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地质地球所发现淡水环境中合成胶黄铁矿磁小体的趋磁细菌

来源:地质与地球物理研究所 作者: 2013-4-17

摘要: 趋磁细菌是一类能够沿着地磁场磁力线方向运动的微生物,在细胞基因严格调控下矿化合成纳米级(几十到上百纳米)、尺寸均一、化学纯度高、链状排列的磁铁矿(Fe3O4)或胶黄铁矿(Fe3S4)磁小体,是生物地磁学与生物矿化研究的模式微生物。趋磁细菌广泛分布在湖泊、海洋和泻湖等环境中,磁小体不仅是沉积物中磁信号的载体,......


趋磁细菌是一类能够沿着地磁场磁力线方向运动的微生物,在细胞基因严格调控下矿化合成纳米级(几十到上百纳米)、尺寸均一、化学纯度高、链状排列的磁铁矿(Fe3O4)或胶黄铁矿(Fe3S4)磁小体,是生物地磁学与生物矿化研究的模式微生物。趋磁细菌广泛分布在湖泊、海洋和泻湖等环境中,磁小体不仅是沉积物中磁信号的载体,而且在自然界的铁、硫、碳、氮等元素地球化学循环中起着重要作用。前人的工作表明,淡水环境中发现的趋磁细菌基本上都是合成磁铁矿磁小体,极少见合成胶黄铁矿磁小体。目前已发现的胶黄铁矿磁小体仅由一些δ-变形菌纲趋磁细菌合成,但这类细菌仅发现在海洋和泄湖等咸水环境。

中科院地质与地球物理研究所古地磁与年代学实验室、中-法生物矿化与纳米结构联合实验室博士研究生王寅炤和导师潘永信研究员等,在西安护城河表层沉积物中发现种类多样的趋磁细菌,这些微生物主要生活在化学梯度变化较大的水-沉积物界面(图1)。基于16S rRNA基因的系统发育分析显示,该地点的趋磁细菌群落以δ-变形菌纲细菌为主(>50%),具有较高的多样性。通过透射电子显微镜观测和能谱分析,发现了大量仅合成磁铁矿磁小体趋磁细菌、仅合成胶黄铁矿磁小体趋磁细菌以及同时合成子弹头形磁铁矿磁小体和不规则胶黄铁矿磁小体的杆状趋磁细菌。荧光原位杂交分析显示,同时合成磁铁矿和胶黄铁矿磁小体的杆状趋磁细菌属于δ-变形菌纲的硫酸盐还原菌(图2)。

该研究首次发现δ-变形菌纲产胶黄铁矿趋磁细菌在富硫淡水环境中分布,可能参与了硫和铁等元素循环,具有一定环境指示意义。这类产胶黄铁矿趋磁细菌的发现,也为判别沉积物中胶黄铁矿的来源提供了依据。

该研究成果近期发表在国际微生物学期刊Applied and Environmental Microbiology(Wang et al. High diversity of the magnetotactic Deltaproteobacteria in a freshwater niche. Applied and Environmental Microbiology, 2013, 79(8): 2813-2817)。


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