺氧光养菌和硫酸盐还原菌组成的结构良好的宏观聚生体中，微观尺度上的活性硫循环。


介绍


微生物氧化还原代谢驱动生物地球化学循环并对整个全球生态系统的能量通量产生深远的影响（Schlesinger，1997；Falkowski等，2008）。最近在从深海到人类肠道等不同环境中的工作表明，许多这些重要的生态系统过程不是由单一物种介导的，而是由同养微生物群落的代谢相互作用介导的（Boetius等人，2000年；Orphan等人人。2002;Overmann和舒伯特，2002;Schink，2002;汉森等人。，2011）。Syntrophy是一种基于代谢物交换的共生相互作用，允许微生物利用单一物种无法进入的代谢生态位（Overmann和van Gemerden，2000年；Schink，2002年；Orphan，2009年）。


在密切相关的微生物群落中，电子供体和受体在细胞与细胞之间的微小距离内转移，并驱动微米级生物地球化学循环。这种紧密耦合的代谢活动发生在时空尺度上，通常无法通过传统分析方法进行检测。然而，这些“隐秘”的转变对宏观生态系统中生物地球化学循环的动态具有重大意义（Canfield等，2010；Holmkvist等，2011；Stewart等，2012）。了解这种复杂微生物代谢网络的结构和功能对于生物地球化学循环的准确建模（Treseder至关重要等人，。2011年）、扰动后生态系统动态的预测（Allison和Martiny，2008年）以及微生物净贡献的解释与地球化学环境批量测量的相互作用（Brüchert，2004年；Fike等人，2009年）。


光合微生物垫和聚集体提供了一个极好的系统来研究微生物代谢相互作用对微米尺度生物地球化学过程的影响（Canfield和Des Marais，1993年；Decker等人，2005年；Baumgartner等人，2006年；2009年；Fike和Grotzinger，2008年；Fike等人，2008年；Petroff等人，2011年）。“粉红色浆果”（图1）是在Little和Great Sippewissett盐沼（马萨诸塞州法尔茅斯）中发现的未培养微生物的视觉上引人注目的光合聚集体。这些聚集体的直径可达一厘米，位于潮间带水池的沉积物-水界面处，周围环绕着高大的光滑绳草（互花米草）。在马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室，作为微生物多样性暑期课程的一部分，浆果已被研究了三十多年（Gibson等人，1984年）。初步表征表明，聚集体的主要生物量由无氧光养菌、科的紫硫细菌组成色（Seitz et al.,1993）。呼吸活动和致密的外聚体基质在紧靠聚集体表面下方创造了缺氧条件，尽管尚未检测到净硫化物产生（Seitz等人，1993年）。

图1


A.Little Sippewissett Salt Marsh的潮间带水池在沉积物-水界面形成密集的粉红色浆果聚集体。


B.大型聚集体的尺寸可以达到近一厘米。


C.从Little Sippewissett的潮间带池中收集的沉积物（0-5厘米）中的粉红色浆果。


D.浆果可以很容易地从沼泽沉积物中清除并在实验室中进行处理。


E.浆果的横截面显示包裹在透明外聚合物基质中的粉红色小管，比例尺为0.5毫米。


F.粉红色浆果小管的放大图，比例尺为200μm。


我们表明，粉红色浆果是由紫色硫细菌(PSB)和硫酸盐还原细菌(SRB)组成的，它们形成特定的种间关联，涉及硫物种的直接转移。目前对粉红色浆果的研究利用整体方法来跟踪微生物规模的硫代谢相互作用，从基因组草图到生态生理学。使用16S rRNA基因调查、显微镜和鸟枪宏基因组学对群落多样性和代谢功能的研究产生了关于硫循环和聚集体内营养物质交换的假设。从微伏安法到放射性同位素和稳定同位素方法的一套地球微生物学工具被用来询问这些预测，说明这种神秘的微尺度硫循环的微生物动力学和地球化学特征。


《盐碱地沼泽中的光养粉红色贝类的微量硫循环》——概括 、介绍

《盐碱地沼泽中的光养粉红色贝类的微量硫循环》——结果

《盐碱地沼泽中的光养粉红色贝类的微量硫循环》——讨论 、结论

《盐碱地沼泽中的光养粉红色贝类的微量硫循环》——实验步骤、致谢