致密油藏化能自养微生物生长规律及其氧化活性研究

为了探明致密油藏化能自养微生物利用催化岩石耗氧功能辅助空气驱提高采收率的机理,针对注气开发致密油藏注氧安全问题,开展了对致密油藏化能自养氧化亚铁硫杆菌的富集筛选,并探究了氧化亚铁硫杆菌的生长规律以及其作用氧化矿物中亚铁、硫以及其生物活性等效能,结果表明:1)高生物量活性的氧化亚铁硫杆菌可生长代谢产生酸性环境(pH值小于2),从而加速了矿物中亚铁和硫的氧化还原;2)反应体系中亚铁氧化率达到91%,硫氧化率为57.8%;3)岩石矿物质亚铁和硫的氧化活性与微生物的生物活性成正相关关系;4)油藏化能自养微生物通过催化矿物中亚铁氧化耗氧,介导硫氧化还原产生SO_(4)^(2-),促使体系pH值下降,酸性环境利于矿物溶蚀分解,进而加速微生物催化岩石耗氧或矿化速率,达到耗氧增渗驱油目的。该研究成果,对化能自养微生物强化减氧空气复合驱技术现场应用提供指导意义。

水环境中化能自养微生物种群及固碳功能研究

化能自养微生物可通过还原性物质的氧化获取化学能以固定无机碳,在缺乏光照的海洋深处、水体沉积物等植物无法生存的环境中固碳,对吸收大气、海洋、湿地中的CO2具有重要作用。本文基于化能自养微生物的研究现状,概述了其主要固碳途径及参与化能自养固碳的主要微生物类群,着重阐述了化能自养微生物在不同水环境中的固碳功能。同时,本文对水环境中化能自养微生物研究的趋势进行了展望,固碳量的精确计算与化能自养固定的有机碳的存在形式与去向应得到更多研究与探讨,以期增进对碳循环的相关认识。

长江口水体化能自养固碳过程的潮周期变化特征及影响因素

河口水体中硝化微生物的化能自养固碳(DCF)对碳氮循环过程有着重要影响,但目前关于河口水体氨氧化微生物对DCF过程的贡献鲜见报道。以长江口为研究区,利用14C和15N同位素示踪技术,分别测定了大潮和小潮期间水体DCF和硝化速率,并通过实时荧光定量PCR技术量化了相关功能基因丰度。结果表明,长江口水体大小潮期间,DCF和硝化速率分别介于170.72-1007.35nmol·L^(-1)·d^(-1)和1.45-70.75 nmol·L^(-1)·h^(-1),呈现大潮速率相对较高,小潮速率低的变化特征,且底层水体DCF和硝化速率显著高于表层水体。水体中铵盐和可溶性无机碳浓度是影响DCF和硝化速率的关键环境因子。定量PCR结果表明,大潮和小潮时cbbL基因丰度分别为0.40×10^(8)-3.40×10^(8)copies·L^(-1)和0.49×10^(8)-2.27×10^(8)copies·L^(-1),均高于cbbM基因丰度(大潮:0.67×10^(8)-9.84×10^(6) copies·L^(-1),小潮:0.75×10^(8)-5.73×10^(6) copies·L^(-1))。小潮时水体accA基因丰度(0.16×10^(8)-2.65×10^(8) copies·L^(-1))高于大潮时(0.20×10^(8)-3.92×10^(8) copies·L^(-1)),并且底层均高于表层。在整个潮周期中,自养固碳功能基因丰度总体呈现涨潮时增加,落潮时降低的变化趋势。氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)是DCF过程的主要贡献者,AOAamoA和AOBamoA丰度在大潮和小潮之间存在显著差异,大潮时AOAamoA基因丰度(0.22×10^(7)-3.59×10^(7) copies·L^(-1))明显高于AOB amoA基因丰度(0.26×10^(7)-1.61×10^(7) copies·L^(-1)),而小潮时AOB amoA丰度占据优势,为0.92×10^(6)-1.32×10^(6) copies·L^(-1),表明潮汐过程可通过改变水体化能自养微生物群落组成来影响DCF。该研究深化了长江口潮周期水体DCF和硝化过程速率变化特征的认识,揭示了河口水体硝化微生物驱动的DCF过程的重要性,以期为全球变化背景下河口生态系统碳汇功能评估提供一定的科学参考。

洋底热液喷口系统的微生物成矿研究进展

现代洋底热液喷口系统的微生物成矿研究进展是地球自身发展、生命演化、洋底下的生物圈层以及天文微生物探索工作得以有效开展的重要保障。近10余年来,随着微电子和分子生物学技术的发展,热液系统微生物成矿研究得以拓展和深入,逐渐成为地质微生物学研究的一个热点领域。当前在全球的热液喷口系统已经发现微生物在包括Fe、Mn、S、Si的氧化物以及硅酸盐矿物的形成过程中起到了重要甚至关键性的作用,同时热液喷口系统依赖于无机化能代谢活动存在的微生物的矿化成为人们理解生命形式与无机地球相互作用历史的最关键的证据之一,已经从根本上补充甚至修正了生命科学与地球演化的一些核心观点。总结了近年来热液喷口系统微生物成矿研究的最新进展,论述了该环境中微生物成矿的机制和类型,探讨了微生物和部分矿物之间的相互作用以及现代热液微生物成矿研究的地质意义,以期加深人们对热液喷口微生物成矿过程的理解与重视。

现代海底热液场低温弥散流区微生物生态的研究进展

现代海底低温热液弥散流区微生物生态的发育情况已经成为当前热液系统研究关注的热点之一。大量的分析表明在低温热液弥散流区赋存着丰富的化能自养微生物,以硫、铁等元素的氧化还原反应获取新陈代谢能量,这些微生物的分布与低温热液流体的物理化学条件有着密切的联系。这些发现极大地丰富了我们对低温弥散流区微生物生态、关键地球化学过程与微生物新陈代谢耦合关系的认识。此外,低温热液流体是研究洋壳深部生物圈的窗口,通过这个窗口可以了解地壳内部生命的新陈代谢方式,进而理解地球内部微生物与洋壳内部流体、岩石之间的相互作用机制。

微型生物碳泵对海洋惰性溶解有机碳化学性质的影响

全球海洋储存着~6,600亿吨溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC),主要来源于浮游植物的光合作用和化能自养生物的固碳,以及陆源输运、沉积物间隙水渗透、气溶胶沉降、深海热液溢出等途径(Cai和Jiao,2023).超过90%的海洋DOC难以被生物快速降解,称为“惰性溶解有机碳(recalcitrant DOC,RDOC)”.

化能自养微生物的固碳功能及人工调控策略

生物固碳是地球碳循环过程的重要组成部分,也是控制碳排放的有效方法.在海洋深处、水体沉积物、地表土壤甚至极端环境中,化能自养微生物可通过硫化物、氨、氢气等还原性物质的氧化获取化学能固定无机碳.诸多研究表明化能自养微生物的固碳功能对吸收大气、海洋、湿地、土壤和极端环境中的CO_(2)具有重要作用,特别是对深海、湖泊深层等无光环境以及深海热液区等极端生境中初级生产的重要贡献.然而,目前区域生态系统碳汇核算模型的建立普遍忽视了化能自养微生物类群及固碳潜能,低估自然生态系统实际碳汇能力.本文基于化能自养微生物固碳研究的现状,阐述了化能自养微生物在不同生态系统中的固碳潜能,介绍了参与化能自养固碳过程的主要微生物类群的代谢特征及固碳途径,重点分析了基于固碳途径和能量代谢提升自养微生物固碳效率的人工调控策略及应用进展.最后,本文对区域生态系统化能自养微生物碳汇功能的精准量化、开发人工增汇技术等未来研究方向进行了展望,为认识和调控化能自养微生物驱动的自然碳汇过程,助力实现“双碳”战略目标提供参考.

深海热液区化能自养微生物多样性、代谢特征与环境作用

热液生态系统是如何形成的?深海热液活动在地球生命起源与演化中贡献是什么?作为深海热液生态系统初级生产者,化能自养微生物在热液区从无机到有机的物质能量转化、元素生物化学循环、热液生命起源演化、热液共生体与生态系统形成发挥着重要作用.深海热液生态系统的能量来源主要是地幔岩浆房水岩反应所产生的还原性物质,包括氢气、硫化氢、甲烷以及还原性金属离子等.化能自养微生物广泛分布于羽流、烟囱壁及热液沉积物等各种热液区生境,通过氧化热液中所携带的还原性物质获得能量、固定二氧化碳,形成热液生态系统初级生产力.通过长期的生物与非生物过程的交互作用,演化形成独特的深海暗能量生态系统.热液微生物的多样性分布特征与影响因素、热液区极端环境适应性机制与环境作用,以及热液生物共生机制等仍是目前重要研究内容,相关研究将有助于认识深海暗能量生态系统的形成机制以及深部生命过程.

天然气水合物系统的环境效应

环境效应是天然气水合物科学体系中重要一环,同时,有关该领域的调查研究也是人类安全、环保、经济、科学地利用水合物资源的可靠保证。海底天然气水合物所孕育的独特的生态系统、与之关联的重大地学、环境问题以及资源的勘探开发均是充满魅力而又富有挑战的科学新领域。梳理了当前全球范围内有关水合物环境效应的大部分研究工作,综述了与天然气水合物环境有关的生物效应、化学效应和物理效应的研究现状及内容,着重强调了与该领域相关的基础问题和焦点问题,展望了该领域未来发展的趋势,希望藉此为我国的水合物环境效应调查与评价工作向纵深推进提供参考依据,并能引起广大研究者的兴趣与重视。

揭秘海底“生命绿洲”——冷泉生态系统

海底大量化能自养生物的发现打破了人们对黑暗海底不存在生命的传统认知,其中冷泉系统是贫瘠海底中的“生命绿洲”之一,单位面积包含着地球上最高的生物量,为我们探索地球原始生命的形成及发展提供了一扇窗口。那么,冷泉系统中的生物主要有哪些类型,它们在黑暗、低温且高压的海底又是如何生存的呢?