水圈微生物驱动地球元素循环的机制重大研究计划2019年度项目指南.docx

水圈微生物驱动地球元素循环的机制重大研究计划2019年度项目指南水圈环境中生活着数量巨大、遗传与代谢方式多样的微生物,它们在地球元素循环中发挥着关键的驱动作用。但是,人们对不同水圈生境中微生物的物种类群、代谢方式及其与生境相关的调控、群落形成与结构、群落代谢的生态功能以及与环境互作和演化等机制所知有限。本重大研究计划拟选择典型水圈生境,通过生命科学、地球科学、化学科学、信息科学、应用数学等学科交叉,发展和运用保真采样、富集培养、原位监测、代谢分析、计算与仿真等新概念和新方法,在细胞、群落与宏观生境三个层次上揭示水圈微生物、包括关键难培养微生物驱动碳氮硫等元素生物地球化学循环的新机制,完善生命与地球环境相互作用与协同演化的理论;同时,为应对全球变化、保护水圈生态服务功能、合理利用自然资源提供科学依据,为推动国民经济与社会的可持续发展做出贡献。一、科学目标选择水圈生境,聚焦微生物参与的碳氮硫等元素生物地球化学循环过程,发现功能微生物(群)与环境之间相互作用的新类型,揭示元素循环与能量代谢新途径及其对生态与地质过程的贡献,阐明水圈微生物驱动碳氮硫等元素生物地球化学循环的机制。二、核心科学问题本重大研究计划的核心科学问题是水圈生境中微生物驱动地球元素循环的机制。拟解决的核心科学问题如下: (一)水圈微生物参与碳氮硫等元素生物地球化学循环的宏观机制与生态效应; (二)参与碳氮硫元素循环的水圈微生物群落形成及其与环境互作的机理; (三)水圈微生物物质与能量转换和代谢的新途径及新调控机制。三、2019年度重点资助研究方向本重大研究计划聚焦“水圈生境中微生物驱动地球元素循环的机制”这一核心科学问题,研究不同水圈生境微生物群落形成、代谢规律、生态功能及环境响应与反馈的机制,加深对水圈微生物在地球元素循环中作用的综合认知。2019年度重点资助方向如下: (一)大洋重要微生物功能类群及其驱动碳氮硫循环的机制。远离大陆架的广阔海域被称为大洋,大洋是海洋的主体,约占地球表面积的50%,在地球物质循环中起着重要作用。大洋深部多为低温、高压、终年黑暗环境,还存在热液口、冷泉等多种特殊环境,蕴含大量未知微生物。该方向包括但不限于以下方面: 、固氮、温室气体代谢等过程的重要功能微生物的群落形成及其与环境互作的机制; (热液、冷泉、海底以下深部等)微生物多样性及其与环境的关系; (群)的代谢新途径及新调控机制; 。(二)近海与河口微生物驱动碳氮硫循环的机制。近海与河口是物质转化与能量流动最活跃的水圈环境之一,也是微生物与矿物交互作用形式最为多样的水圈环境。该方向包括但不限于以下方面: ; ; (特别是碳源或碳汇)的调节机制,包括对低氧区形成和消亡的影响; 。(三)微生物在流域水体(河流、湖泊、湿地等)碳氮硫循环中的驱动机制及生态效应。河流、湖泊和湿地具有高度的环境异质性和微生物群落多样性,是碳氮转化的主要场所,固定的有机碳相当于海洋固碳总量的近40%。该方