若干重大地质环境突变的地球生物学过程

MCG古菌代表了一类自然界较古老的古菌,提议将MCG古菌归类于一个全新的门类——深古菌门(Bathyarchaeota)。高浓度CO2造成的海水酸化对西太平洋海区浮游细菌的丰度、高DNA含量细菌、生产力等有促进作用,但对细菌的多样性有一定程度的抑制作用。火山灰造成海洋异养细菌和真核自养生物的丰度均显著升高,降低浮游病毒的丰度,导致微生物群落多样性降低,使整个群落朝着不同方向演替。发现AOM细胞团在其表面形成粘土矿物,而在周围环境中形成碳酸盐,这可能与AOM反应产生的HS-增加环境碱度有关。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。提出了两类示踪古水文条件的微生物脂类指标、三类灵敏响应古温度的微生物脂类指标。有机质-粘土矿物复合体能有效保护有机质遭受微生物的作用,对碳循环产生重要影响。不同微生物功能群的共存能促进粘土矿物结构铁的还原,微生物成因的白云石主要与细胞表面的羧基官能团有关。发现古、中生代之交海洋环境具有高温、缺氧、低硫酸盐浓度、氮素匮乏的特征,生态系统不同营养层次的生物对海洋环境具有不同的响应能力,微生物对海洋水化学和全球变暖起重要作用。提出了两幕生物危机与两幕环境变化,温度变化和缺氧环境可能导致了二叠纪-三叠纪之交的幕式生物危机。大灭绝后,在Griesbachian早期、Dienerian-Smithian之交、Smithian-Spathian之交出现严重的海洋缺氧、硫化事件,出现了微生物岩、鲕粒灰岩等异常沉积。在雪球地球之前的拉伸纪古气候已经开始不稳定。埃迪卡拉纪海洋的化学分层造成不同的生境及其不同的地球微生物学过程,造成DOC碳库与DIC碳库的分离,也造成不同于显生宙的海洋碳循环。陡山沱组II和IV段在缺氧或硫化的水体中存在一个大DOC碳库;陡山沱早期(II段)以光合自养微生物体系为主,到晚期(IV段)随着透光带硫化水体的发育,有大量化能异养微生物加入。晚埃迪卡拉纪-早寒武世海洋仍具有缺氧分层的高梯度状态。早寒武世早期可能缺乏固氮作用相关,随后趋于正常,氧化明显并伴生多细胞生物发育。华北中元古界发现大量微生物成因的凝块石,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,表明这个时期真核生物已经出现明显的多样性分化。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,而深水环境厌氧微生物代谢对海水化学组成有很大影响。     

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     

不平凡的深海微生物世界

正深度达到或超过1000米的深海海洋并不是以往人们想象的寂静单调世界,正相反,那里有特殊的深海生物和数量众多的微生物。研究发现,海洋环境拥有最丰富的生物多样性,对于海洋生态系统乃至整个生物圈都有举足轻重的作用。让我们和科学家一起聚焦深海的冷泉和热液,认识那些奇妙而且生机盎然的微生物。     

古菌研究及其展望

古菌是目前生物地球化学研究的热点之一,不仅能在高温、强酸/碱性条件、高盐度、缺氧等极端条件下存在,而且能在普通海洋环境中存活.其含量巨大,在全球的生物地球化学作用中正扮演重要角色.该领域研究对阐明生命运动的基本规律,揭示生命起源和物种进化,生物圈与地圈环境的相互作用具有重要意义,并可为外太空生命问题的探讨和推测提供依据.本文评述了近30年来古菌基本研究成果和研究现状,展望有待解决的前沿研究内容及解决思路,旨在建立一个较为清晰的古菌基本概念及研究思路,以利于地质学、生物学界了解这一交叉领域.     

鄱阳湖南矶湿地苔草植被根际土壤微生物群落结构分析

为探究鄱阳湖南矶湿地苔草植被根际土壤微生物群落结构,该文以鄱阳湖南矶湿地苔草植被根际土壤为研究对象,采取0～15 cm、15～30 cm及30～45 cm深度的土壤,采用Illumina HiSeq高通量测序技术,研究不同深度土壤群落结构及其影响因素.研究结果表明：不同深度土壤样品理化性质和酶活性存在显著差异,随土壤深度的增加呈降低趋势.Pearson相关分析表明鄱阳湖南矶湿地苔草植被根际土壤理化性质与土壤酶活性之间存在不同程度的相关性.高通量测序结果表明不同深度土壤细菌和真菌群落微生物丰富度及多样性未达到在统计学意义上的差异显著水平(P>0.05),土壤古菌群落微生物多样性随土壤深度的增加而增加.在苔草植被根际土壤中共检测到41个细菌门类,其中变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和硝化螺旋菌门为优势菌门;检测到8个真菌门类,其中子囊菌门、担子菌门和罗兹菌门为优势菌门;检测到10个古菌门类,其中广古菌门、泉古菌门、奇古菌门为优势菌门.冗余分析表明：土壤有机质、全氮、全磷和碱解氮含量是影响细菌群落的主要环境因子;土壤有机质、全氮、有效磷和碱解氮含量是影响真菌群落的主要环境因子;土壤有机质、...     

“深海勇士”完成科考

正历时121天,航行17000余海里,我国"探索一号"科考船搭载"深海勇士"号载人潜水器,圆满完成我国首次覆盖西南印度洋和中印度洋的TS10深潜科考航次,3月10日返回海南省三亚市。"深海勇士"号在地质环境复杂多变的热液区海底,多次完成原位监测设备的水下布放与回收,成功实现海底丢失潜标的追踪;完成一款国产深海成像声呐和两款万米机械手的海底试验,验证了     

海洋菌群厌氧生物降解环己甲酸特性研究

环烷酸是一类具有较强毒性的环境新污染物.目前，环烷酸生物降解研究主要集中在陆地和好氧环境，而海洋环境中环烷酸的厌氧生物降解鲜有报道.利用富集的海洋微生物菌群，考察了环己甲酸在不同条件下的厌氧生物降解特性，并通过16S高通量测序对微生物群落结构和功能进行了分析.结果表明：共底物葡萄糖和乙酸钠会抑制环己甲酸的厌氧生物降解；硝酸钠(200 mg/L)可提高环己甲酸厌氧生物降解速率约70%,并在100 mg/L亚微米磁铁共存下进一步提高反硝化降解效率约44.5%,降解过程均符合准一级动力学反应.变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门为优势菌门；弧菌属、交替单胞菌属和梭菌属为优势菌属.此外，细胞膜转运及能量、碳水化合物和氨基酸代谢通路有显著富集.研究拓展了环烷酸在海洋环境中的生物转化行为，并为海洋环境中环烷酸厌氧生物修复提供了启示.     

超深渊带中的微生物

<正>以前,对于深度超过6000米的海洋超深渊带的微生物群落的相关研究甚少。为了探究这些微生物群落的特征及其在深海碳循环和氮循环中的作用,日本海洋生物科学研发中心(Research and Development Center for Marine     

武进港浮游微生物群落研究

通过 T-RFLP 分析和构建 16S rRNA小型基因文库相结合的方法, 研究了江苏省常州市武进港塘桥段微生物群落结构特点。T-RFLP 分析结果表明, 该群落的多样性较高,但均匀度较低。基于 Ribosomal Database Project Ⅱ的分析结果表明, 该处水样的浮游微生物群落种类较多, 还含有尚未分出门的微生物种群, 而变形菌门为最优势的类群。通过与 GenBank 中已知序列对比(BLAST)发现, 具有较高相似性的克隆数较多, 但也存在很多未知种类的新细菌。此外,还探讨了一些已知属的微生物的环境意义。     

夏季珠江口冲淡水对氨氧化古菌的空间演替及分布规律的影响

氮在海洋生物地球化学循环中起着重要的作用，通常能限制海洋生物的生产力.硝化反应是氮循环的核心环节，且氨氧化反应是硝化作用的限速步骤，再加上氨氧化古菌(Ammonia Oxidizing Archaea, AOA)是氨氧化反应的主力军，因此海洋氨氧化古菌成了研究热点.通过对夏季珠江口的不同深度水体进行研究，以氨氧化古菌的功能基因氨单加氧酶(amoA)作为分子标记，运用454高通量测序技术和定量PCR在DNA和cDNA水平上来分析氨氧化古菌的群落结构组成、多样性和基因丰度分布特征.结果表明，夏季珠江口的淡水来源站位(A2B)有着最高的氨氧化古菌群落多样性，但丰度最低；自由生活型的氨氧化古菌丰度是附着生活型的10～1 000倍，这可能是氨氧化古菌的主要生存策略；盐度是影响夏季珠江口氨氧化古菌群落结构组成的主要环境因子，而其amoA基因丰度与环境因子之间没有显著性差异；表层和底层AOA群落之间的差异较自由生活的与附着的群落之间更为明显.研究表明在cDNA水平上对功能微生物类群进行探究的必要性，有助于增进水体氨氧化古菌群落响应环境变迁的认识.     

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。     

洋底动力学——从洋脊增生系统到俯冲消减系统

目的 建立洋底动力学.方法 对相关国际前缘研究成果进行综合研究.结果 洋底动力学旨在研究洋底固态圈层的结构构造、物质组成和时空演化规律,研究洋底固态圈层与其他相关圈层.如软流圈、水圈、大气圈和生物圈之间相互作用和耦合机理,以及由此产生的资源、灾害和环境效应.结论 洋底动力学以传统地质学理论和板块构造理论为基础,在地球系统科学思想的指导下,以海洋科学、海洋地质、海洋地球化学与海洋地球物理、数值模拟等高新探测和处理技术为依托,侧重研究洋脊增生系统、深海盆地系统和俯冲消减系统的动力学过程,以及不同圈层界面和圈层之间的物质和能量交换、传输、转变、循环等相互作用的过程,为探索海底起源和演化、保障人类开发海底资源等各种海洋活动、维护海洋权益和保护海洋环境服务的学科.     

心系地学 情意忱忱——记中国地质大学“楚天学者计划”特聘教授蒋宏忱博士

地质微生物学是20世纪末发展起来的地质学分支,主要研究地质环境中的微生物活动过程及其形成的各种地质地球化学记录。作为微生物学和地质学的交叉学科,地质微生物学突破了实验室无法产生人类不能够承受的极端条件的限制,在地下深部结晶岩、古沉积岩、现代超盐度湖泊、干旱的沙漠和热液喷口系统等多种极端环境研究领域取得了突飞猛进的发展。     

微生物在海洋污染环境中的生物修复作用

海洋环境微生物学作为生命科学、环境科学及海洋科学紧密渗透、相互交叉的新兴学科,近年来有着突飞猛进的发展。特别是利用微生物为主体的生物修复在治理海洋中有毒有害污染物的作用日显重要,已成为当今国际海洋环境科学与工程研究的热点之一。阐述了生物修复技术发展的基础——微生物降解作用,微生物的生态、生理、进化等问题,强调了生物修复在治理海洋污染环境中应用的重要性,报道了作者近年来以新思路、新方法、藉海洋微生物的特殊功能与特点对海洋环境中的主要污染物——石油、农药、赤潮灾害与毒素以及病原性微生物等修复作用的新成果,展示了厦门大学在该领域所进行的若干创新性、前瞻性研究工作以及生物修复技术在海洋污染环境中广泛的应用前景。     

海啸的警示:必须加快研究深海大洋

人类世世代代精心营建的家园，瞬间被愤怒冲击得支离破碎——发生在印度洋上的大地震和海啸，再一次让人类惊心动魄地领教了大自然的无穷威力。尽管我国的海区没有受到影响，但这次巨大的灾难警示我们要居安思危，加大科研力度和防范系数，尽快建立我国的海啸预警机制。“假如将我国科学界对海洋、固体地球和大气的研究比作地球科学中的‘海陆空’三军，那么‘海军’就是三者中力量最弱的，而面向深海大洋的研究，又属于弱中之弱。全世界的海洋都是一个整体，印度洋的地震海啸警示我国要加快对深海大洋进行研究。”中国科学院院士、同济大学海洋地质教育部实验室主任汪品先在接受记者采访时说。     

不同pH处理下宣纸微生物群落的变化及影响

宣纸是我国传统手工纸的重要门类,更是古籍书画文物的重要载体,对中华文化的流传起着重要的作用。然而现存的宣纸文物面临着各种病害的侵袭,微生物侵害和纸张酸化就是其中的主要威胁之一。本研究用一批清末民初的手工纸样品制备混合菌液,通过回植培养的方式研究了pH4.01、pH7.00、pH10.00条件下微生物群落结构动态和对宣纸的侵蚀。结果显示,不同pH处理会显著影响宣纸中细菌的群落组成,随着pH的升高,样本中细菌的群落多样性更加丰富。不同pH下真菌的群落结构则没有明显的聚类关系。同时,环境因子关联分析的结果显示细菌群落结构变化与纸张表面pH相关性高,而真菌群落变化与纸张重量变化相关性高。纤维素降解与细菌和真菌群落的相关性相差不大。     

污水处理系统中氨氧化古菌种群的发现及其生存的影响因素

氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)的发现给研究氨氧化提供了新思路.介绍了氨氧化古菌的发现以及不同环境下氨氧化古菌的活性及其群落变化规律,主要分析了不同环境因子对氨氧化古菌群落结构和丰度的影响.研究表明氨氧化古菌对氨的亲和力比较强,对溶解氧的适应范围也比较大,并且在溶解氧较低和pH偏...     

海洋酸化与升温对浮游植物种群的影响研究综述

浮游植物是海洋生态系统物质和能量的基础,浮游植物的光合作用及群落结构决定了海洋生态系统的生产力及其服务功能.大气CO2浓度升高导致的海洋酸化和全球变暖等复杂的环境变化同时作用于海洋浮游植物,对其生长、代谢以及种群演替将产生深远影响.本文主要综述海洋酸化和升温单一以及耦合作用下对浮游植物的生长、光合作用和群落结构的影响,...     

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。     

海洋环境中的信息不完备与知识不确定问题及其评估决策建模

简要分析海洋科学研究和海洋环境保障,尤其是深海和极地等前沿科学领域和国家利益新海疆保障中存在的信息不完备和知识不确定等现实问题,阐述了相应解决思想和技术途径,着重介绍了作者团队近年来开展的部分研究工作,旨在为现实中的海洋科学研究和环境保障提供一定的参考.