地热生境中硫循环微生物研究进展——对早期地球生命过程的启示

地热生境具有高温、缺氧等特点,与早期地球环境条件相似。因此,现代地热生境中嗜热菌可作为研究对象用来探讨地球早期生命与环境协同演化过程。微生物介导的硫循环过程是早期地球主要的生物地球化学过程之一。因此,研究地热生境微生物介导的硫循环及其耦合的相关元素循环过程,有助于我们理解早期地球硫元素生物地球化学循环过程及其环境效应。本文综述了地热生境中硫循环微生物多样性特征及其影响因素,以及与硫循耦合的碳、氮、铁循环的微生物过程;结合地球早期的环境条件以及对应的地层中的同位素地质记录,探讨了地球早期微生物介导的硫循环过程可能产生的环境效应,为研究早期地球微生物介导的硫循环与环境的协同演化过程提出展望。

柴达木盆地西部红狮凹陷第三系下干柴沟组沉积相分析

在层序地层学研究的基础上 ,对柴达木盆地红狮凹陷第三系下干柴沟组进行了详细的沉积相研究 ,分析了下干柴沟组发育的冲积扇相、河流相、三角洲相、扇三角洲相、湖泊相、湖底扇相等几种类型沉积相特征。并按识别出的 4个超层序 ,详细分析了沉积相的平面展布特征。强调了这四个超层序中上升半旋回低水位期湖底扇、辫状河流相砂砾岩和下降半旋回高水位期辫状河三角洲、扇三角洲相砂砾岩是红狮凹陷下干柴沟组有利的储集岩相带。根据生油岩及储油岩叠置组合关系 ,指出阿拉尔以东方向的辫状河流相和辫状河三角洲相、小红山—阿哈提南东方向的扇三角洲相、狮子沟—干柴沟一带的湖底扇相是红狮凹陷下干柴沟组有利油气聚集区带。

柴达木盆地西部红狮凹陷第三系下干柴沟组层序地层格架

柴达木盆地西部红狮凹陷是青海油田公司的主要采油区 ,下第三系下干柴沟组是区内主要目的层段之一。以Cross的高分辨率层序地层学理论为指导 ,根据露头剖面和钻井资料 ,对区内下干柴沟组进行了详细的层序地层研究 ,共识别出 15个三级层序 ,4个超层序。在连井剖面的层序地层对比基础上 ,建立了该区的地层格架 ,并揭示出这 4个超层序中上升半旋回的水下冲积扇、低水位期湖底扇、辫状河流相以及下降半旋回扇三角洲相中的砂砾岩是红狮凹陷下第三系有利储集岩的分布区 ,最大湖泛期密集段暗色泥岩是该区主力烃源岩的分布区。

地质微生物——地球环境中的“协调员”

简单介绍了微生物-地球环境的相互作用,并从微生物矿物相互作用、微生物环境修复、极端环境地质微生物学和古微生物生态重建等四个方面介绍了微生物-地球环境协调发展的意义。

中国辽宁首次发现侏罗纪多瘤齿兽类哺乳动物

在中生代生态系统里,多瘤齿兽非常成功地开拓了比任何其他哺乳动物都更加丰富多彩的植食生境。在白垩纪和古近纪,它们还发育了多种多样的运动适应。这里,我们报道一件产自中国晚侏罗世的最原始的多瘤齿兽化石。新发现的侏罗纪的多瘤齿兽的牙齿特征体现杂食的适应,其保存完整的骨骼为所有多瘤齿兽最原始的骨骼特征提供了重要信息,特别是适于后足多种运动功能的高度灵活的踝关节,是白垩纪和古近纪多瘤齿兽后期成功进化的关键。

塔里木盆地塔中地区中上奥陶统碳酸盐岩层序发育对同生期岩溶作用的控制

塔里木盆地塔中地区是塔里木油田的主要采油区。奥陶系碳酸盐岩是区内重要的目的层段之一。在剖面、测井和岩心资料的基础上 ,以Cross的高分辨率层序地层学理论为指导 ,对区内中上奥陶统进行了初步的层序地层研究 ,划分出了三级层序界面。结合镜下薄片分析 ,以特征成岩组构为大气淡水成岩作用的识别标志 ,识别出 4个大气淡水成岩透镜体。在横向连井层序对比的基础上 ,结合大气淡水成岩透镜体的发育层位 ,建立了层序地层和大气淡水成岩透镜体对比剖面。揭示不同级别层序界面对台地边缘碳酸盐岩同生期岩溶的控制 ,对于正确预测碳酸盐岩储层的发育规律 ,具有重要的指导意义。

海洋天然气水合物勘查和识别新技术:地质微生物技术

当前国内外海洋天然气水合物勘查和评价发展趋势要求有更多具有精细探测和评价功能的技术,这给地质微生物水合物探测技术的研发和应用提出了需求和挑战。简要介绍了当前水合物成藏或沉积环境研究中所涉及的主要微生物类别及其主要关系,它们绝大多数是适应海底深部低温高压环境的厌氧极端生物。其中重要类群是为天然气提供气源的产甲烷古生菌、参与甲烷厌氧氧化过程的甲烷氧化古生菌和硫酸盐还原细菌。介绍了国内外几个地质微生物探测技术的实例,包括历史悠久的"微生物油气勘探"技术、近十年来发展起来的微生物计数法、群落结构和标志类别法;另外,对新露头角的微生物生物标志物法等其他方法也给予简要介绍。

青藏高原冻土土壤呼吸温度敏感性和不同活性有机碳组分研究

对采自青藏高原的4个高海拔冻土样品在5、15、25和35℃4个温度下进行了为期90d的实验室培养。结果发现,随着温度升高,土壤呼吸强度和有机碳累积分解量呈现出不断增大的趋势;在时间变化上,培养初期土壤呼吸强度达到最高值随后不断下降,15d左右以后达到稳定。同样的温度下,土壤呼吸强度呈现如下顺序:沱沱河(草甸沼泽土)>乌丽(高山草甸土)>五道梁(高山草原土)>格尔木(灰棕漠土),但后3个土样之间差别并不显著。通过密度分选、酸水解和氯仿熏蒸方法,分别从物理、化学和生物学的角度对土壤有机碳组分进行划分,同时运用动力学方程分两库和三库对有机碳分解动态进行模拟。结果表明,应用不同实验方法划分的土壤碳组分差异明显,活性有机碳占总有机碳的比例从低到高依次是:微生物量碳占1.26%～10.31%,轻组有机碳占9.13%～20.22%,易氧化有机碳占28.35%～49.35%;分两库和三库拟合土壤不同碳库,二者的活性有机碳占总有机碳比例分别为0.50%～3.65%和0.51%～3.26%,MRT分别为8～56d和8～50d,结果比较接近;此外,应用模型方法所测活性碳比例显著低于实验方法的结果。采用线性、指数和高斯3种模型分析土壤呼吸速率随温度的变化规律,发现均能较好地描述二者关系且以高斯模型为最优,所计算出的Q10值也以高斯模型和培养实验较为契合;Q10值随温度的升高而减小,说明高寒气候条件下的青藏高原冻土对气候变暖的响应将比较敏感。

南海北部陆坡神狐海域HS-373PC岩心表层沉积物古菌多样性

利用分子生物学技术分析南海北部神狐海域天然气水合物潜力区HS-373PC岩心表层沉积物中古菌多样性,从沉积物中提取总DNA并扩增古菌16SrRNA基因序列,对克隆文库进行系统发育分析。结果显示所有古菌序列均属于泉古菌(Crenarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota)。其中泉古菌以C3为主要类群,另有少量序列属于Marine Benthic Group(MBG)-B,MBG-C,Marine Crenarchaeotic Group I(MGI),Marine Hydrothermal VentGroup(MHVG)和Novel Group of Crenarchaea(NGC);广古菌以MBG-D为主,其它序列分别属于UnclassifiedEuryarchaeotic Clusters-1/2(UEC-1/2)。

沉积物中古DNA在古生态、古环境和古气候研究中的应用

随着分子生物学技术的发展,DNA技术的应用逐渐从生物学研究拓展到进化、环境和气候变化等研究领域。因为DNA容易受到水解、氧化、紫外辐射、酶解等过程的破坏,所以人们认为DNA很容易降解,保存时间不长,但是近年来的研究成果显示,古生物和古人类的化石或骨骼、冻土、湖泊海洋沉积物等样品中包含已保存数千年甚至长达数百万年以来的古DNA。古DNA作为重要的信息载体,可以诠释人类、动植物和微生物进化和迁移过程及它们对环境和气候变化的响应。反过来,古DNA在古环境、古气候重建方面也起着重要作用,沉积物样品的古DNA往往保存了历史时期的水体和水体周围环境以及气候变化等信息。通过对沉积物中古DNA的研究,可以获得历史时期的水生生物(包括藻类、水生动植物等)的群落演化,和水体周围岸基生活的动植物群落(植物落叶、动物毛发冲带到水体并沉积下来)演替,进而反演水体和水体周围气候环境以及气候变化信息。通过研究古人类和动物化石中保存的DNA,可以探讨人类的迁徙和进化过程,溯源家畜的驯化历史。本文将介绍环境古DNA的保存和可靠性评价,重点探讨古DNA在古生态以及古环境、古气候重建研究中的优势及应用,并展望古DNA在生物进化和环境研究等领域的应用前景。

微生物在生物煤层气形成中的作用及影响因素研究进展

在当今能源紧缺和环境污染严重的前提下,煤层气作为一类非常规天然气,越来越受到人们的重视。传统观点认为煤层甲烷多由高温热解产生,但是根据甲烷的同位素特征来判断,世界很多地方(包括我国鄂尔多斯、淮南等地)的煤层气多属生物成因或者生物和热成因混合。同时,越来越多的生物学证据也表明种类多样的产甲烷相关微生物广泛存在于煤层伴生地层水中或者煤层样品中。这也说明生物成因的煤层气仍然在不断地产生,这也为利用生物方法促进煤层气产生和利用提供了良好的契机。本文将介绍产甲烷微生物种群构成与功能、产气途径、影响产气速率的因素,探讨我国微生物强化产煤层气并实现产业化的应用前景。

祁连山冻土区水合物DK3和DK6钻孔中微生物脂肪酸特征及意义

利用脂肪酸法分析祁连山冻土带水合物区DK3(含水合物)与DK6(不含水合物)钻孔岩心中微生物多样性。本研究获得C12到C24二十六种脂肪酸(FA),可以分成直链饱和脂肪酸(SSFA),支链饱和脂肪酸(BSFA),单键不饱和脂肪酸(MUFA),环丙烷脂肪酸(CFA)和多键不饱和脂肪酸(PUFA)五大类型,其中SSFA相对含量最高。由于特异性的脂肪酸指示特异性的微生物类群,得出两根岩心中微生物类群主要由革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌组成。运用PAST(Palaeontological statistics,version 1.21)软件对已获得的脂肪酸进行主成分分析和聚类分析,得出DK3与DK6岩心的微生物组成并无显著性差异,但是DK3岩心中含水合物层位与不含水合物层位微生物组成有差异,DK6岩心中有水合物异常的层位与无异常的层位有差异。发现C16:1和C18:1这两类脂肪酸与甲烷异常有很好的对应关系,从另一方面证明了水合物异常影响微生物组成分布。本次研究首次获得冻土沉积物中FA组成特征,丰富了FA的分布范围,研究结果扩大了真菌的分布深度,具体机理有待更多的实验证明。

南海神狐海域BY1钻孔岩心沉积物古菌多样性分析

1引言海洋沉积物覆盖了地球表面超过2/3的面积,海洋生态环境独特,具有盐浓度高、深层海域高压、低温、低营养和光照强度变化大等特点,因此生活在这一复杂环境中的微生物为适应这一独特环境条件,进化出在物种类型、代谢类型、功能基因组成和生态功能上的多样性。

水田和旱地土壤氧化甲烷的温度响应

为了探讨温度对农耕区土壤氧化CH4的影响,文中分别采用2种旱地(吉林暗棕壤和河北潮土)和2种水田土壤(江西水稻土和安徽水稻土)样品进行了4个温度下(5、15、25和35℃)氧化高浓度CH4的模拟实验研究。结果表明,4种土壤氧化高浓度CH4的最佳温度为25～35℃,除江西水稻土外,其余土壤在5和15℃没有表现出氧化高浓度CH4的能力。吉林暗棕壤、安徽水稻土在25和35℃下氧化高浓度CH4能力均相似,最大平均氧化速率分别为4.42和5.60μg.g-1.d-1。河北潮土35℃下的高浓度CH4平均氧化速率是25℃的2倍。江西水稻土在4个温度下均能氧化高浓度CH4,且氧化速率随温度升高而升高,其中35℃下的高浓度CH4平均氧化速率最大,是5℃下的3倍。土壤在25～35℃下氧化高浓度CH4最大平均速率大小顺序为江西水稻土>河北潮土>安徽水稻土>吉林暗棕壤。通过本实验得出,温度是影响土壤氧化CH4的重要因素,高温(25～35℃)较低温(5～15℃)适合土壤CH4氧化;旱地与水田都拥有较强的氧化CH4的能力。本研究将为农耕区土壤碳库研究提供重要的理论依据。

中国东部农耕区土壤微生物碳的分布及影响因素

对中国东部不同纬度带的6个地区的土壤微生物碳进行了研究。结果表明土壤微生物碳的分布受地理位置的影响较为明显:由北向南,东北地区的土壤微生物碳要高于其他地区。作为土壤有机质变化的灵敏度指标———微生物熵(微生物碳/总有机碳),在同一耕作方式下,其在不同地区的变化受土壤利用方式的影响较为明显:在连作系统下,菜地>粮地;而在轮作系统下,粮食-蔬菜轮作>蔬菜-蔬菜轮作。利用相关性分析寻求影响微生物碳分布的环境因素,结果表明,微生物碳(Micro-C)与土壤有机碳(TOC)、全氮(TN)、土壤含水率呈极显著正相关,而有机碳和全氮的分布主要受地理位置的影响。对不同土壤类型的微生物碳和微生物熵进行相关性分析,结果显示pH、年均温、含水率、TOC和TN是主要影响因素,关键影响因素因土壤类型不同而各异。

柴达木盆地达布逊盐湖微生物多样性研究

本研究采用高通量测序与传统培养技术相结合的方式研究达布逊湖微生物的多样性。结果显示,达布逊盐湖中的细菌多样性与丰度远高于古菌。高通量测序所得的16SrRNA基因序列分别归属广古菌门(Euryarchaeota),放线菌门(Actinobacteria),拟杆菌门(Bacteroidetes),变形菌门(Proteobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia)。广古菌门序列占原核微生物(细菌与古菌之和)的5.5%,以嗜盐的盐杆菌科(Halobacteriaceae)为主,而属于放线菌门、拟杆菌门、变形菌门和疣微菌门的细菌序列分别占原核微生物的53.0%、25.8%、14.1%和1.6%。定量PCR结果显示,达布逊盐湖水体中的细菌和古菌16S rRNA基因丰度分别为3.27×107和4.35×104拷贝/毫升。培养分离获得的纯细菌菌株分别属于假单胞菌属(Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)。古菌菌株则分别属于盐杆菌科的盐盒菌属(Haloarcula)、盐红菌属(Halorubrum)和盐棍菌属(Halorhabdus)。本研究为青藏高原盐湖微生物资源的开发和利用提供了有利的数据支持。

BIFs的形成及其铁氧化机制研究进展与展望

条带状铁建造(banded iron formations, BIFs)是早前寒武纪(3.8~1.8 Ga)缺氧古海洋中大规模Fe(Ⅱ)氧化形成的一类富铁沉积岩,具有典型的硅质层与铁质层互层的条带状或层状结构,形成的铁矿物主要以磁铁矿和赤铁矿为主。BIFs构成了全球规模最大、储量最多的铁矿类型,具有重大的经济价值。BIFs也是地球环境与生命协同演化的产物,是研究早期地球许多重大演化事件(如大氧化事件)独特的载体。然而,由于早前寒武古海洋环境和沉积条件的独特性,尽管经过了近百年的研究,BIFs成因仍存在许多未解之谜。其中,最关键的科学问题莫过于溶解态Fe(Ⅱ)如何在缺氧古海洋中大量氧化形成特定的铁矿物组合。本文首先概述了BIFs类型、物质组成及来源,以及沉积条件等基本信息;然后从BIFs特殊的沉积环境入手,综述了前人提出的Fe(Ⅱ)氧化机理及存在的一些问题,讨论了微生物驱动下的氮元素生物地球化学循环对Fe(Ⅱ)氧化及BIFs形成的贡献及相关研究进展,最后对BIFs成因研究提出了展望。

青藏高原北部库赛湖沉积柱中长链烯酮的分布特征及古环境意义

长链烯酮不饱和度指标U37K或U37K′已被广泛应用于古海洋表层水温的重建,但用于恢复湖泊古温度的研究则相对很少。本文以青藏高原北部咸水湖泊库赛湖作为研究对象,对湖心一个5m沉积柱中的长链烯酮进行了测定分析,并通过分子生物学手段确定了其母源。结果表明该沉积柱的大部分层位存在长链烯酮,其C37/C38<1;DNA测序结果表明库赛湖中的定鞭藻为Isochrysis属,为长链烯酮的母源。根据已发表文献中的湖泊环境中长链烯酮不饱和度指标U37K与温度的经验公式估算出的古湖水温度接近于实测的现代夏季水温,且与甘油二烷基甘油四醚(Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers,GDGT)重建的库赛湖古湖水温度范围基本一致。但是,用长链烯酮恢复的古湖水温度总体上稍高于由GDGT计算出的温度且波动更为强烈,这可能与这两种脂类的母源生物在湖中的栖息层位不同有关。

澳大利亚大堡礁海域近15万年沉积记录及古气候演化

对IODP325航次M0058A沉积岩心柱的矿物学和地球化学特征进行了详细研究，并将其与南极Vostok冰心各古气候阶段进行对比。结果表明，澳大利亚大堡礁海域海平面变化对南极冰盖增加或消融变化响应敏感。末次冰期发生之前为暖期，即Vostok冰心G阶段（140～116kaBP），冰川融化，海平面较高。沉积物红度增高，说明该时期大堡礁海域及沿岸温度较高，降雨量及其导致的入海径流较大，随之入海的石英等矿物也增多，形成较低的碳酸盐／石英含量比值；随着全球气候进入末次冰期（对应于Vostok冰心F、E、D、C和B阶段），尽管也有冷暖变化，但整体上，大堡礁海域海平面较低。在F和E阶段（116~73kaBP），沉积物红度较低，陆源输入较少，大堡礁海域海洋古生产力较低，导致沉积物有机质含量较低；在D阶段（73～58kaBP），大堡礁海域沿岸为冷干期，海平面也较低，该时期M0058A沉积岩心主要由砂构成；在C阶段（58～30kaBP），大堡礁海域降雨转多、气候较为湿润，但碳酸盐／石英含量比值较低，陆源输入物质较多，或导致了较高的海洋古生产力，从而形成沉积物高有机碳含量；在B阶段（30～13kaBP），沉积物红度较高，陆源的营养物质较多，导致总有机碳水平较高。但大量的陆源砂质物质输入，导致了碳酸盐／石英比值较低；在A阶段，末次冰期结束，全球进入末次冰后期，气温逐渐增高，冰川融化，降水增多，海平面增高，陆源营养物质增多，导致沉积红度增高、有机质含量增加。同时海平面增高，大堡礁海域水深增加，岩心M0058A所在的位置远离海岸，水动力水平较低，利于碳酸盐沉淀、不利于石英等陆源物质运移，导致该处的碳酸盐／石英比值增高。上述研究结果为全面评价末次冰期以来大堡礁海域气候环境变化提供了数据基础。

黑龙江与青海冻土甘油二烷基甘油四醚脂类化合物的组成特征

以黑龙江高纬冻土带与青海高山冻土带土壤样品为研究对象,对其中的甘油二烷基甘油四醚脂(GDGTs)含量进行了测定,并分析了其与环境条件的相关性。研究结果表明,所测样品均含有类异戊二烯GDGTs(iGDGTs)和支链GDGTs(bGDGTs)。不同样品中Ri/b值(iGDGTs含量与bGDGTs含量的比值)差异较大,且和土壤含水率呈负相关,证实了Ri/b指标可以用来反映冻土带土壤的干旱情况。BIT指标与土壤含水率呈正相关,表明其具有指示土壤湿度变化的能力。基于bGDGTs的环化指数(CBT)计算出的pH与土壤实测pH相关性很高,表明该指标可用于重建冻土带古土壤pH。然而,基于bGDGTs的甲基化指标(MBT)与年均气温(MAAT)没有表现出相关性,表明温度不是影响冻土带土壤MBT变化的主要因素。