近日，廣東省科學(xué)院微生物研究所聯(lián)合中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、丹麥奧胡斯大學(xué)電微生物中心開展的電活性微生物驅(qū)動(dòng)水體沉積物元素循環(huán)機(jī)制研究取得一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)，即電纜細(xì)菌介導(dǎo)上覆水溶氧波動(dòng)影響沉積物生物地球化學(xué)循環(huán)的電動(dòng)氧氣擴(kuò)散機(jī)制（Electric Oxygen Extension，EOE）。相關(guān)研究成果以“Cable bacteria extend the impacts of elevated dissolved oxygen into anoxic sediments”為題，于1月21日在《國際微生物生態(tài)學(xué)會(huì)雜志》 (The ISME Journal)上在線發(fā)表 (DOI: 10.1038/s41396-020-00869-8)。

　　研究表明，海洋、河流、湖泊等水體中的溶解氧濃度波動(dòng)能夠顯著影響沉積物厭氧層的元素生物地球化學(xué)循環(huán)過程。這與氧氣在沉積物中的低滲透性相矛盾，傳統(tǒng)的分子擴(kuò)散理論也難以完全解釋上述現(xiàn)象。電纜細(xì)菌（Cable bacteria）是近幾年在水體沉積物中廣泛發(fā)現(xiàn)的長線狀電活性微生物，其數(shù)厘米長度的導(dǎo)電菌絲能夠跨越沉積物的有氧和厭氧層，驅(qū)動(dòng)氧氣還原耦合硫酸鹽氧化的產(chǎn)電硫氧化過程。通過長期實(shí)驗(yàn)室模擬、結(jié)合高通量測序等手段，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)上覆水溶氧濃度升高能夠顯著提高沉積物中電纜細(xì)菌的豐度和產(chǎn)電硫氧化活性，造成厭氧沉積物pH值顯著下降、硫酸根離子累積等理化因子的顯著變化；進(jìn)而影響沉積物中微生物群落組成結(jié)構(gòu)和種間互作模式變化。伴隨電纜細(xì)菌增殖，大量功能菌群（硫代謝、有機(jī)質(zhì)降解、電活性微生物等）豐度明顯上升并與電纜細(xì)菌形成緊密的互利共生網(wǎng)絡(luò)，影響沉積物中碳、硫等關(guān)鍵元素循環(huán)過程。尤其是以硫酸鹽為電子受體的硫酸鹽還原菌（Sulfate-reducing-bacteria，SRB）豐度顯著上升，其硫酸鹽呼吸耦合復(fù)雜有機(jī)質(zhì)降解活性有效促進(jìn)了沉積物中多環(huán)芳烴（PAHs）等復(fù)雜污染物的原位降解轉(zhuǎn)化。

　　該研究成果為水體沉積物中元素循環(huán)研究找到了新機(jī)理，并為受污染沉積物的原位修復(fù)提供了新思路。

　　該研究得到了國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃水圈微生物驅(qū)動(dòng)地球元素循環(huán)的機(jī)制重點(diǎn)項(xiàng)目、廣東省重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、廣東省科學(xué)院建設(shè)國內(nèi)一流研究機(jī)構(gòu)行動(dòng)專項(xiàng)資金項(xiàng)目等的資助。

　　　　（省科學(xué)院微生物所 劉飛/供稿）