深海洋壳占据了地球表面约65%的区域。前人的研究表明，洋壳的顶层约500米的区域主要由多孔隙和裂纹的玄武岩构成。含氧的底层海水通过海水循环作用流经洋壳，其容量约占全球海水容量的2%，构成了地球上最大的蓄水层。然而受到采样装备和探测技术的限制，对洋壳中的生物学过程研究较少。虽然最近几年的研究发现高温（65℃）、厌氧的洋壳中存在活跃的微生物类群，但是对更具有代表性的低温（5-25℃）、有氧的洋壳环境中的微生物世界却几乎一无所知。本研究通过对综合大洋钻探计划（Integrated Ocean Drilling Program，缩写为IODP）第336航次采集自大西洋中脊西侧翼North Pond（NP）的玄武岩洋壳样品进行系统地微生物学研究，旨在揭示以NP为代表的低温、有氧玄武岩洋壳中的微生物含量、分布、物种多样性以及代谢潜能，并验证如下在洋壳生物圈研究领域科学家们普遍关心的假说：（1）洋壳中栖息着独特的微生物类群，其受控于洋壳原位的地球化学和物理学环境条件；（2）氮源是限制洋壳微生物生长的关键因子之一；（3）微生物的铁氧化作用是支撑洋壳生态系统的重要能量代谢途径，对全球洋壳的风化作用起到重大贡献。　　本研究通过运用改良的微生物提取方法，成功统计出NP洋壳U1383C钻孔的玄武岩样品中微生物含量约为104 cells cm-3，并发现微生物的丰度在钻孔深度为115-145 mbsf的区域内达到最大。添加碳源（碳酸氢盐、乙酸和甲烷）和/或氮源（硝酸盐和铵盐）的富集培养实验表明，外源氮源的添加显著刺激了洋壳微生物的生长，而且添加氮源的富集物样品中的微生物具有相对较高的胞内DNA含量，氮源富集物溶液也具有相对较高的铁氧化状态，暗示了氮源是洋壳微生物生长的限制因子之一。　　本研究通过运用高通量测序微生物16S rRNA基因的方法分析了NP洋壳微生物的群落组成，发现采集自不同深度的玄武岩样品中的细菌群落组成非常相似，它们主要是来自 Gammaproteobacteria的Marinobacter和来自 Sphingobacterial的Sediminibacterium。系统发育分析表明，一些主导类群和少数类群的16S rRNA基因序列与已知的化能自养铁氧化微生物的序列非常相近（序列相似度>98%），暗示了洋壳微生物可能参与铁氧化作用。此外，本研究通过宏基因组测序分析进一步表明洋壳微生物存在与铁氧化、氢氧化、碳氢化合物降解、硝酸盐还原产氨和反硝化等相关的自养和异养能量代谢途径。通过与来源于其他海洋环境的宏基因组样品的比较宏基因组学分析发现，NP宏基因组中与三价铁吸收、铁载体合成与吸收，以及铁转运相关的代谢途径基因丰度相对较高，暗示了与铁元素相关的代谢途径是洋壳微生物重要的产能和储能机制。　　此外，本研究运用Gradient tube分离方法，经过长达两年的时间成功从洋壳样品中分离出7株可以在中性pH条件下氧化铁的兼性自养微生物，它们分别来自于Halomonas，Idiomarina，Mameliella，Marinobacter（两株），Sulfitobacter和Thalassospira属。其中两株来自洋壳样品中主导细菌类群Marinobacter属的Marinobacter sp. NP-4和Marinobacter sp. NP-6被证实是混合营养类型的中性铁氧化菌。高压培养实验表明Marinobacter sp. NP-4在高静水压条件下（20 MPa）的单细胞铁氧化速率高于常压条件（0.1 MPa），暗示其对高压环境的适应性及其深海来源的特性。此外，通过对这两株Marinobacter细菌的全基因组测序以及与已报道的三株非洋壳来源的Marinobacter菌的基因组进行比较分析发现，洋壳来源的两株Marinobacter菌的基因组中与碳水化合物和氨基酸代谢相关的基因相对富集，暗示了其对洋壳寡营养环境的适应性。　　总之，本研究首次明确表明低温、有氧的NP玄武岩洋壳中含有独特、活跃的微生物类群，这些微生物很可能参与了与铁元素循环相关的洋壳风化作用。此外，外源氮源的添加可以刺激微生物的生长，暗示氮源的缺乏是洋壳生物圈中微生物生长的潜在限制因子之一。本研究全面、系统地阐述了NP深部生物圈中洋壳微生物的丰度、分布、群落结构及其代谢特点，这是第一次对代表全球洋壳更广阔区域的低温、有氧的洋中脊侧翼生态系统的洋壳开展的微生物学研究，丰富了深部生物圈研究领域对微生物参与的洋壳风化作用及洋壳微生物对全球生物地球化学元素循环的贡献的认知，同时将对后人继续研究洋壳生态系统和洋壳微生物参与的地球化学元素循环的功能提供指导作用。