铁驱动的甲烷厌氧氧化的生物地球化学机制研究—以冲绳海槽冷泉碳酸盐岩为例

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基本信息

  • 批准号：
    91958105
  • 项目类别：
    重大研究计划
  • 资助金额：
    52.0万
  • 负责人：
    管红香
  • 依托单位：
    中国海洋大学
  • 学科分类：
    D0603.海洋地质学与地球物理学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Determining the biogeochemical mechanisms of Fe-driven anaerobic oxidation of methane (Fe-AOM) is critical to understand the methane sink of early biosphere and the effect on the biogeochemical cycles of Fe, sulfur (S) and phosphorus (P) in marine deep biosphere. Cold seep carbonates formed from Fe-AOM can be recognized through stable isotopes, elements and mineral analyses. However, the key environmental conditions differentiate Fe-AOM from SO4-AOM, evolved methanotrophic and bacterial communities, carbon fixation ways and geochemistry process of Fe-AOM remained unclear. Lipid biomarkers and the compound-specific stable carbon isotopes documented the information of microbial communities, carbon fixation and geochemistry process. Inorganic geochemistry studies identified that some seep carbonates collected from the Okinawa Trough were formed from Fe-AOM. Therefore, this project is designed to analyze the lipid biomarkers and the compound-specific stable carbon isotopes to reveal the key environmental conditions for Fe-AOM, evolved microbial communities and the geochemistry process of Fe-AOM, shedding new light on the role of Fe-AOM in the global carbon cycling and early life evolution of the Earth.
确定铁驱动的甲烷厌氧氧化（Fe-AOM）的生物地球化学机制是认识地球早期甲烷消耗方式及其对海洋Fe、S和P循环潜在影响的关键。通过同位素、元素和矿物学研究可以识别Fe-AOM成因的冷泉碳酸盐岩。然而，Fe-AOM区别于SO4-AOM的关键性环境特征，以及参与到Fe-AOM中的古菌和细菌类群、碳固定路径及其生物地球化学过程还未被证实。生物标志物及其单体碳同位素记录了微生物种群信息、碳固定路径和生物地球化学过程。对冲绳海槽冷泉碳酸盐岩的无机地球化学研究发现部分样品形成于Fe-AOM。因此，本项目拟通过对冲绳海槽Fe-AOM冷泉碳酸盐岩进行生物标志物及其单体碳同位素研究，揭示Fe-AOM区别于SO4-AOM的关键性环境特征，确定参与到Fe-AOM中的微生物类群、碳固定路径及其生物地球化学机制，为Fe-AOM在全球碳循环和地球早期生命演化中的角色和作用提供线索。

结项摘要

硫酸盐和金属驱动的甲烷厌氧氧化作用(SD-/Fe-AOM)在微生物群落、生物标志化合物、元素和同位素等方面的差异性响应机制尚不清晰。以冲绳海槽和南海甲烷渗漏区的沉积物/自生碳酸盐岩为研究对象，本项目取得了以Fe-AOM生物地球化学机制为主的一系列认识。冲绳海槽不同成因类型的碳酸盐岩蕴含差异性的生物地球化学的证据。特征性脂肪酸cyc-C17:0ω5,6的出现和变化广泛的sn2-羟基古醇/古醇比值显示文石和方解石为主的碳酸盐岩以ANME-2/ANME-1群落为主。同时该类碳酸盐岩样品含有生物碎屑壳体、强烈富集Mo元素并且富含亏损13C的甲烷厌氧氧化古菌/硫酸盐还原细菌(ANME/SRB)生物标志物。因此其主要形成于硫酸盐-甲烷转化带(SMT)，硫酸盐含量充足，由SD-AOM驱动所形成的。另外一部分样品中，脂肪酸iso-/anteiso-C15:0含量较低且碳同位素不亏损(−27‰)，指示了ANME和SRB的解耦现象。同时该类样品兼具类异戊二烯类化合物含量低、总有机质含量低、Mo不富集、富含白云石和菱铁矿以及δ56Fe值随着Fe/Al的增加而降低的特征，表明这些碳酸盐岩最有可能形成于SMT下方或底部，以ANME-1群落为主导，并由Fe-AOM驱动形成。此外，追踪AOM生物地球化学过程中，发现冲绳海槽冷泉区沉积柱存在新老两期冷泉渗漏事件，古冷泉事件发生于8.2至4.5 ka B.P. 期间，持续了约3.5 ka，流体极可能来自于底层水温度升高诱发的水合物分解；而正在发生的冷泉活动则至少始于1.0 ka以前，主要是由构造断层控制的流体渗漏活动形成的。在南海海马冷泉，柱状沉积物完整保存了甲烷厌氧氧化、甲烷有氧氧化和非甲烷烃类化合物的氧化作用及其相关生标记录。同时在海马冷泉碳酸盐岩中，鉴定了一类新的单醚类化合物sn2-/sn3-O-hydroxyphytanyl-glycerol monoethers，极大扩充了对冷泉生物标志物的认识。活动冷泉广泛发育的无脊椎动物也是冷泉有氧氧化消耗甲烷的重要载体。研究发现宿主主要从共生菌获得碳源和能量，但也会从周围环境捕获或过滤有机物来补充营养，并与共生菌进行双向能量传递，研究初步揭示了冷泉宏生物的碳利用和营养策略。

项目成果

期刊论文数量（11）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Diagenetic fate of glycerol ethers revealed by two novel isoprenoid hydroxyphytanyl glycerol monoethers and non-isoprenoid alkyl glycerol ethers
两种新型类异戊二烯羟基植烷基甘油单醚和非类异戊二烯烷基甘油醚揭示了甘油醚的成岩命运
  • DOI：
    10.1016/j.orggeochem.2021.104344
  • 发表时间：
    2021-11
  • 期刊：
    Organic Geochemistry
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Xu Lanfang;Guan Hongxiang;Su Zheng;Liu Lihua;Tao Jun
  • 通讯作者：
    Tao Jun
Paleoclimate Records of the Middle Okinawa Trough Since the Middle Holocene: Modulation of the Low-Latitude Climate
中全新世以来冲绳海槽中部的古气候记录：低纬度气候的调节
  • DOI：
    10.3389/feart.2022.799280
  • 发表时间：
    2022-03
  • 期刊：
    Frontiers in Earth Science
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Lei Liu;Hongxiang Guan;Lanfang Xu;Zhilei Sun;Nengyou Wu
  • 通讯作者：
    Nengyou Wu
Lipid biomarker patterns reflect seepage activity and variable geochemical processes in sediments from the Haima cold seeps, South China Sea.
脂质生物标志物模式反映了南海海马冷泉沉积物中的渗流活动和可变的地球化学过程
  • DOI：
    10.1016/j.palaeo.2021.110742
  • 发表时间：
    2021-01-01
  • 期刊：
    Palaeogeography Palaeoclimatol. Palaeoecol
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Guan
  • 通讯作者：
    Guan
Determining the double-bond positions of monounsaturated compounds in the alcohol fraction in seep carbonate
确定渗透碳酸盐中醇馏分中单不饱和化合物的双键位置
  • DOI：
    10.1016/j.chroma.2022.463009
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Journal of Chromatography A
  • 影响因子：
    4.1
  • 作者：
    Lanfang Xu;Hongxiang Guan;Lei Liu;Shengyi Mao;Junxi Feng;Zheng Su;Lihua Liu
  • 通讯作者：
    Lihua Liu
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
  • DOI：
    10.19700/j.0379-1726.2021.03.007
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    地球化学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘磊;管红香;许兰芳;茅晟懿;刘丽华;陈宗恒;陶军
  • 通讯作者：
    陶军

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其他文献

南海北部末次冰盛期晚期以来冰融水与气候事件记录:长链脂肪醇陆源输入指示
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    --
  • 作者：
    朱小畏;吴能友;孙永革;管红香
  • 通讯作者：
    管红香
东沙海域SMI与甲烷通量的关系及对水合物的指示
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    地球科学-中国地质大学学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    张美;管红香;付少英;杨睿
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    杨睿
span style=font-family:宋体;font-size:12pt;南海北部冷泉碳酸盐岩中系列藿烷酸的检出及意义/span
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  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    地球科学-中国地质大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    管红香;吴能友, 茅晟懿, 朱小畏, 邬黛黛, 杨胜雄
  • 通讯作者：
    吴能友, 茅晟懿, 朱小畏, 邬黛黛, 杨胜雄
珠江口盆地Site4B柱状沉积物中长链烷基二醇和酮醇类化合物的检出及意义
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    孙永革;茅晟懿;管红香;吴能友
  • 通讯作者：
    吴能友
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    中国科学:地球科学
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    --
  • 作者：
    贾国东;孙永革;管红香;邬黛黛
  • 通讯作者：
    邬黛黛

其他文献

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管红香的其他基金

冷泉系统甲烷消耗过程的氢利用及其生物地球化学记录
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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