地質地球所發現合成膠黃鐵礦磁小體的趨磁細菌

　　趨磁細菌是一類能夠沿著地磁場磁力線方向運動的微生物，在細胞基因嚴格調控下礦化合成納米級(幾十到上百納米)、尺寸均一、化學純度高、鏈狀排列的磁鐵礦(Fe3O4)或膠黃鐵礦(Fe3S4)磁小體，是生物地磁學與生物礦化研究的模式微生物。趨磁細菌廣泛分布在湖泊、海洋和瀉湖等環境中，磁小體不僅是沉積物中磁信號的載體，而且在自然界的鐵、硫、碳、氮等元素地球化學循環中起著重要作用。前人的工作表明，淡水環境中發現的趨磁細菌基本上都是合成磁鐵礦磁小體，極少見合成膠黃鐵礦磁小體。目前已發現的膠黃鐵礦磁小體僅由一些δ-變形菌綱趨磁細菌合成，但這類細菌僅發現在海洋和泄湖等咸水環境。

　　中科院地質與地球物理研究所古地磁與年代學實驗室、中-法生物礦化與納米結構聯合實驗室博士研究生王寅炤和導師潘永信研究員等，在西安護城河表層沉積物中發現種類多樣的趨磁細菌，這些微生物主要生活在化學梯度變化較大的水-沉積物界面(圖1)。基于 16S rRNA基因的系統發育分析顯示，該地點的趨磁細菌群落以δ-變形菌綱細菌為主(>50%)，具有較高的多樣性。通過透射電子顯微鏡觀測和能譜分析，發現了大量僅合成磁鐵礦磁小體趨磁細菌、僅合成膠黃鐵礦磁小體趨磁細菌以及同時合成子彈頭形磁鐵礦磁小體和不規則膠黃鐵礦磁小體的桿狀趨磁細菌。熒光原位雜交分析顯示，同時合成磁鐵礦和膠黃鐵礦磁小體的桿狀趨磁細菌屬于δ-變形菌綱的硫酸鹽還原菌(圖2)。

　　該研究首次發現δ-變形菌綱產膠黃鐵礦趨磁細菌在富硫淡水環境中分布，可能參與了硫和鐵等元素循環，具有一定環境指示意義。這類產膠黃鐵礦趨磁細菌的發現，也為判別沉積物中膠黃鐵礦的來源提供了依據。

　　該研究成果近期發表在國際微生物學期刊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)。

圖1 沉積物中S2-, SO42-, O2, PO43-, NH4+濃度和趨磁細菌隨深度變化

圖2 同時合成膠黃鐵礦和磁鐵礦磁小體趨磁桿菌的熒光原位雜交、高分辨透射電鏡及能譜分析結果