概括

微生物代謝是推動(dòng)全球生物地球化學(xué)循環(huán)的引擎，但許多關(guān)鍵轉化是由微生物群落在短時(shí)空尺度上進(jìn)行的，傳統分析方法無(wú)法檢測到。我們通過(guò)微生物規模的綜合研究調查了Sippewissett鹽沼“粉紅色漿果”財團中的共養硫循環(huán)。粉紅色漿果是宏觀(guān)的光合微生物聚集體，主要由兩種密切相關(guān)的物種組成：硫化物氧化紫硫細菌(PB-PSB1)和硫酸鹽還原菌(PB-SRB1)。使用宏基因組測序和34 S富集硫酸鹽穩定同位素探測結合nanoSIMS，我們證明了還原硫代謝物從PB-SRB1到PB-PSB1的種間轉移。粉紅色漿果催化凈硫化物氧化并保持內部硫化物濃度為0-500μm。漿果中的硫化物被銀線(xiàn)捕獲并使用二次離子質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，朝向漿果內部豐度增加，而δ34 S-硫化物從漿果外部到內部從6‰減少到-31‰。這些值對應于硫酸鹽-硫化物同位素分餾(15–53‰)，符合硫酸鹽還原或還原和氧化代謝的混合。這種組合的宏基因組和高分辨率同位素分析表明，在由硫化物氧化缺氧光養菌和硫酸鹽還原菌組成的結構良好的宏觀(guān)聚生體中，微觀(guān)尺度上的活性硫循環(huán)。

介紹

微生物氧化還原代謝驅動(dòng)生物地球化學(xué)循環(huán)并對整個(gè)全球生態(tài)系統的能量通量產(chǎn)生深遠的影響（Schlesinger，1997；Falkowski等，2008）。最近在從深海到人類(lèi)腸道等不同環(huán)境中的工作表明，許多這些重要的生態(tài)系統過(guò)程不是由單一物種介導的，而是由同養微生物群落的代謝相互作用介導的（Boetius等人，2000年；Orphan等人人。2002;Overmann和舒伯特，2002;Schink，2002;漢森等人。，2011）。Syntrophy是一種基于代謝物交換的共生相互作用，允許微生物利用單一物種無(wú)法進(jìn)入的代謝生態(tài)位（Overmann和van Gemerden，2000年；Schink，2002年；Orphan，2009年）。

在密切相關(guān)的微生物群落中，電子供體和受體在細胞與細胞之間的微小距離內轉移，并驅動(dòng)微米級生物地球化學(xué)循環(huán)。這種緊密耦合的代謝活動(dòng)發(fā)生在時(shí)空尺度上，通常無(wú)法通過(guò)傳統分析方法進(jìn)行檢測。然而，這些“隱秘”的轉變對宏觀(guān)生態(tài)系統中生物地球化學(xué)循環(huán)的動(dòng)態(tài)具有重大意義（Canfield等，2010；Holmkvist等，2011；Stewart等，2012）。了解這種復雜微生物代謝網(wǎng)絡(luò )的結構和功能對于生物地球化學(xué)循環(huán)的準確建模（Treseder至關(guān)重要等人，。2011年）、擾動(dòng)后生態(tài)系統動(dòng)態(tài)的預測（Allison和Martiny，2008年）以及微生物凈貢獻的解釋與地球化學(xué)環(huán)境批量測量的相互作用（Brüchert，2004年；Fike等人，2009年）。

光合微生物墊和聚集體提供了一個(gè)極好的系統來(lái)研究微生物代謝相互作用對微米尺度生物地球化學(xué)過(guò)程的影響（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）?！胺奂t色漿果”（圖1）是在Little和Great Sippewissett鹽沼（馬薩諸塞州法爾茅斯）中發(fā)現的未培養微生物的視覺(jué)上引人注目的光合聚集體。這些聚集體的直徑可達一厘米，位于潮間帶水池的沉積物-水界面處，周?chē)h(huán)繞著(zhù)高大的光滑繩草（互花米草）。在馬薩諸塞州伍茲霍爾海洋生物實(shí)驗室，作為微生物多樣性暑期課程的一部分，漿果已被研究了三十多年（Gibson等人，1984年）。初步表征表明，聚集體的主要生物量由無(wú)氧光養菌、科的紫硫細菌組成色（Seitz et al.,1993）。呼吸活動(dòng)和致密的外聚體基質(zhì)在緊靠聚集體表面下方創(chuàng )造了缺氧條件，盡管尚未檢測到凈硫化物產(chǎn)生（Seitz等人，1993年）。

圖1

A.Little Sippewissett Salt Marsh的潮間帶水池在沉積物-水界面形成密集的粉紅色漿果聚集體。

B.大型聚集體的尺寸可以達到近一厘米。

C.從Little Sippewissett的潮間帶池中收集的沉積物（0-5厘米）中的粉紅色漿果。

D.漿果可以很容易地從沼澤沉積物中清除并在實(shí)驗室中進(jìn)行處理。

E.漿果的橫截面顯示包裹在透明外聚合物基質(zhì)中的粉紅色小管，比例尺為0.5毫米。

F.粉紅色漿果小管的放大圖，比例尺為200μm。

我們表明，粉紅色漿果是由紫色硫細菌(PSB)和硫酸鹽還原細菌(SRB)組成的，它們形成特定的種間關(guān)聯(lián)，涉及硫物種的直接轉移。目前對粉紅色漿果的研究利用整體方法來(lái)跟蹤微生物規模的硫代謝相互作用，從基因組草圖到生態(tài)生理學(xué)。使用16S rRNA基因調查、顯微鏡和鳥(niǎo)槍宏基因組學(xué)對群落多樣性和代謝功能的研究產(chǎn)生了關(guān)于硫循環(huán)和聚集體內營(yíng)養物質(zhì)交換的假設。從微伏安法到放射性同位素和穩定同位素方法的一套地球微生物學(xué)工具被用來(lái)詢(xún)問(wèn)這些預測，說(shuō)明這種神秘的微尺度硫循環(huán)的微生物動(dòng)力學(xué)和地球化學(xué)特征。

《鹽堿地沼澤中的光養粉紅色貝類(lèi)的微量硫循環(huán)》——概括 、介紹

《鹽堿地沼澤中的光養粉紅色貝類(lèi)的微量硫循環(huán)》——結果

《鹽堿地沼澤中的光養粉紅色貝類(lèi)的微量硫循環(huán)》——討論 、結論

《鹽堿地沼澤中的光養粉紅色貝類(lèi)的微量硫循環(huán)》——實(shí)驗步驟、致謝