来自海底沉积界面以下以深部有机质转化的碳氢化合物（甲烷为主）、水、硫化氢等为主要成分的低温流体——冷泉，在向海底面运移的同时会滋养大量生物群落。冷泉渗漏区常常存在一个重要的地球化学带，硫酸盐甲烷转换带（SMTZ，Sulfate-Methane Transiton Zone），在SMTZ主要由甲烷厌氧氧化古菌和硫酸盐还原细菌共同参与甲烷厌氧氧化和硫酸盐还原过程，这会促使自生碳酸盐矿物的沉淀。我国南海是世界海底天然气水合物和冷泉发育的海域之一，海底天然气水合物的赋存和冷泉发育具有密切的伴生关系，冷泉区海底常发育有埋藏浅、饱和度高的天然气水合物。地质微生物在生物地球化学循环过程中扮演着重要角色，如甲烷的产生和氧化，碳酸盐的形成，以及氮、硫等元素循环。目前与冷泉相关的地质微生物学研究已经发展成为国内外的科学热点，然而对水合物站位沉积物中微生物多样性及其功能的研究鲜有报道。
针对上述科学问题，我校海洋学院崔鸿鹏博士后在博士导师苏新教授、博士后合作导师董海良教授指导下，以南海第二次水合物钻探GMGS2-08站位海底以下深度约100米处沉积物中的上部（SMTZ和上部水合物层）、下部（自生碳酸盐岩层和下部水合物层）两个冷泉系统为研究对象，通过对15个层位样品的古菌、细菌群落结构进行多样性分析，并进一步解析获得以下创新性认识：
1、相对于其他海域水合物层微生物群落的研究，不同的是在南海GMGS2-08站位水合物层发现相对含量较高的古菌Hadesarchaea、ANME-1b和细菌Aerophobetes类群；
2、甲烷厌氧氧化过程不仅发生在SMTZ，也可能发生在水合物层中；
3、细菌群落结构在水合物层和非水合物层存在明显差异（P<0.05），其中Aerophobetes和Gammaproteobacteria在水合物层相对含量较高，Clostridia、Bacilli (Firmicutes phylum)， Bacteroidia (Bacteroidetes phylum)，Acidobacteria和Cyanobacteria在非水合物层相对含量较高。
该研究为深入了解冷泉系统中微生物多样性及其潜在的功能提供了新的记录和认识，并首次揭示了我国南海东北部水合物钻探区水合物层和非水合物层微生物群落结构的差异，这些认识不仅有助于探究微生物与甲烷喷溢、流体活动以及天然气水合物形成、分解等相关科学问题，同时也为了解南海深部生物圈提供了更加丰富的数据支持和帮助。

图1 GMGS2水合物钻探区GMGS2-08站位位置图

图2 GMGS2-08站位不同深度样品古菌、细菌群落结构图(A)及随深度变化图(B)

图3 GMGS2-08站位不同区域样品古菌(A)、细菌(B)群落NMDS聚类分析图

图4 GMGS2-08站位非水合物层(SMTZ，自生碳酸盐岩层和其他) 和水合物层
(上部水合物层和下部水合物层) 差异细菌类群
(* 0.01 < P value <= 0.05; ** 0.001< P value <= 0.01; *** P value <= 0.001)
上述研究成果发表在海洋科学领域国际一流刊物《Marine Environmental Research》上：Cui Hongpeng, Su Xin, Chen Fang, Melanie Hollande, Yang Shengxiong, Liang Jinqiang, Su Pibo, Dong Hailiang, Hou Weiguo. Microbial diversity of two cold seep systems in gas hydrate-bearing sediments in the South China Sea [J]. Marine Environmental Research, 2019, 144: 230-239. (IF=3.159, 2017)
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2019.01.009

附件20190614140743713782.pdf(1.8927593MB)