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        (1)嗜高压细菌生物化学和生理学研究:我们的研究组在世界上首先运用我们自主首创的LC-MS磷脂分析方法(intact phospholipid profiling; Fang et al., 1998)对嗜高压细菌细胞膜磷脂进行了分析(Fang et al., 2000),率先提出嗜高压细菌磷脂生物合成的生理学意义及其对嗜高压细菌适应深海高压环境的生理作用。革兰氏阳性菌是深海和深部生物圈细菌种群的重要组成部分。我们最近对革兰氏阳性细菌Sporosarcina sp. DSK25的研究(Wang et al., 2014)取得突破性进展,发现革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌一样,在高压条件下能合成多不饱和脂肪酸,这是地表革兰氏阳性细菌所不具有的生物化学特性,也是嗜高压细菌适应高压环境的一种“长期性”生物化学适应机理(Wang et al., 2014)。


        (2)嗜高压细菌脂类化合物合成及其在高压条件下的碳、氢同位素分馏:这是我们近期一直在倡导的一个新的生物地球化学研究领域—高压同位素生物地球化学。嗜高压细菌有独特的生物标志化合物和与嗜高压细菌生长压力有关的碳、氢同位素分馏特性。生物标志化合物(包括脂类化合物和氨基糖 (胞壁酸和吡啶二羧酸等) )及其碳、氢同位素特征,是研究深海碳循环、深部生物圈微生物-岩石-水相互作用、微生物代谢以及生物地球化学循环的重要工具(Fang et al., 2006, 2014)。但目前海洋学家和生物地球化学家所用的碳、氢同位素地球化学理论是基于地表微生物而建立起来的,不适用于深海和深部生物圈地球化学过程的研究。我们的研究表明,深海嗜高压微生物在脂类化合物生物合成中的碳同位素分馏与微生物生长压力有关,压力越高,碳同位素分馏越大。我们的研究成果为探索深海和深部生物圈碳循环、氢循环、微生物生理和生物地球化学过程提供了极有价值的研究工具,也为今后建立高压同位素生物地球化学、进行脂类化合物的高压同位素异数体研究提供了理论基础和实验数据。


        过去的研究认为,仅细菌的代谢方式控制脂类化合物的氢同位素比值,细菌脂类化合物的生物合成途径对脂类化合物的氢同位素比值没有控制性的作用。而我们最近的研究表明(Fang et al., 2014),细菌的脂类化合物合成途径对脂类化合物的氢同位素比值具有一级控制作用。我们的研究进一步证明:嗜高压细菌具有两种脂类化合物合成途径,这两种合成途径生成的脂类化合物在氢同位素比值上差别巨大。我们的结果为研究深部生物圈中微生物-岩石-水相互作用和微生物能量来源(即H2或CH4)提供了最有力的工具。

  

        (3) 深部生物圈高压微生物分离的最新世界纪录—最深洋壳沉积物中嗜高压微生物的分离与研究:2012年9月,我们从IODP 337航次获得了三个来自西太平洋海底以下1498.49米、1999米和2406.84米深度采集的深部生物圈沉积物样品。目前正对这三个样品进行嗜高压微生物分离和鉴定工作,已分离出多株革兰氏阳性产芽胞嗜高压厌氧菌,它们隶属于厚壁菌门杆菌和梭状芽胞杆菌类,这些分离出的嗜高压细菌创造了从深部生物圈分离出嗜高压细菌的最深世界纪录。此外,我们最新的研究也表明,深部生物圈的优势种群可能是嗜高压芽孢革兰氏阳性菌(图1)(Fang et al., 2013)。以上研究表明,深部生物圈微生物的种群结构和多样性可能与表层生物圈显著不同,细菌的芽胞可能是深部生物圈微生物群落的重要组成部分。这个发现将从根本上改变人们对深部生物圈微生物种群结构和多样性的认识。
  

        (4)PDPMC (POM-DOM piezophilic microorganism continuum,POM-DOM-嗜压微生物一体化链) 模型:传统的生物碳泵(BP)模型强调有机物的被动垂直传输,其驱动力来自海洋表层浮游生物的原始生产力;近年来提出的微生物碳泵(MCP)模型强调惰性溶解有机物的形成以及由此产生的海洋及沉积物中的碳储库。与BP和MCP模型不同, 我们的PDPMC模型则强调深海异养嗜高压微生物在深海海洋碳循环中的作用,并据此提出了深海高压微生物主导的碳循环机制模型 (Fang et al., 2012, 2014) :嗜高压微生物适应了深海高压和富难降解溶解有机物的环境,它们附着于从海洋表面到深海的颗粒有机物 (POC) ,分泌特定的胞外酶,将POC转化成高分子量的DOC (HMW-DOC),然后将后者转化成低分子量的DOC (LMW-DOC) ,并进一步对LMW-DOC进行降解,充当深海颗粒有机物和溶解有机物间的高效转换器和降解器,在深海及海洋碳循环中起着关键性的作用。该模型的建立有助于我们解决全球碳循环中的一些关键问题(海洋POC和DOC之间的转化、POC及DOC的化学结构特征和含量及微生物可降解性、海洋碳储库的变化及对全球碳循环的控制性作用等)。

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