<acronym id="g62ma"><center id="g62ma"></center></acronym>

科學研究

張一迪:騰沖熱泉中微生物席沿溫度梯度的固碳速率【JGR,2020】
2020-10-12 閱讀:32

位于匯聚板塊邊界的火山地熱溫泉是地下溫室氣體向地表排放的重要途徑,但在估算地質來源CO2排放通量時,往往會忽略熱泉環境中的生物固碳。先前的研究已經表明,熱泉中存在大量能夠通過光合作用或化能合成作用固定CO2的自養型微生物,并且其代謝能力會受到環境因子的影響。然而,嗜熱微生物在熱泉碳循環中的作用尚不清楚,其固碳能力與環境參數之間的定量關系也尚未建立。

針對上述科學問題,我校極端環境生物地球化學循環求真研究群體張一迪碩士研究生在侯衛國副教授指導下,選取云南騰沖火山地熱國家地質公園中具有溫度梯度(69-75 oC)的地熱池,通過NaH13CO3原位培養和高通量測序技術,探究在不同溫度下熱泉微生物的固碳能力和固碳微生物群落結構。研究取得的新認識如下:

1. 熱泉微生物的固碳能力隨溫度升高而下降?;谔纪凰氐脑慌囵B結果表明,在溫度較低的點(69 oC)測得最高固碳速率約4637 ug C/g TOC/h,在溫度最高處(75 oC)測得最低固碳速率約138 ug C/g TOC/h;基于16sRNA的微生物群落結構分析表明,隨溫度升高微生物群落的固碳方式由光合作用轉向化能合成作用,主要表現為隨著溫度升高,光合作用微生物Cyanobacteria的占比逐漸減少(42.6% - 1.8%),化能自養微生物Aquificae逐漸升高(5.5% - 56.4%)。

2. 熱泉微生物的固碳能力在白天更為顯著。用于模擬夜間微生物固碳的黑暗對照實驗結果表明,微生物通過光合作用固碳的能力遠遠高于化能合成作用(圖1)?;谇叭藢υ摰責岢仄骄鶞囟群投趸寂欧帕康臏y量數據,我們估算微生物能夠將80%白天排放的CO2固定為有機碳。但在天黑后的一小時內,光合作用微生物吸收了約34-70%白天合成的有機碳用于呼吸代謝,這表明熱泉在夜間會向大氣中排放更多的CO2。

3. 白天的光合作用固碳速率和夜間的呼吸速率與溫度呈負指數相關關系(圖2),這表明溫度僅變化1oC就會對微生物的固碳速率產生巨大影響。這些相關性可能是由兩種機制造成的,一個是藍細菌Cyanobacteria的相對豐度與溫度之間的負相關關系,二是相關酶的活性會隨溫度的升高而下降。這種相關性對于建立全球熱泉碳預算模型有重要意義。

1 熱泉微生物固碳的累積量

a)總固碳量;(b)光合作用固碳量;(c)化學合成固碳量

2 白天總固碳速率(a)、白天光合作用固碳速率(b)和夜晚的有機碳消耗速率(c)均與溫度呈負相關

 

上述研究成果發表于國際地球物理學著名期刊《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》上Zhang Y.D., Qi X., Wang S., Wu G., Briggs B.R., Jiang H.C., Dong H.L., Hou W.G. Carbon Fixation by Photosynthetic Mats Along a Temperature Gradient in a Tengchong Hot Spring. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 2020, 125(9). [IF2019=3.406]

全文鏈接:https://doi.org/10.1029/2020JG005719


雅彩彩票