海底富铁硅氧化物微生物矿化的显微记录与分子机制
批准号:
42072333
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
李江涛
依托单位:
学科分类:
生物地质学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李江涛
中文摘要
海底富铁硅氧化物,通常是低温弥散流热液活动的产物,广泛地分布于全球海底。尽管微生物介导的铁氧化过程被认为是这些铁硅氧化物形成的最主要原因,然而,人们对其生物矿化作用以及微生物驱动矿化的分子机制的认识仍然十分有限。我们拟选取海底热液周围不同类型的铁硅氧化物为研究对象,在构建其环境条件和地球化学体系的基础上,对富铁硅氧化物中保留的由微生物矿化形成的显微结构进行解析,判断其矿化类型、矿化过程和参与矿化的微生物类群。同时,基于铁氧化菌的分离和培养实验,鉴别微生物铁氧化这一过程的功能基因和电子传递链,构建其能量代谢途径以及耦合其它元素循环的代谢潜能,阐述微生物铁氧化的分子机制。在上述研究的基础上,综合富铁硅氧化物的微生物群落结构以及各微生物功能群的能量代谢途径预测,阐述不同类型富铁硅氧化物的生物矿化作用和矿化的微生物驱动机制及其对铁硅氧化物相关生物地球化学过程的影响。
英文摘要
Fe, Si-rich oxides/oxyhydroxides (called as oxides in the following text), usually as the result of low-temperature diffuse flow dispersion near hydrothermal vents, are widely distributed on the global seafloors. Although iron oxidation catalyzed by typical neutrophilic, microaerobic iron-oxidizing bacteria (FeOB) contributes primarily to the precipitation and deposition of these Fe, Si-rich oxides, little is known about their biomineralization and molecular mechanism driven by these FeOB species. In this study, several different kinds of Fe, Si-rich oxides with distinct Fe, Si contents were collected. We would like to determine their characteristics of mineralogy and geochemistry to recover their environmental conditions and geochemical regimes. The biogenic ultrastructures with specific morphologies are characterized to indicate the biomineralization occurring within these oxides and associated microbial taxa involved in these processes. We also try to isolate pure cultures with the potentiality of iron oxidation and then identify their taxonomic positions. By the analysis of comparative genomics, key function genes and electron transport chain of iron oxidation are predicted and identified from these FeOB cultures, and then energy metabolic pathways based on iron oxidation are also constructed. Meanwhile, we also analyze the metabolic pathway of iron oxidation potentially coupled with other element cycling. Based on all those works mentioned above, together with the analyses of microbial communities dwelling in these Fe, Si-rich oxides and main energy metabolism pathways from metagenomic prediction of dominant microbial lineages, we finally want to illustrate the biomineralization processes, molecular mechanism metabolically driven from microorganisms and their impact to geochemical processes within these different types of Fe, Si-rich oxides.
海底富铁硅氧化物,通常是低温弥散流热液活动的产物,广泛地分布于全球海底。尽管微生物介导的铁氧化过程被认为是这些铁硅氧化物形成的最主要原因,然而,人们对其生物矿化作用以及微生物驱动矿化的分子机制的认识仍然十分有限。我们选取不同海区、不同类型的海底低温热液富铁硅氧化物,对它们的不同类型、不同成因的显微结构特征进行解析,判断其矿化类型、矿化过程和参与矿化的微生物类群。同时,基于铁氧化菌的分离和培养实验,成功分离出一株隶属于Zetaproteobacteria门Ghiorsea属的嗜中性微需氧铁氧化菌,并对其进行微生物铁氧化的功能基因和电子传递链进行了鉴定,构建其能量代谢途径以及耦合其它元素循环的代谢潜能,阐述微生物铁氧化的分子机制。在上述研究的基础上,综合富铁硅氧化物的微生物群落结构以及各微生物功能群的能量代谢途径预测,阐述不同类型富铁硅氧化物的生物矿化作用和矿化的微生物驱动机制及其对铁硅氧化物相关生物地球化学过程的影响。项目发表论文9篇,其中第一/二资助Sci论文6篇。培养博士生1名,硕士生6名,本科毕业生5名。
西南印度洋洋中脊Atlantis Bank下洋壳深部生物圈研究
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批准号:41772358
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项目类别:面上项目
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资助金额:71.0万元
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批准年份:2017
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负责人:李江涛
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依托单位:
海底热液喷口富Fe-Si低温热液沉淀物的微生物矿化作用及其形成机制研究
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批准号:41472307
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项目类别:面上项目
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资助金额:90.0万元
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批准年份:2014
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负责人:李江涛
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依托单位:
海底热液烟囱体中微生物的分布特征及其关键制约要素
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批准号:41002122
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2010
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负责人:李江涛
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依托单位:
国内基金
海外基金