科技日报记者 宋迎迎
3月21日，记者从中国科学院海洋研究所（以下简称“中科院海洋所”）获悉，该所研究团队基于共聚焦显微拉曼技术，通过三维定量成像实现了长期、近实时、非破坏性的微生物监测，对微生物生长和代谢情况进行可视化及定量分析，为未来分析微生物原位生物过程提供了新思路。研究成果近日发表于国际学术期刊《微生物学谱》上。为解释我国南海冷泉喷口广泛分布硫单质的成因提供了重要理论依据。
前期，中科院海洋所研究团队观测到我国南海冷泉环境中单质硫含量丰富，随后发现了冷泉细菌Erythrobacter flavus 21-3可以高效氧化硫代硫酸钠生成单质硫，并通过拉曼光谱鉴定后发现单质硫结构为环状S8，研究成果发表在生物学领域权威期刊《国际微生物生态学会杂志》上。后续，研究团队将冷泉细菌Erythrobacter flavus 21-3及其突变株布放到深海冷泉喷口附近进行原位培养，证实该菌株在深海原位环境中也能形成硫单质。
由此可见，微生物是深海硫形成和循环的重要贡献者，其介导的硫代谢的研究对于了解深海硫循环至关重要。然而，由于深海环境极端复杂，采样困难、微生物难于分离培养等因素，深海微生物的原位探测面临巨大挑战。
共聚焦显微拉曼三维成像技术拥有低成本、快速、无标签和无破坏性等优势，具有将定性、定量和可视化完美结合的潜力。研究团队构建了一套固态基底上微生物群落拉曼三维定量原位分析方法，将光学可视化与拉曼定量分析相结合，可在时间和空间两个维度上无损定量表征微生物群落代谢过程。该技术已成功应用到深海冷泉细菌Erythrobacter flavus 21-3硫代谢过程的原位监测。团队基于拉曼三维成像进行体积计算和比率分析，对不同环境下的菌落生长和代谢进行量化，发现了其生长和代谢方面不为人知的细节，为厘清深海冷泉生物群落中广泛分布的硫单质成因提供了重要技术支持。
这是研究团队首次尝试长期监测菌落在固体培养基中生长的原位无损技术，并且快速确定代谢产物，推断反应发生的途径，快速筛选产硫细菌。这一成功应用不仅证明了该方法对微生物原位过程的可视化及定量分析的潜力，也为研究深海中附着在岩石沉积物等固体表面上的微生物提供了新的思路。
