海洋中微生物的多样性与生物地球化学循环
海洋占地表面积的71%以上，其中微生物是海洋生态系统中不可或缺的组成部分之一。微生物包括细菌、古菌、病毒、真菌等种类众多的生物群落。在海洋生态系统中，微生物的多样性高，数量大，功能复杂，对于维持海洋的生物地球化学循环和生态系统的平衡具有重要作用。
1. 微生物的多样性
海洋生态系统中细菌和古菌所占生物多样性的比例非常大。它们分解了海洋浮游有机物的一部分并转化为溶解态有机碳和营养盐，进而为海洋食物链的其他生物提供了营养物质。海洋中的细菌和古菌的数量和种类都非常多，不同的生存环境中会有不同菌种的存在，例如深海区域会有嗜温菌、热泉有嗜热菌等。此外，病毒是海洋微生物群落中非常重要的一部分，它们在细菌和古菌种群的控制中起着至关重要的作用。
2. 微生物在生物地球化学循环中的作用
海洋生态系统中的微生物在生物地球化学循环中发挥着非常重要的作用。其中最主要的就是海洋碳循环和氮循环。
(1) 碳循环
海洋中的微生物通过分解细胞残骸和有机物，释放出大量的二氧化碳到海水中。同时，微生物又可以通过光合作用的反作用把二氧化碳转化为有机物，提高海洋的碳同化能力。除此之外，微生物还通过碳同化作用把细菌体内的有机物转化为溶解态有机碳，形成食物链下层的巨大碳库，其中大约有90%的有机质来自于微生物世界。
(2) 氮循环 微生物在氮循环中扮演着非常重要的角色，包括硝化细菌、反硝化细菌、固氮细菌和蓝藻等。其中，硝化细菌通过氨氧化、亚硝化反应，将氨作为底物氧化成为亚硝酸和硝酸盐，提高海洋的溶解态氮含量；反硝化细菌可以还原硝酸盐和亚硝酸盐为氮气和二氧化氮，同时还可以利用有机物质代替硝酸盐和亚硝酸盐进行反硝化作用；固氮细菌利用分子氮转化为氨，提高了海洋的氨含量，同时又为植物提供了氮源。
3. 微生物的生态适应性
海洋中微生物群落生存所面临到的种种压力，例如高盐度、低温度、高压力以及不同的生境中存在的高热流、低热流等，为微生物的生态适应性进一步加强提供了可能。微生物在这些生态压力的不断适应变化中，发展出各种策略和特性。例如在深海较深处生存的细菌多为厌氧性的硝酸盐还原细菌和同时具有厌氧和嫌氧能力的细菌，它们可以利用多种不同的底物进行生产能量和维持生存所需的反应。此外，一些微生物还可以形成一种生物膜来抵御各种环境压力，以实现其生长和繁殖。
第50卷 第3期 Vol.50, No.3, 294–304 2021年5月 GEOCHIMICA May, 2021
收稿日期(Received): 2019-08-20; 改回日期(Revised): 2019-11-07; 接受日期(Accepted): 2019-11-13 基金项目: 国家自然科学基金(91958105); 青岛海洋科学与技术国家实验室开放基金(QNLM2016ORP0210) 作者简介: 刘磊(1993–), 男, 硕士研究生, 海洋地质专业。E-mail: liulei@ * 通讯作者(Corresponding author): GUAN Hong-xiang, E-mail: guanhongxiang@; Tel: +86-20-532-66781971 Geochimica ▌ Vol. 50 ▌ No. 3 ▌ pp. 294–304 ▌ May, 2021 南海冷泉活动区双壳类生物中单不饱和脂肪酸 双键位置的确定及其意义
刘 磊1,3, 管红香1*, 许兰芳1,3, 茅晟懿1, 刘丽华1, 陈宗恒2, 陶 军2 (1. 中国科学院 广州能源研究所 天然气水合物重点实验室, 广东 广州 510640; 2. 广州海洋地质调查局 广东 广州 510075; 3. 中国科学院大学, 北京 100049) 摘 要: 本次研究对南海冷泉活动区福尔摩沙脊(F站位)、海马冷泉环境中与甲烷有氧氧化菌共生的贻贝(分别为Bathymodiolus platifrons和Gigantidas haimaensis), 以及与硫氧化菌共生的蛤(Archivesica marissinica)腮组织中的单不饱和脂肪酸进行了结构鉴定。结果发现, 贻贝鳃组织中存在C16∶1ω9、C16∶1ω8和C18∶1ω8脂肪酸, 同时C16∶1ω8的含量远远高于C18∶1ω8, 这说明与贻贝共生的为Ⅰ型甲烷有氧氧化菌。在蛤腮组织中, 单不饱和脂肪酸C16∶1ω7、C18∶1ω7和C20∶1ω7含量极高, 表明ω7脂肪酸来源于硫氧化菌。同时, 贻贝和蛤鳃中含有大量多不饱和脂肪酸, 如C20∶2和C22∶2。在同一样品中来源于共生菌的单不饱和脂肪酸和来源于宿主的多不饱和脂肪酸具有相近的δ13C值, 表明宿主从共生菌或共生菌代谢产物中获得碳源和营养。Ⅰ型甲烷有氧氧化菌在贻贝腮组织中广泛存在, 指示F站位和海马冷泉活动区冷泉流体渗漏强度较弱。确定单不饱和脂肪酸的类型是判断双壳共生菌种类的基础。双壳类共生菌类型的识别, 可以帮助理解共生体与宿主之间碳源和能量的转化关系、冷泉环境中甲烷的消耗过程如碳同化途径、碳循环等。 关键词: 单不饱和脂肪酸; 二甲基二硫化合物; 顺或反异构; 稳定碳同位素; 南海 中图分类号: P593; X142 文献标识码: A 文章编号: 0379-1726(2021)03-0294-11 DOI: 10.19700/j.0379-1726.2021.03.007 Determination of double bond position in monounsaturated fatty acid in bivalves in active cold seeps of South China Sea and its significance LIU Lei1,3, GUAN Hong-xiang1*, XU Lan-fang1,3, MAO Sheng-yi1, LIU Li-hua1, CHEN Zong-heng2 and TAO Jun2 1. Key Laboratory of Gas Hydrate, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 2. China Guangzhou Marine Geological Surveys, Guangzhou 510075, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China Abstract: In this study, the structures of monounsaturated fatty acids were analyzed in gill tissues of two mussels (B. platifrons and G. haimaensis) and one clam (A. marissinica), symbiotic with methanotrophic and thiotrophic bacteria, respectively. The results showed that C16∶1ω9, C16∶1ω8, and C18∶1ω8 were present in the gill tissues of both mussels, and the content of C16 : 1ω8 was much higher than that of C18∶1ω8, indicating that type I methanotrophic bacteria were predominant in the gill tissues of mussels. In the clam gill tissue, the content of monounsaturated fatty acids C16∶1ω7, C18∶1ω7, and C20∶1ω7 were extremely high, indicating the presence of thiotrophic bacteria. At the same time, mussel and clam gill tissues contained a large amount of polyunsaturated fatty acids, such as C20∶2 and C22∶2. In the same sample, the monounsaturated fatty acids derived from symbiotic bacteria and the polyunsaturated fatty acids of the host exhibited similar δ13C values, which suggests the host obtained nutrition 第3期 刘 磊等: 南海冷泉活动区双壳类生物中单不饱和脂肪酸双键位置的确定及其意义 295
微生物地球化学循环
微生物地球化学循环是指微生物在地球上参与各种物质的循环过程。微生物是地球上最早出现的生物，它们可以通过代谢作用将大量的无机物质转化为有机物质，同时也可以将有机物质分解成无机物质。微生物地球化学循环对地球上的物质循环起着重要的作用。
微生物在碳循环中起到了关键的作用。微生物通过光合作用和呼吸作用，可以将大气中的二氧化碳转化为有机物质，并释放出氧气。这些有机物质可以通过食物链传递到其他生物体内，最终又被微生物分解成二氧化碳释放到大气中。微生物还可以通过分解有机物质释放出二氧化碳，促进碳循环的进行。
微生物在氮循环中也发挥着重要的作用。氮是生物体内重要的组成成分，但大气中的氮气对大多数生物来说是无法利用的。微生物通过固氮作用将大气中的氮气转化为氨，再通过反硝化作用将氨转化为亚硝酸盐和硝酸盐。这些化合物可以被植物吸收利用，从而进入食物链，最终又被微生物分解成氮气释放到大气中。微生物在氮循环中起到了媒介的作用，促进了氮的转化和利用。
微生物在硫循环中也扮演着重要角色。硫是生物体内的重要元素，微生物通过硫酸还原作用将硫酸盐还原成硫化物，从而促进了硫循环的进行。硫化物可以通过微生物的代谢被转化为硫酸盐，再被植物吸收利用。微生物还可以通过氧化作用将硫化物转化为硫酸盐，从而使硫循环得以继续进行。
除了碳、氮和硫循环，微生物还参与了多种其他元素的循环过程。例如，微生物在磷循环中通过磷酸化作用将无机磷转化为有机磷，从而促进了磷的循环。微生物还参与了铁、锰、钾、钙等元素的循环过程。这些元素对生物体的生长和发育具有重要的影响，微生物地球化学循环对维持地球上生态系统的稳定起着至关重要的作用。
微生物地球化学循环是地球上各种物质循环的重要过程。微生物通过代谢作用将大量的无机物质转化为有机物质，促进了碳、氮、硫等元素的循环。微生物还参与了多种其他元素的循环过程，维持了地球上生态系统的稳定。微生物地球化学循环的研究对于深入了解地球生物地球化学过程具有重要意义，也对于环境保护和生态恢复具有指导作用。
第48卷 第1期 Vol.48, No.1, 88–99 2019年1月 GEOCHIMICA Jan., 2019
收稿日期(Received): 2018-01-04; 改回日期(Revised): 2018-03-19; 接受日期(Accepted): 2018-03-29 基金项目: 国家自然科学基金(41806074, 41730528, 41602149, 41576053); 中国地质调查项目(DD20160217) 作者简介: 吴宗洋(1992–), 男, 硕士研究生, 有机地球化学专业。E-mail: 634326963@ * 通讯作者(Corresponding author): LIANG Qian-yong, E-mail: tomlqy@; Tel: +86-20-89851793 Geochimica ▌ Vol. 48 ▌ No. 1 ▌ pp. 88–99 ▌ Jan., 2019 南海珠江口盆地西部海域海马冷泉区表层沉积物的生物标志物特征
吴宗洋1,3, 梁前勇2*, 蒋文敏1,3, 赵 静2, 李 芸1, 熊永强1 (1. 中国科学院 广州地球化学研究所, 广东 广州 510640; 2. 中国地质调查局 广州海洋地质调查局, 广东 广州 510760; 3. 中国科学院大学, 北京 100049) 摘 要: 2015年3月, 我国用自主研制的“海马”号4500 m级非载人遥控潜水器, 首次发现了海底巨型活动性“冷泉”——“海马冷泉”。为揭示冷泉区地表沉积物中地质微生物的发育和演化特征, 本研究选择海马冷泉区3个站位表层沉积物样品(活动冷泉区ROV1、ROV2和背景区QDN22), 对其中的地质微生物标志物进行对比研究, 探讨海底表层沉积物甲烷缺氧氧化作用(AOM)的发育状况。研究表明, 冷泉区表层沉积物中存在强烈地与甲烷相关的微生物活动, 主要表现在: (1) 相对增高的总有机碳(TOC)含量和明显偏负的13Corg值; (2) 发育大量与AOM有关的生物标志物, 如带13个环戊烷结构的类异戊二烯类甘油二烷基甘油四醚脂(iso-GDGTs)、一些特殊的类异戊二烯烷烃(如2, 6, 11, 15-四甲基十六烷(Crocetane)、2, 6, 10, 15, 19-五甲基二十烷(PMI)和2, 6, 10, 15, 19, 23-六甲基二十四烷(Squalane))以及C15:0和C17:0异构/反异构脂肪酸等, 表明海底存在一定的甲烷渗漏; (3) 冷泉区ROV2站位的生物标志物含量和碳同位素组成表明, 此站位表层沉积物AOM作用更强, 指示其下部可能存在更大甲烷通量。 关键词: 海马冷泉; 甲烷缺氧氧化作用; GDGTs; 类异戊二烯烷烃; 脂肪酸 中图分类号: P593 文献标识码: A 文章编号: 0379-1726(2019)01-0088-12 DOI: 10.19700/j.0379-1726.2019.01.008 Biomarkers characteristics in surface sediments in the Haima cold seep on the northwestern area of Pearl River Mouth Basin, South China Sea WU Zong-yang1,3, LIANG Qian-yong2*, JIANG Wen-min 1,3, ZHAO Jing2, LI Yun1 and XIONG Yong-qiang1 1. Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 2. Guangzhou Marine Geological Survey, China Geological Survey, Guangzhou 510760, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China Abstract: During March 2015, China Geological Survey discovered a giant “cold seep” in the seabed, the “Haima Cold Spring,” via the “Haima” 4500 m remote operated vehicle (ROV) for the first time. To show the chara-cteristics of the development and evolution of the geo-microorganisms in the surface sediments of the cold seep area, three surface sediment samples (ROV1 and ROV2 in the active area and QDN22 in the background) from the Haima cold seep were selected to compare the microbial biomarker compounds in the surface sediments to investigate the effects of the anoxic oxidation of methane (AOM) developmental status. The results show that there is strong methane-related microbial activity in the surface sediments of the cold seep areas, mainly reflected in the following aspects: (1) relatively high total organic carbon content and significantly depleted 13Corg value; (2) a large number of recovered biomarkers related to AOM, such as iso-GDGTs with 1 to 3 cyclopentane structures, some special isoprene alkanes (Such as 2, 6, 11, 15-tetramethylhexadecane (Crocetane), 2, 6, 10, 15, 19-pentamethyldicosane (PMI) and 2, 6, 10, 15, 19, 23-hexamethylditetradecane (Squalane)), and C15:0/C17:0 iso/ 第1期 吴宗洋等: 南海珠江口盆地西部海域海马冷泉区表层沉积物的生物标志物特征 89
