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深海錳結核區沉積物微生物代謝和適應機制揭示

來源：科技日報


(資料圖)

科技日報記者 宋迎迎?通訊員 王敏

3日，記者從中國科學院海洋研究所獲悉，該所聯合自然資源部第二海洋研究所、華中農業大學，通過對東太平洋克拉里昂－克利珀頓斷裂帶區域（CC區）錳結核沉積物微生物代謝能力進行系統研究，揭示了深海錳結核區沉積物微生物代謝和適應機制，提出錳結核區沉積物中微生物生態的模型。該研究結果可為國際海底管理局的區域環境管理計劃和國家多金屬結核資源開發與環境修復提供重要的科學支撐。相關成果近日發表于國際學術期刊《微生物組》。

太平洋深海多金屬結核區。

多金屬結核又稱錳結核，因其富含錳、鐵、銅、鈷、鎳等30多種金屬元素而得名。中國科學院海洋研究所副研究員張德超接受記者采訪時說，多金屬結核礦主要分布在水深4000—6000米的深海平原，被認為是當今最具開發潛力的海底礦床類型。近半個世紀以來，許多科學組織和團隊針對深海采礦可能引起的環境破壞問題開展了系列影響調查和實驗研究，然而，對于棲息在金屬結核沉積物環境中的微生物以及其在金屬結核礦床環境適應機制及其多樣性和代謝能力卻了解甚少。

由中國科學院海洋研究所、自然資源部第二海洋研究所、華中農業大學科研人員組成的研究團隊，對CC區的錳結核沉積物微生物代謝能力開展了系統研究，首次提出了不同微生物在金屬、碳、氮和硫循環中的作用證據。

“我們通過對錳結核沉積物樣品進行深度宏基因組測序，重建了179個高質量基因組，并對這些基因組功能基因進行了解析。結果發現，在富含重金屬的沉積環境中，微生物已經進化出了對重金屬的抗性機制，比如，通過酶催化的氧化還原反應，將錳、鉻和汞轉化為毒性更低的價態；通過膜轉運蛋白介導的金屬運輸將細胞內有毒的鉛排出胞外。”張德超介紹，研究組在研究中發現了大量金屬氧化還原酶基因，這些基因資源在重金屬的生物修復中具有重要潛在應用價值。

深海錳結核區沉積物中微生物主導的生態功能模型。

研究結果顯示，在寡營養的能量有限系統中，微生物主要通過對金屬（主要是錳）和硫化合物的氧化來獲取能量。在此過程中，大部分硝酸鹽被還原為一氧化氮，排入海水中。研究人員通過對優勢微生物的分析，發現它們擁有更高比例的與金屬、氮和硫代謝相關的功能基因，而分解碳水化合物的相關基因比例很低。這表明，通過氧化還原反應利用無機營養物（而不是有機營養物代謝）獲取能量，是微生物在錳結核沉積物中維持生存的主要適應策略。

（中國科學院海洋研究所供圖）

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