中元古代硫循环异常环境的地球微生物学过程研究

华北中元古界发现大量生物成因凝块石,超微组构与有机矿物研究表明有机矿化是微生物岩形成的普遍过程。微生物岩受微生物类群与环境条件控制,能够提供早期海洋环境与微生物群落的特征及其相互作用信息。研究发现了中元古代太阳黑子周期性活动的地质记录,证明黑子活动对微生物活性和沉积具有重要影响;为揭示早期日—地—生物相互作用机理提供了重要信息,拓展了地球生物学研究的方向。在燕山盆地中元古代发现了两个重要的生物群更替事件,分别与海洋化学变化以及火山活动导致的营养盐输入相关。发现了多种真核生物化石,包括具刺疑源类、多细胞丝体、瓶状化石、梭型化石以及具复杂纹饰类型。表明这个时期真核生物已经出现明显的多样性分化,为进一步认识早期真核生物生物进化提供了重要参考。中元古代海洋DIC库经历了逐渐减小的演变;海洋硫酸盐浓度较低,氧化还原界面较浅。在浅水环境自养微生物控制了碳的代谢过程;而深水环境中,厌氧微生物代谢对海水化学组成有很大影响。氧化还原敏感元素研究表明中元代海水以Mo亏损的缺氧水体为主,但局部层段Mo等元素富集,反映海洋在1.64 Ga~1.56 Ga有重要变化,以硫化为主。在高于庄组底和上部分别获得锆石SHRIMP U-Pb年龄(1626±21)Ma、(1564±39)Ma,为中元古代年代地层学提供了重要约束。中元古代不同层段黑页岩的活性铁组分研究表明,多数贫铁氧化物,但含黄铁矿很少;Fe HR/Fe T和Fe T/Al的比值平均值分别为0.28和0.57,表明多数层段形成于缺氧但非硫化环境,证明深海以广泛的铁化条件为主,但间夹有间歇性分布的硫化时段。华南晚埃迪卡拉纪-早寒武世的N、C同位素研究发现δ13Corg在浅水区和深水区存在显著差异,证明海洋仍具有缺氧分层的高梯度状态。N同位素在早寒武世早期有明显正异常,可能与缺乏固氮作用相关;随后趋于正常,氧化明显并伴生多细胞生物发育。硫化水体控制营养元素以及N、C、S循环,并影响生物演化。     

现代海洋极端环境微生物的地质作用及其分子和同位素响应年度报告

围绕现代海洋极端环境条件下微生物分布特征和环境因子相互关系的研究在前期工作积累的基础上进行了更深入的分析,通过对北极冰川前沿和西南印度洋深海微生物资源的调查,初步了解了微生物群落结构的多样性及微生物的部分生态功能,为探索地质历史时期的微生物生命过程提供了良好的资源;发现西南印度洋深海微生物群落结构与钙、磷、硫等元素具有相关性,为揭示深海微生物的地球化学循环创造了条件;对深海环境铁还原菌的研究对探讨古海洋环境与生命的协同演化具有重要意义。开展了微生物对模拟环境条件如海洋酸化及火山爆发等地球历史时期的重大地质突变事件为背景,在现代海洋环境中进行了一系列的模拟研究,针对目前研究相对薄弱的环节,重点研究了海洋酸化及火山灰添加对浮游异养细菌的影响,初步揭示了浮游细菌对大气CO_2升高及火山爆发事件的反馈,完善了地质突变期海洋生态系统反馈的认识。另外,在深部生物圈MCG古菌的研究上取得了重要进展。MCG是迄今为止发现分布最为广泛的一类未培养古菌,被认为是海底深部生物圈中最丰富,并且最活跃的类群之一,很可能在全球物质和能量循环过程中发挥了重要的作用。课题组发现MCG古菌在系统发育上处于一个深的分支,代表了一类自然界较古老的古菌,显著不同于目前分类已确定的所有古菌门类,并提议将MCG古菌归类于一个全新的门类,命名为深古菌门(Bathyarchaeota)。这是目前首个由中国学者提议的古菌门的分类,是古菌和生命起源和演化研究的重要进展之一,也将为该领域的科学研究起到积极推动作用。     

内源激活剂驱油藏内微生物菌群结构变化分析

油藏内源功能微生物的激活能有效提高采油效率。其中激活后功能微生物的群落变化分析及相关代谢基因丰度的变化对内源激活剂的筛选及激活机理研究具有重要的指导意义。本实验利用高通量测序技术准确分析了内源激活剂注入井（WJW199.1）和对照井（WJW202）中内源微生物（包括古菌和细菌）基于门、纲、属水平的种群多样性和群落结构。结果表明采出水中Thaumarchaeota门的古菌占主导,而丰度最高的细菌属于Proteobacteria门和 Firmicutes门。不管对于古菌还是细菌,注入井中的微生物多样性都远高于对照井,说明激活剂的添加有效激活了其中的内源微生物,提高了群落结构多样性。尤其是Pseudomonas,Arcobacter等具有产表活剂能力的功能微生物。同时,硫酸盐还原菌脱硫弧菌属等有害菌被抑制,丰度降低。表明从微生物种群变化的程度来看内源激活剂的注入降低了有害菌的丰度,激活了功能微生物,增强了整体微生物的驱油能力。     

东营凹陷沙河街组泥页岩中正丙基胆甾烷与异海绵烷的研究:硫循环对有机质富集的影响

中国东部陆相渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组油页岩中有机质的富集机制一直是研究热点,但关于异养生物及硫循环对有机质富集过程影响的研究较少.通过有机地球化方法对东营凹陷沙河街组第三、四段富有机质烃源岩进行精细研究,认为伴随着明显的水体分层,藻类勃发进一步加剧了底水缺氧的条件,海水带来了丰富的硫酸盐促进了强烈的细菌硫还原(Bacterial Sulfur Reduction,BSR)作用,将这种缺氧条件进一步扩展到水柱上部形成透光层缺氧(Photic Zone Euxinia,PZE),而PZE有利于光合自养绿硫菌的剧烈活动.强烈的BSR作用及间歇性的PZE控制东营凹陷古湖盆中藻类等水生生物的组成,原核细菌及海相金藻类对有机质富集有一定贡献.通过分析海相藻类生物标志物C_(30)24-正丙基胆甾烷和透光层缺氧生物标志物异海绵烷与有机碳丰度的关系,研究认为在相对丰富的外源硫酸盐输入、厌氧异养细菌作用、光能自养细菌作用和透光层缺氧条件下形成的硫循环,对东营古湖盆沙河街组烃源岩有机质的富集起主要控制作用.     

深海微生物驱动的碳氮循环耦合：过程、机制、通量

正深海是海洋有机碳矿化和长期储存的主要场所,在地球系统物质能量循环中起重要作用[1].化能自养菌氨氧化古菌(AOA)和亚硝氧化细菌(NOB)所介导的两步硝化过程是实现光能传递到深海被再利用的重要途径,支撑了海洋"黑暗固碳",即不依赖于光合作用的化能自养固碳,为深海生物圈提供了新的有机质并积累了硝氮.目前AOA和NOB在深海的协作关系尚不明了,因此对其支撑的C-N耦合机制理解很有限,对C-N计量学关系的准确估算也仍为空白.厦门大学张瑶教授课题组长期致力于海洋微生物群落结构与活性及其所介导的海洋碳、氮循环过程     

微型生物碳泵研究进展

人类活动导致大气二氧化碳(CO2)浓度持续升高,加剧了气候变化,引发全球关注.海洋是地球表面最大的活跃碳库,工业革命以来吸收了近1/3人类活动排放的CO2,调控着全球气候变化.海洋吸收和储藏CO2的机制包含物理、化学和生物过程,其中"微型生物碳泵(MCP)"是一种新认识的生物机制,阐述了由微型生物(异养细菌、古菌、病毒...     

扬子东南缘埃迪卡拉纪微生物礁的分布及地质意义

扬子东南缘发育有多处埃迪卡拉纪的微生物礁,这些微生物礁具有恢复古地理面貌和生态面貌重要的研究意义。通过详细的野外调查结合室内查阅前人对生物礁的研究进行参照,从造礁微生物类型、微生物成岩机制、微生物礁生长的控制因素等方面进行类比分析。初步确定扬子东南缘埃迪卡拉纪微生物礁主要发育在上饶、江山、绍兴、杭州四个地点,确定江山和上饶微生物礁类型为叠层石礁。认为造礁微生物可能为蓝细菌和藻类,在成岩过程中微生物膜和微生物席作为微生物的主要载体参与复杂的沉积作用,礁体的生长主要受到有海水温度、深度和波浪作用的影响。根据礁体的分布特征认为,扬子东南缘中上段在埃迪卡拉纪为一个透光性好、温度盐度适宜微生物生长的浅海环境。     

内蒙古通辽市砂质土壤中微生物群落结构及其与环境因子的关系

在内蒙古通辽市采集6个土壤样品,研究该地区砂质土壤中微生物群落结构及其与环境因子的关系。应用Illumina Mi Seq高通量测序技术发现,相对丰度大于1%的细菌门有放线菌门、变形菌门、厚壁菌门、芽单胞菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、拟杆菌门,相对丰度大于5%的真菌门有子囊菌门、担子菌门。典范对应分析显示影响细菌群落结构的环境因素主要有硝态氮、溶解性有机碳、铵态氮、总氮和含砂量,影响真菌群落结构的环境因素主要有溶解性有机碳、硝态氮、p H、总氮和含砂量。方差分解分析表明硝态氮、溶解性有机碳和铵态氮分别解释了20.73%、16.51%和15.59%的细菌群落结构的差异;溶解性有机碳、硝态氮和p H分别解释了22.29%、22.05%和17.76%的真菌群落结构的差异。研究为探索砂质土壤中微生物群落结构及其与环境因子的关系提供了理论依据。     

四川乐山大佛地衣与苔藓群落中的微生物多样性

为了探究生物侵蚀微生物的种类,通过高通量测序手段对乐山大佛地衣(lichen,LI)和苔藓样本进行了微生物(细菌、古菌和真菌)多样性分析.结果发现:地衣、活苔藓(living moss,LM)和苔藓残体(dead moss residue,DM)样本中的细菌和真菌组成在组内样本之间能进行聚类,组间差异也能良好区分;在细菌群落中,地衣与活苔藓样本中的细菌组成较为相似,两个样本的优势细菌均为蓝细菌(Cyanobacteria)和醋酸菌(Acetobacteraceae);在真菌群落中,地衣样本的优势真菌是煤炱目(Capnodiales),但其在活苔藓样本中含量较少,活苔藓样本的优势真菌是子囊菌门(Ascomycota),且其在地衣和苔藓残体样本中也有一定含量(7.47%～52.6%);古菌群落的组内差异较大,其中与氮转化相关的泉古菌(soil Crenarchaeotic group,SCG)总体丰度占比较高,并发现了较多未归类古菌(unclassified-k-norank).     

米仓山-汉南隆起牛蹄塘组页岩稳定碳同位素组成及其意义

利用牛蹄塘组暗色泥页岩样品进行有机碳同位素(δ~(13)C_(org))、无机碳同位素(δ~(13)C_(carb))、氧同位素(δ~(18)O)、总有机碳(TOC)、微量元素测定,分析米仓山-汉南隆起区早寒武世古海洋环境及其与页岩有机质生产的关系。基于原始海洋巨大溶解有机碳库(DOC)和海洋分层理论,结合不同古海洋微生物种属碳分馏特征,描述米仓山-汉南隆起区早寒武世古海洋环境和有机质生产模式。结果表明:研究区牛蹄塘组页岩中获取的碳氧同位素具有良好的原始性,对研究区古海洋环境具有良好的指示意义;δ~(13)C_(org)明显富集轻碳同位素(~(12)C)显示强烈的负异常,分布在-34.032‰～-29.537‰,属于L型无定形有机质,且更富集轻碳同位素;δ~(13)C_(carb)明显富集重碳同位素(~(13)C),分布在-1.21‰～3.64‰;氧同位素δ~(18)O分布在-8.94‰～-3.5‰;研究区南北部碳氧同位素空间分布具有差异性,与南部西河乡剖面相比,北部宁强铁锁关和两河村剖面的碳同位素具较高的δ~(13)C_(org),偏正的δ~(13)C_(carb)和高的δ~(13)C_(carb-org),且δ~(13)C_(carb)与δ~(13)C_(org)呈明显的解耦关系而与δ~(13)C_(carb-org)线性相关;牛蹄塘组页岩碳氧同位素组成取决于海侵过程中藻类、化能自养、甲烷细菌、甲烷氧化菌等特殊的古海洋微生物种属分布或活动强度与上升洋流、海洋分层的有机结合。     

刈割强度对晋北盐渍化草地土壤细菌群落结构的影响

刈割是农牧交错带主要的草地利用方式，为探究刈割对草地土壤细菌群落的影响，本研究通过土壤微生物高通量测序研究不同刈割强度下土壤细菌多样性和群落结构。结果表明，刈割处理增加了细菌群落的丰富度、多样性和优势度。在中度刈割强度下，土壤细菌的Shannon-Wiener多样性指数显著高于其他处理，达到6.505；刈割能使Simpson指数增加13.89%～19.44%，在轻度刈割强度下土壤细菌的Simpson指数最高达到0.004 3。盐渍化草地的土壤细菌优势类群有变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、厚壁菌门（Firmicutes）。刈割显著降低了变形菌门的相对丰度，并且在中度刈割强度下相对丰度值最低为21.09%；显著增加了放线菌门和厚壁菌门的相对丰度，均在中度刈割强度下丰度最高，分别为25.95%和11.35%。土壤因子（硝态氮、全碳、碳氮比和水分）影响土壤细菌群落组成，刈割可能通过影响土壤全碳驱动土壤细菌中优势类群的改变，进而影响土壤细菌多样性。     

胡枝子复垦对德兴铜矿尾砂细菌群落的影响

有色金属矿产开采活动引发诸多环境问题,生态修复已成为矿区可持续发展的重要措施之一,土壤微生物可作为评价生态恢复进程的敏感因子。本研究以江西省德兴铜矿1号尾砂库胡枝子修复区作为对象,采用16S微生物高通量测序和PICRUSt功能基因预测技术分析胡枝子复垦土壤区细菌群落结构、功能组成以及微生物多样性。结果表明,胡枝子复垦区细菌群落由酸杆菌门Acidobacteria、变形菌门Proteobacteria、绿弯菌门Chloroflexi和放线菌门Actinobacteria主导,与未复垦区相比微生物多样性显著升高,并且变形菌门Proteobac-teria、拟杆菌门Bacteroidetes等功能菌群丰度增加显著。胡枝子的直接复垦还改变了细菌群落的功能组成,显著提升信号传导(Signal transduction)和细胞通讯(Cell Communication)等功能基因丰度。亚热带酸性尾矿胡枝子直接复垦对土壤生物学质量具有积极的影响,是一项有效的矿区废弃地生态修复方式。     

氮沉降对土壤微生物影响的研究进展

土壤中氮沉降增加作为全球环境变化的重要现象之一,给人类带来了巨大挑战。笔者综述了近年来氮沉降对土壤微生物的影响研究,从土壤微生物生物量、群落结构和多样性、微生物活性、功能基因与底物利用等方面进行总结分析。综合来看,氮沉降对土壤微生物的影响主要表现为:1土壤微生物生物量、真菌生物量以及真菌与细菌生物量比值下降;2外生菌根真菌子实体生产力和外生菌根丰度下降,外生菌根真菌群落结构组成改变;3丛枝菌根真菌群落结构组成改变,但氮沉降对丛枝菌根真菌的多样性和对腐生真菌的影响结果存在较大争议;4细菌群落结构组成改变,贫营养细菌丰度下降,富营养细菌丰度上升;5土壤微生物活性下降,某些功能基因丰度下降,对复杂有机碳、氮的代谢能力下降。同时,相关研究报道表明:氮沉降可以直接或通过降低土壤p H,增加微生物的碳限制,改变底物的数量和质量等途径间接对微生物生物量和群落结构产生影响。     

有机物存在时全程自养脱氮工艺启动及微生物群落结构演变

为了实现全程自养脱氮工艺在处理含有机物废水中的应用,考察有机物存在时全程自养脱氮工艺的启动、运行工况与微生物群落结构演变,通过低溶解氧和生物膜菌种富集的控制策略,缓解有机物对厌氧氨氧化菌的抑制,实现全程自养脱氮工艺启动和功能微生物的富集。结果表明,当进水化学需氧量质量浓度为600 mg/L时,全程自养脱氮工艺启动,在反应器稳定运行期间总无机氮去除率最高达到79.46%;三维荧光光谱显示腐殖酸类和富里酸类物质是主要的微生物代谢产物;微生物高通量测序显示厌氧氨氧化菌的优势属Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia的相对丰度分别从0.02%和0.01%增加到10.47%和4.45%,成功实现厌氧氨氧化菌的富集。     

哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤微生物多样性对碳输入变化和增温的响应

为掌握哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤微生物多样性对碳输入变化和增温的响应，本研究基于云南哀牢山亚热带常绿阔叶林模拟增温实验平台，以去除地表凋落物、切根、切根并增温和对照4个处理6 a后表层矿质土壤(0～10 cm)为研究对象，测定土壤理化性质和微生物群落组成，探讨土壤微生物多样性对碳输入和增温处理的响应和驱动因子。研究结果表明，碳输入和增温处理未改变哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤微生物的优势菌群，各处理的细菌优势菌门为变形菌门和酸杆菌门，真菌优势菌门为子囊菌门和担子菌门。与对照处理相比碳输入和增温处理改变了土壤微生物群落的α多样性指数，切根处理显著降低细菌Shannon指数和Chao1指数，而切根并增温处理的Shannon指数和Chao1指数显著升高。与切根处理相比，切根并增温使土壤细菌群落结构发生显著改变。冗余分析显示，处理间细菌群落结构差异的主要调控因子为土壤温度、土壤含水量、土壤全磷和土壤全钾，其中土壤温度和土壤含水量的影响最大；土壤细菌群落对碳输入变化和增温的响应比真菌群落更为敏感。     

不同类型湿地土壤周丛生物细菌群落结构特征及影响因素

为探明不同类型湿地土壤周丛生物细菌群落结构差异及主要影响因素,在上海青西地区的稻田、农用池塘、水上森林和湖泊4种湿地开展了原位培养实验,测定不同湿地土壤理化指标和周丛生物生物量,并通过高通量测序表征了周丛生物细菌群落结构特征. 结果表明：周丛生物生物量表现为水上森林>农用池塘>湖泊>稻田,细菌群落多样性则表现为稻田>水上森林和农用池塘>湖泊,且水上森林和湖泊土壤细菌群落组成较为相似. 各湿地土壤周丛生物的优势菌为伯克氏菌、假单胞菌、嗜氢菌、黄杆菌等. 土壤中较高的碳（C）、氮（N）和磷（P）含量能增加周丛生物细菌群落多样性,而较高的N和P含量则能提高周丛生物细菌群落均匀度. 土壤pH值和碱性速效磷（AP）是造成不同湿地土壤周丛生物细菌群落结构差异的主要驱动因素. 研究结果可为掌握长三角地区湿地土壤周丛生物细菌群落多样性的空间差异和主要驱动因素提供基础数据.     

四川华蓥二叠-三叠系界线剖面稳定碳同位素变化特征及其生物地球化学循环成因

对四川华蓥楼房湾剖面稳定碳同位素进行的研究表明,该地区二叠-三叠系界线附近碳同位素变化趋势与全球变化基本一致。早三叠世早期ΔB平均值高于晚二叠世晚期,指示海水中磷酸盐浓度的增大和初级生产力的繁盛。从晚二叠世末期开始δ13Ccarb的缓慢降低是由大规模火山作用以及陆地风化作用加强造成的;早三叠世最早期δ13Ccarb和δ13Corg的快速同步降低所代表的全球碳循环变化主要受控于生物集群绝灭的主幕及海平面上升引起的底部缺氧水上涌。总之,二叠-三叠纪之交碳同位素变化是火山作用、海平面变化、海洋和陆地生物集群绝灭以及缺氧水上涌等因素综合作用的结果。     

自然水体生物膜中微生物群落结构与组成分析

为深入了解自然水体生物膜微生态群落系统中微生物群落的组成与结构。采集松花江吉林江段自然水体生物膜为研究对象,对其中微生物的总DNA进行了提取;之后利用高通量测序技术对生物膜中细菌的16S rDNA基因进行了序列测定。分析了自然水体生物膜中微生物群落组成鉴定和相对丰度。物种分类显示,细菌种类隶属于15个门、31个纲、58个目、80个科和148个属,其中优势类群为变形菌门(Proteobacteria),其相对丰度分为63.50%。     

最早骨骼生物Cloudina——埃迪卡拉纪晚期一类重要的标准化石

目的 确定新元古代末期最早骨骼生物Cloudina 作为埃迪卡拉纪晚期地层对比标志的可能性.方法 以Cloudina的形态学、生态学为依据,确定其可能的生物属性;以Cloudina 地质地理分布和碳同位素地层对比分析为依据,综合分析其时空分布特点.结果 Cloudina 可能是多毛类龙介虫,二者在管体形态特征、无性繁殖方式等方面存在可比性;Cloudina的出现都对应着碳同位素的明显正漂移,具有基本等时的特点.结论 Cloudina 是目前已知埃迪卡拉纪最有潜力的标准化石之一.     

内陆河流域浮床植物根际微生物群落特征与比较

为研究内陆河流域不同浮床植物的根际微生物群落结构、多样性、潜在生态功能及其差异,采集了位于沱江二级支流赤水河生态浮床上的风车草（Cyperus involucratus）、黄菖蒲（Iris pseudacorus）、再力花（Thalia dealbata）、鸢尾（Iris tectorum）、美人蕉（Canna indica）、梭鱼草（Pontederia cordata）6种植物生长旺盛时期的根系样本,通过细菌16sRNA片段高通量测序和生物信息学手段,分析了微生物群落结构组成、生物多样性以及潜在的生态功能。结果表明,变形菌门（Proteobacteria）在6种浮床植物根际细菌中占绝对优势,丰度达47.5% - 72.2%,在植物生长环境较为相似且空间距离较近的情况下,不同浮床植物根际微生物属水平优势种群丰度差异仍较大。微生物群落多样性由大到小依次为鸢尾、美人蕉、黄菖蒲、风车草、再力花、梭鱼草,同科同属的黄菖蒲和鸢尾根际细菌组成相对较为相似。风车草根际硝化/反硝化功能菌群丰度更高,梭鱼草根际芳香族化合物降解功能菌群丰度显著高于另外5种植物。根长、株高和生物量更大的植物根际微生物中芽殖杆菌属丰度显著更高,植物生长指标与部分根际细菌氮转化存在正相关关系。研究结果可为浮床植物根际微生物群落研究和生态浮床的建设优化提供参考。