米乐m6中国官方网站 发现可恢复海底生态系统的细菌伙伴关系

国立先进产业技术研究所（会长：石村和彦）（以下简称“AIST”）环境创造研究部[研究主任：鸟村正树]环境生理生态学研究小组青柳聪，研究员，堀智之主要研究人员是石卷专修大学，专修大学[校长：大池卫]理工学院高崎充与国立大学法人东京农工大学名誉教授片山阳子（校长千叶一宏）合作，利用东日本大地震海啸冲上岸的海底沉积物样本，阐明了参与硫成分交换的细菌之间的合作关系（伙伴关系），揭示了参与硫成分交换的细菌之间的合作关系（伙伴关系）。厌氧生态系统分解有机物的能力恢复的过程。

除了上层的一小部分外，沉积在海底的有机层已耗尽氧气。厌氧微生物负责有机物的分解。然而，由于过量有机物的涌入，厌氧生态系统可能无法正常运作，导致海底环境恶化（示意图左侧）。

在这项研究中，通过向分解功能下降的海底沉积物中添加硝酸盐（示意图，中左），硫氧化细菌和硫酸还原我们揭示了细菌之间通过碳源转移（示意图，右中）以及由此产生的各种厌氧分解微生物的激活（示意图，最右）形成了合作关系。

该结果首次阐明了海底沉积物厌氧生态系统功能恢复的过程，有望为建立沿海海底新的保护和管理技术做出巨大贡献。

该结果详情将于2021年6月3日（美国时间）发表在国际学术期刊《环境科学与技术

在沿海地区的浅海海底，由于陆地上的社会活动和大规模水产养殖，高浓度的有机物流入。污染有机物可能会积累，海底环境可能会恶化。改善海底环境疏浚工作，但去除所有沉积物是极其困难的。此外，不仅需要处理清除的沉积物，而且恢复沿海水域的生态系统和物质循环也需要时间。

由于沉积在海底的有机物层已耗尽氧气，除了一小部分上层与海水接触外，推测厌氧微生物在其分解过程中发挥了重要作用。然而，厌氧微生物的实际性质以及厌氧生态系统功能恢复的机制尚未阐明。

东日本大地震的海啸冲走了大面积的海底沉积物。一些沉积物处于分解功能退化的状态。对这次海啸冲上岸的有机沉积物的详细分析，将有助于阐明厌氧微生物的真实性质和恢复厌氧生态系统功能的机制，并将有助于建立防止污染性有机物在沿海海底积累的环境保护和管理技术。

AIST 致力于开发水资源循环利用技术亚洲战略“水工程”我们正在开展基于微生物知识的废水处理和回收利用研究，阐明持久性有害物质的稳定处理机制(AIST 2018 年 6 月 15 日新闻稿)和重金属不溶化技术的开发(AIST 2020 年 9 月 15 日新闻稿)（有关 AIST 新闻公告，请参阅本新闻稿末尾的[相关文章]）。作为这项工作的一部分，我们进行了研究，旨在评估厌氧微生物的分解功能，并阐明厌氧生态系统功能的恢复机制，以应对水产养殖渔场和封闭海域有机海底沉积物的积累，这一问题已成为世界性的严重问题。

此结果已发布在 AIST高灵敏度同位素追踪方法是啊下一代测序仪利用有机海底沉积物分析进行微生物生理学和生态学研究音量减小相关的研究之间的合作获得的和东京农工大学环境微生物研究。

这项研究得到了日本学术振兴会科学研究补助金的部分支持。

沉积物样品中的硝酸盐和正碳促进厌氧微生物的生长¹²比 C 重（原子量 12）碳的稳定同位素¹³添加用C（原子量13）标记的碳酸氢盐，并将沉积物样品在厌氧条件下静置。

培养第4天，硝酸根离子和N消失₂O 代 (反硝化反应)，生成硫酸根离子(硫氧化反应) 和¹³CO₂减少 (CO₂已修复反应）（图1）。当不添加硝酸盐时，没有观察到这些反应。

对培养第 4、9 和 14 天的沉积物样品中提取的微生物进行 RNA 分析，结果显示来自碳酸氢盐的稳定碳同位素¹³我们鉴定了33种吸收C的微生物。其中，培养4天后代谢活性特别高的细菌是硫氧化细菌，它们负责与反硝化反应相对应的硫氧化反应。硫酸还原反应（图2）。硫氧化细菌是CO₂作为合成自身生物成分所需的碳源化能自养性别（CO）₂固定能力），而硫酸盐还原菌的自身生长则需要有机物异养发生性行为。在沉积物中，硫氧化细菌合成¹³有多种异养微生物可以利用包括碳在内的有机物，但硫酸盐还原菌除外¹³C 未导入。这些结果表明沉积物中的硫氧化细菌¹³CO₂被固定并生长，然后被硫氧化细菌固定¹³这表明含C的有机物被转移至硫酸盐还原菌并被分解。

另外，当添加硝酸盐时，会产生甲烷，这是厌氧有机物分解的最后阶段古生菌的代谢激活培养第21天观察到有机酸氧化共生菌（图3）。这表明添加硝酸盐的沉积物中停滞物质分解恢复，厌氧生态系统功能得到恢复。这些被激活的厌氧微生物是¹³未观察到碳吸收。因此，这种活化被认为是硫氧化菌和硫酸盐还原菌之间协同关系的结果。

本研究获得的结果证明了海底沉积物中硫氧化菌和硫酸盐还原菌通过碳转移的协同关系，以及由此引起的各种厌氧微生物的代谢激活，并揭示了近岸海底厌氧生态系统功能恢复的部分机制。

未来，我们将基于此次揭示的硫氧化菌和硫酸盐还原菌的合作关系，在更接近实际海底环境的条件下验证有机物分解的促进作用，旨在建立和开发沿海海底沉积物生态系统保护和管理的新技术。

◆厌氧生态系统

主要由不需要氧气生长的厌氧微生物（见下文）组成的生态系统。在地球上，大多数环境都是厌氧的，有氧环境仅限于与大气接触以及氧气渗透到水中的区域。[返回来源]

◆厌氧微生物

一种不需要氧气即可生长的微生物。[返回来源]

◆硫氧化（反应）（细菌）

微生物通过氧化硫和无机硫化合物获得能量的反应。通过这个反应，硫和无机硫化合物被氧化成硫酸根离子，负责这种氧化的细菌被称为“硫氧化细菌”。[返回来源]

◆硫酸还原（反应）（细菌）

微生物在厌氧环境中氧化和分解有机物并利用产生的电子还原硫酸盐的反应。通过该反应，硫酸盐被还原为硫离子，硫离子与硫化氢和金属离子反应生成硫化物等。负责此反应的细菌称为“硫酸盐还原菌”。[返回来源]

◆污染有机物

高度浓缩的有机物，超出了微生物的自净作用，使水变得混浊。[返回来源]

◆疏浚工作

土木工程，清除堆积在河流底部、海底等处的沙子和泥土。这项工作有望减少恶臭并改善水质。[返回来源]

◆亚洲战略“水工程”

AIST 于 2012 年启动的一项研究项目，旨在成为与确保水资源安全和有效利用相关的全球技术开发基地。目前，AIST内的七个研究单位正在共同努力推动这项活动。https://unitaistgojp/env-mri/water/ [返回来源]

◆高灵敏度同位素追踪法

原子序数相同但质量数不同的元素统称为“同位素”。环境样品中碳的稳定同位素¹³添加C标记化合物并培养一定时间后，¹³由于吸收 C 而变重的微生物核糖核酸 (RNA) 通过超速离心进行分离。使用下一代测序仪确定该 RNA 的碱基序列（见下文），并且¹³一种高灵敏度鉴定吸收 C 的微生物物种的方法。也称为“高灵敏度稳定同位素探测 (SIP) 方法”。[返回来源]

◆下一代测序仪

一种基因碱基序列解码装置，与传统方法相比，显着提高了分析速度。可以同时鉴定多个样品中所含的微生物种类，每个样品中的微生物种类从数万到数十万种，总计数千万种微生物。[返回来源]

◆音量减小

指为减少废物体积等而进行的处理。方法包括焚烧、破碎、压缩和熔化。[返回来源]

◆碳稳定同位素

碳的原子量为12，但稳定同位素碳的原子量为13。性质相同但原子量不同的元素称为同位素，非放射性且半永久稳定的同位素称为稳定同位素。[返回来源]

◆反硝化反应

在无氧的厌氧条件下还原硝酸根或亚硝酸根离子，产生N₂氧气或氮气₂释放气体的反应。[返回来源]

◆CO₂已修复

从气相等吸入的CO₂作为生物成分（碳化合物）保留。植物和一些微生物具有这种功能。[返回来源]

◆化能合成自养

自养二氧化碳₂作为合成其自身生物成分所必需的碳源。当利用无机物的氧化反应来获取合成所需的能量时，称为化能自养。当使用光能时，称为光自养。[返回来源]

◆异养

指依赖其他动植物产生的有机物来提供生长所需碳的性质。许多动物、原生生物和微生物表现出异养特性。[返回来源]

◆古细菌

生物体分为三类：真细菌、古细菌和真核生物。请注意，动物、原生生物、藻类、真菌和植物都被归类为真核生物。[返回来源]