许多微生物能够诱导、影响和控制矿物的形成,它们的化学成分、形态、结构和功能非常多样。铁、锰氧化菌在深海热液环境的矿物形成过程中扮演着重要的角色,是全球地球化学循环的重要组成部分。本文以南大西洋中脊热液区沉积物为研究对象,利用地球化学、矿物学、分子生物学、电子显微技术和NanoSIMS等方法,对微生物的铁氧化和锰氧化进行了系统的分析,以期深入理解富Fe-Mn-Si低温热液沉积物的无机或生物成因机制,并且尝试探讨热液环境中铁氧化菌和锰氧化菌潜在的协同共生关系。地球化学和矿物学特征显示该沉积物属于典型的低温热液产物,流体在沉淀过程中可能受到了海水的影响,稀土元素分馏可能受微生物活动的影响,有轻微的Ce和Eu负异常,主要矿物是二线水铁矿、水钠锰矿、羟锰矿、水羟锰矿和斜绿泥石。微区显微结构发现,红色氧化层中含有大量生物作用形成的Y字形、树枝状、螺旋状、不规则扭曲丝状、管状鞘体和螺旋飘带状等富铁结构,荧光染色表明它们是铁氧化菌胞外矿化的结果;黑色氧化层中有许多似微生物形态的富Mn球状颗粒以及富 Fe-Si的不规则丝状结构等。元素分析显示它们大部分是以Fe-Si以及Fe-Mn-Si组成,它们的沉积可能受微生物作用的影响。对铁氧化结构中纳米纤维丝状聚合物的TEM-SAED表明,弱结晶态的二线水铁矿是其主要成分。通过nanoSIMS在纳米微尺度上表征铁氧化菌及其胞外结构原位元素和同位素分布,细胞上元素C、N分布最明显,而胞外结构以元素Fe、Mn为主,它们都相对富集轻同位素12C14N—和12C—。另外,样品通过立体显微镜、光学显微镜以及扫描电镜的空间关系显示,生物成因的铁氧化物和锰氧化物之间并不是独立存在的两个微观世界,它们常紧密吸附联接在一起,富锰球状颗粒与其周围的铁氧化结构交错缠绕,NanoSIMS的分析结果也印证这种关系,我们推测在寡营养的低温热液沉积环境中铁氧化菌和锰氧化菌可能潜在的协同作用在一起,而分子生物学的实验中,获得的嗜中性Fe、Mn氧化菌的克隆子更有力地证明了这一推论。