环境微生物学:厌氧光合细菌生态生理学(NanoSIMS)

 Ecophysiology of anaerobic phototrophic bacteria

厌氧光合细菌生态生理学:15N和13C吸收

这篇文章证实了NanoSIMS分析单个细胞的生态生理学作用的能力,包括低丰度和低活性微生物(非培养)。

文中分析了栖息于寡营养半封流卡达钮湖(瑞士分层湖泊)的厌氧光合细菌奥氏着色菌(Chromatium okenii)、闪囊菌(Lamprocystis purpurea)和泥生绿菌(Chlorobium clathratiforme)的单个细胞对碳(H13CO3-)和氮(15NH4+)的吸收。在原位光照和温度条件下加入15N标记的铵和13C标记的碳酸氢盐后,将取自11.5米深度的水样品进行培养。 培养后,将样品与靶向三种物种的16S rRNA特定区的HRP标记的寡核苷酸探针杂交。在含氟酪胺盐沉积之后,立即用NanoSIMS对过滤物进行分析。

每个收集的数据,并行记录 12C、13C、19F、12C14N和12C15N 图像。围绕单个细胞绘制感兴趣区域(ROI),每个像素显示强度和比值。
19F图像是用于标记系统发育身份的基本FISH图像,
13C/12C和15N/14N比值图像可显示代谢活动。


Ecophysiology of anaerobic phototrophic bacteria 1

A:该线表示Redfield理论比值(C:N)为6.6
B:对总铵的贡献
C:每个族群对系统中总溶解无机碳和吸收的贡献
为计算总氮和碳吸收量,将CARD-FISH确定的每个物种的绝对丰度考虑在内

观察到相同物种的单个细胞之间的代谢率有较大变化。环境中的微生物族群丰富多样,每个个体的生理特征各不相同。
丰度最低的物种是奥氏着色菌(C. okenii),占细胞总数约0.3%,为系统贡献了50%以上的铵和碳吸收总量。这揭示了毫不起眼的微生物对环境中的氮和碳循环的重要性。

NanoSIMS  将同位素培养实验和系统发育标记(光学显微镜中的原位、元素或荧光)相结合,让微生物学家无需培养即可量化个体微生物在其环境中的代谢活性和相互作用。

资料来源:关于厌氧光合细菌生态生理学特征的单细胞观点。N. Musat等, PNAS, 2008年11月18日, 105(46).