现代海底热液硫化物矿体微生物风化的几个重要研究方向

与现代海底热液系统所伴生的金属硫化矿床是人类未来矿产资源的可靠储备。热液硫化物矿体形成后,在相对漫长的后期改造过程中,金属硫化物成为深海微生物群落可靠而稳定的能量来源,并遭受着微生物的风化蚀变作用。而这种微生物与矿物之间的相互作用,已经逐渐成为目前地球科学与生命科学交叉研究的重要方向之一。简述了现代海底硫化物堆积体的微生物风化过程研究现状,从当前现存待解决的问题出发,展望了未来几个重要的研究方向:包括矿体尺度上微生物因素对风化作用的贡献程度及矿物蚀变次序、细胞尺度上的微观成矿机理、氧化蚀变过程中元素迁移富集及同位素分馏规律,以及涉及到蚀变作用中的微生物种属与有机生物标志物的特征等几个方面,以期加深人们对深海热液环境中微生物与矿物相互作用的理解,同时,为陆地环境中类似矿体的演化规律的研究提供现代视角上的有益思考。

磷灰石的微生物风化研究进展

微生物对磷灰石的风化作用在磷的生物地球化学循环中有重要意义,其研究方法有静态研究和动态研究两类,后者较准确地反映微生物对磷灰石风化的自然状况.选用不同的研究方法视目和内容而定.磷灰石的微生物风化作用机理是核心研究内容,目前的解释包括酸解、络解,以及微生物的物理破坏作用等几个方面.

磷矿石的微生物风化作用——以一株黑曲霉(Aspergillus niger)为例

以直接和间接作用的方式研究培养基中黑曲霉Aspergillus niger对磷矿粉的风化作用。在装有100目磷矿石粉的液体培养基中接入该菌研究其对磷矿石粉的直接风化作用;同时将装有100目磷矿石粉的透析袋放入液体培养基中再接入该菌研究其对磷矿石粉的间接风化作用。按不同时间取培养液上清液,用电感耦合等离子体-发射光谱仪测定Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+、K+和Mn2+浓度,用离子色谱法测定H2PO4-、SO42-和Cl-浓度。此外,黑曲霉风化作用后的矿物残渣用电子探针作表面微观形态分析和XRD矿物物相分析。结果表明:黑曲霉对磷矿石粉风化作用的直接作用强度大于间接作用;黑曲霉可风化磷矿石粉,但对矿粉中不同矿物的风化强度不同,风化过程中形成次生矿物水草酸钙。提出黑曲霉对磷矿石的风化作用源自黑曲霉生长导致的机械破坏作用、胞外分泌物的生化降解作用以及多种因素之间的协同作用。

磷灰石和方解石微生物风化作用的锶同位素示踪

为研究微生物对磷灰石和方解石的差异风化作用,将一株黑曲霉(Aspergillus niger)和一株青霉(Penicillium sp.)分别培养在含有方解石和磷灰石混合物的培养基中,按不同时间取培养基上清液样品,测定其Ca2+、Sr2+含量及Sr同位素比值.测试结果显示培养基上清液的Sr同位素比值介于端元组分方解石与磷灰石的Sr同位素比值(0.70721-0.70861)之间.基于锶同位素组成的端元模式计算结果表明:在真菌培养前期,黑曲霉优先选择方解石进行风化,而青霉则优先风化磷灰石;随着培养时间的延长,青霉对方解石风化能力逐渐增强.应用Sr同位素方法可示踪识别微生物对不同矿物风化作用的差异性.

风化过程中矿物表面微生物附着现象及意义

微生物风化作用作为最为重要的表生过程之一,与多种元素的地球化学循环和局部环境污染的形成有着密切的联系。微生物在矿物表面的附着能够显著提高矿物的风化速率。本文在总结矿物表面微生物附着现象及特征的基础上,概述了微生物附着导致的矿物表观风化速率的上升和表面侵蚀现象,初步分析了微生物在矿物表面附着的驱动力和影响因素,强调了微生物-矿物作用界面研究的重要性,认为有必要开展分子生物学、表面矿物学和微生态学的跨学科研究,以在分子层次上揭示矿物微生物风化的微观机制,更准确地评估微生物风化的地球化学意义,有助于提高对局部环境问题的调控和修复能力。

玄武岩微生物分解过程中的矿物表面效应

通过玄武岩微生物风化的模拟实验,探讨了造岩矿物表面特征对微生物风化的影响,发现在细菌Paenibacillus polymyxa(多粘芽孢杆菌)及其代谢产物的作用下,玄武岩的分解作用显著增强,其中橄榄石最易分解,辉石次之,长石则相对最稳定。根据实验溶液的成分变化,认为橄榄石在初始阶段的分解主要受控于表面化学特征,随着比表面积的增大,表面控制作用进一步增强,分解更为快速。

微生物促进煤矸石复垦利用研究现状与展望

利用微生物改善煤矸石理化性状的生物复垦技术成为煤矸石利用的热点新兴技术。本文从基础研究和应用研究两方面对微生物促进煤矸石复垦利用的研究现状进行了综述分析。进而针对研究现状中存在的弊端对微生物促进煤矸石复垦利用的研究前景进行了展望,以期为拓宽木霉资源的应用领域和提高煤矸石复垦利用价值提供新思路。

解磷菌对巢湖地区富磷岩石风化实验研究

微生物在岩石风化过程中起着不可或缺的作用。文章通过当地土壤中采集到的微生物群对富磷矿物进行溶出实验,通过改变培养基中的碳源,模拟多种微生物成长环境下孤峰组岩层中的岩源磷释放过程,并对pH值、氧化还原点位(oxidation-reduction potential,ORP)、OD600、有机酸等关键参数进行同步检测,以期确定微生物对该区域岩源磷释放的影响机制与关键控制因素。研究结果表明:微生物生长繁殖产生草酸为主的有机酸,降低环境的pH值,增加ORP,大幅促进了难溶性磷的释放;不同碳源供给下,微生物量、产酸的种类、数量以及形成的pH值、ORP环境有一定差别,影响岩源磷释放速率。

离子吸附型稀土矿床形成的矿物表/界面反应机制

华南离子吸附型稀土矿床提供了全球超过90%的重稀土,是我国优势的战略性关键金属矿产资源。掌握这类矿床的成矿机制和禀赋特征,可为增加稀土资源储量和高效利用稀土资源提供理论支撑。离子吸附型稀土矿床主要发育在富稀土花岗岩、浅变质岩及火山岩的风化壳中。基岩中的(含)稀土矿物是风化壳中离子态稀土的主要来源,其矿物组合很大程度上决定了稀土矿床的禀赋和分异特征。在物理-化学风化和微生物作用下,造岩矿物、含稀土矿物和稀土独立矿物逐渐溶解,使稀土元素活化和再富集。一方面,母岩风化形成的黏土矿物和铁锰氧化物具有较大的比表面积和一定的表面电荷密度,是稀土离子的主要载体;另一方面,稀土离子通过离子交换、表面吸附与络合、共沉淀,以及形成次生稀土矿物等途径富集在次生矿物表面,其富集-分异特征和赋存状态受矿物类型、pH、微生物活动等因素所控制。利用高分辨透射电镜结合选区电子衍射和电子能量损失谱,以及同步辐射X射线吸收精细结构谱,有望在原子级尺度查明稀土的微观赋存状态。未来研究需更多关注基岩中(含)稀土矿物组合及其演化路径的制约因素、微生物风化对离子吸附型稀土矿床成矿作用的约束,以及稀土元素的微观赋存状态等问题。

胶质芽胞杆菌对磷矿石风化作用时细菌蛋白质的双向电泳分析

本文研究对磷矿石有风化作用的胶质芽胞杆菌(Bacillus muscilaginosus)在风化磷矿石过程中菌体蛋白质组的变化及差异,以此了解该风化作用的分子生物学机制。将该菌接入液体培养基中,加磷矿粉为处理组,不加磷矿粉为对照组,静置培养。培养10d后,取上清液离心后的固体物和部分上清液中的外分泌蛋白用作菌体蛋白质组学分析。菌体蛋白质组二维电泳图谱进行比较和软件分析后,处理组可见蛋白点数为(1134±98)个,对照组可见蛋白点数为(729±53)个,两者比较具有统计学差异(P<0.05);处理组菌体细胞的蛋白点表达量与对照组比较,共有差异蛋白质点496个,其中有214个蛋白点表达上调,75个蛋白点表达下调,207个蛋白质点为新合成。细菌对磷矿石风化作用时激活了某些蛋白的表达,新合成、表达量增加和表达量下降的蛋白质点与细胞的代谢调控、细胞激活、增生、分化和信号转导通路等有关;揭示了该菌受矿粉的影响及其适应环境的分子生物学机制。