(資料圖片)
3月21日，記者從中國科學(xué)院海洋研究所（以下簡稱“中科院海洋所”）獲悉，該所研究團隊基于共聚焦顯微拉曼技術(shù)，通過三維定量成像實現(xiàn)了長期、近實時、非破壞性的微生物監(jiān)測，對微生物生長和代謝情況進行可視化及定量分析，為未來分析微生物原位生物過程提供了新思路。研究成果近日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《微生物學(xué)譜》上。為解釋我國南海冷泉噴口廣泛分布硫單質(zhì)的成因提供了重要理論依據(jù)。
前期，中科院海洋所研究團隊觀測到我國南海冷泉環(huán)境中單質(zhì)硫含量豐富，隨后發(fā)現(xiàn)了冷泉細(xì)菌Erythrobacter flavus 21-3可以高效氧化硫代硫酸鈉生成單質(zhì)硫，并通過拉曼光譜鑒定后發(fā)現(xiàn)單質(zhì)硫結(jié)構(gòu)為環(huán)狀S8，研究成果發(fā)表在生物學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《國際微生物生態(tài)學(xué)會雜志》上。后續(xù)，研究團隊將冷泉細(xì)菌Erythrobacter flavus 21-3及其突變株布放到深海冷泉噴口附近進行原位培養(yǎng)，證實該菌株在深海原位環(huán)境中也能形成硫單質(zhì)。
由此可見，微生物是深海硫形成和循環(huán)的重要貢獻(xiàn)者，其介導(dǎo)的硫代謝的研究對于了解深海硫循環(huán)至關(guān)重要。然而，由于深海環(huán)境極端復(fù)雜，采樣困難、微生物難于分離培養(yǎng)等因素，深海微生物的原位探測面臨巨大挑戰(zhàn)。
共聚焦顯微拉曼三維成像技術(shù)擁有低成本、快速、無標(biāo)簽和無破壞性等優(yōu)勢，具有將定性、定量和可視化完美結(jié)合的潛力。研究團隊構(gòu)建了一套固態(tài)基底上微生物群落拉曼三維定量原位分析方法，將光學(xué)可視化與拉曼定量分析相結(jié)合，可在時間和空間兩個維度上無損定量表征微生物群落代謝過程。該技術(shù)已成功應(yīng)用到深海冷泉細(xì)菌Erythrobacter flavus 21-3硫代謝過程的原位監(jiān)測。團隊基于拉曼三維成像進行體積計算和比率分析，對不同環(huán)境下的菌落生長和代謝進行量化，發(fā)現(xiàn)了其生長和代謝方面不為人知的細(xì)節(jié)，為厘清深海冷泉生物群落中廣泛分布的硫單質(zhì)成因提供了重要技術(shù)支持。
這是研究團隊首次嘗試長期監(jiān)測菌落在固體培養(yǎng)基中生長的原位無損技術(shù)，并且快速確定代謝產(chǎn)物，推斷反應(yīng)發(fā)生的途徑，快速篩選產(chǎn)硫細(xì)菌。這一成功應(yīng)用不僅證明了該方法對微生物原位過程的可視化及定量分析的潛力，也為研究深海中附著在巖石沉積物等固體表面上的微生物提供了新的思路。
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