利用基因工程方法研究生物标志化合物分子来源

利用DNA体外重组技术构建了蓝细菌Synechocystis sp PCC 6803缺失突变株ORF469-,其染色体DNA中与不依赖于光的叶绿素合成途径相关的ORF469片段被红霉素抗性基因所取代. 该突变株细胞内叶绿素的含量完全受培养过程中光的控制. 培养获得的叶绿素含量分别为9.427μg.mg-1和0.695μg.mg-1的两类藻细胞在实验室条件下进行了热模拟降解,分析了热解产物烷烃生物标志物特征,发现两类细胞在类异戊二烯烃的相对含量上差异明显. 低叶绿素含量的蓝藻样品热解产物中Pr/nC17和Ph/nC18值为0.192和0.216,分别是高叶绿素含量蓝藻样品的1/3和1/7. 实验结果为叶绿素分子是植烷和姥鲛烷等类异戊二烯烷烃的分子来源提供了直接的证据,并进一步证实了藻细胞中脂类分子是决定其热解产烃量的主要控制因素. 实验结果表明, 现代分子生物学与有机地球化学的结合可以为某些生物标志化合物的分子来源研究提供新的可行途径.     

生物电化学调控微生物代谢强化修复石油烃污染土壤的研究进展

石油烃污染问题已经逐渐成为全球性的土壤环境难题,亟需绿色低碳的新兴技术对其进行治理.本文从微生物代谢的视角,对生物电化学技术(microbial electrochemical technology, MET)在石油烃污染土壤修复方面的研究进展进行了综述.首先,分析了石油烃降解菌的代谢过程,找到了微生物降解石油烃的关键限速步骤;随后,探讨了MET调控微生物代谢机理及其强化石油烃降解机制,确定了电活性菌与石油烃降解菌互营代谢过程是强化石油烃去除关键所在;在此基础上,深入讨论了MET的关键性能参数对微生物互营过程的影响;最后,为落实“双碳”目标,剖析了植物耦合MET的潜在强化污染物去除机制并评估了多技术联合修复的必要性.虽然大量研究为MET强化修复石油烃污染土壤提供了理论支撑与技术支持,但由于污染场地环境多样性和不可确定性, MET的实际应用效果以及未来市场推广仍然需要进一步考量.     

利用基因工程方法研究生物标志化合物分子来

利用 ＤＮＡ体外重组技术构建了蓝细菌Ｓｙｎｅｃｈｏｃｈｓｔｉｓ ｓｐ ＰＣＣ ６８０３缺失突变株ＯＲＦ４_（４６９０），其染色体ＤＮＡ中与不依赖于光的叶绿素合成途径相关的ＯＲＦ_（４６９）片段被红霉素抗性基因所取代．该突变株细胞内叶绿素的含量完全受培养过程中光的控制．培养获得的叶绿素含量分别为９．４２７μｇ· ｍｇ~（－１）和 ０．６９５ μｇ· ｍｇ~（－１）的两类藻细胞在实验室条件下进行了热模拟降解，分析了热解产物烷烃生物标志物特征，发现两类细胞在类异戊二烯烃的相对含量上差异明显．低叶绿素含量的蓝藻样品热解产物中Ｐｒ／ｎＣ_（１７）和Ｐｈ／ｎＣ１８值为０．１９２和０．２１６，分别是高叶绿素含量蓝藻样品的１／３和１／７。实验结果为叶绿素分子是植烷和姥鲛烷等类异戊二烯烷烃的分子来源提供了直接的证据，并进一步证实了藻细胞中脂类分子是决定其热解产烃量的主要控制因素．实验结果表明，现代分子生物学与有机地球化学的结合可以为某些生物标志化合物的分子来源研究提供新的可行途径。     

盐藻热模拟产物中长链类异戊二烯烃的检出

通过对自然条件下培养获得的盐藻样品的热模拟烃研究,首次从藻类生物的热模拟产物中发现了含量丰富的长链规则类异戊二烯烃,特别是检出高含量２,６,１０,１４,１８－五甲基二十烷,表明高盐环境中的规则ｉＣ２５有可能来源于特殊的嗜盐藻类,从而为沉积物中发现的长链规则类异戊二烯烃的母质来源及古环境判识提供新的参考证据。     

煤层中次生生物气的形成途径与母质综合研究

微生物究竟利用煤岩中的哪些物质并通过何种具体途径形成次生生物气,煤层中是否含有丰富的此类物质可形成大量的次生生物气,是重要的基础科学问题.在多方面研究的基础上,运用气体同位素示踪、煤有机地球化学分析与煤热模拟产气实验等方法,对上述问题进行了系统的综合性研究.结果表明:次生生物气形成的具体途径是微生物还原CO2;产次生生物气的煤层具有遭受过微生物降解的特征;热成因气态重烃亦经历了微生物的改造并有可能形成微生物成因CO2;煤在热演化过程中可形成大量的CO2、较多的H2和一定量的气态重烃,加之微生物成因的CO2及煤层水,都可成为次生生物气的直接母源物质.故可溶有机质与气态重烃等组分都可为其他微生物所利用并最终形成次生生物气的母源先质.中低热演化程度的煤层中这些组分丰富,应是形成和寻找次生生物气的主力煤层.     

海洋蓝细菌与异养细菌相互作用:以原绿球藻为例

蓝细菌(cyanobacteria)是海洋最主要的初级生产者,贡献了海洋净初级生产力的25%.海洋异养细菌具有多种代谢路径,能够吸收和利用蓝细菌的光合作用产物.海洋蓝细菌和异养细菌之间的相互作用关系影响海洋食物网、固碳和储碳,具有重要的生态效应和生物地球化学意义.原绿球藻(Prochlorococcus)作为蓝细菌的典型代表类群,是海洋中体积最小、数量最大的光合自养原核微生物.原绿球藻的基因组高度精简,从而减少了细胞复制中所需的物质和能量,同时减小了细胞体积,因此在寡营养大洋表层环境中具有竞争优势.然而,基因组减小同时使得原绿球藻单个细胞基因多样性下降,从而使其适应环境的潜能降低.因此,相比于其他蓝细菌,原绿球藻更加依赖于海洋环境中其他微生物的协助,以维持自身生存的需求.本文根据国内外近期的相关研究成果,从原绿球藻与异养细菌之间基因的互补关系和生理特性等角度,归纳了两者之间存在的互利共生、偏利共生等多种相互作用关系及其生态效应,并提出了未来的研究重点.     

藻类天线系统的结构与功能研究进展

藻类在植物进化序列中处于低等的光合细菌和高等植物之间.藻类和高等植物光合器相似,它们都有光系统Ⅱ和光系统Ⅰ两个光合反应中心,因而它们具有相似的光合作用功能,因此藻类光合作用的研究具有一般的意义;另一方面,高等植物的捕光天线是类囊体膜内的叶绿素,而藻类的捕光天线色素主要集中于紧连在类囊体膜外的藻胆体内.藻胆体是由多种藻胆蛋白组成的超分子复合物,含有数百个开链四吡咯色团,分子量高达几百万道尔顿.藻胆体的核心部分是变藻蓝蛋白,由核心向外放射状排列六根由藻红和藻蓝蛋白构成的天线杆,藻胆体的结构如图1所示.各种藻胆蛋白的巧妙搭配使得藻胆体内具有非常高能量传递效率(90%以上).因而,研究藻类天线系统的结构与功能,弄清其中高效能量传递的分子机理,对人工利用太阳能和光能转换器件的开发有借鉴和指导意义,多年来,藻类天线系统的结构与功能研究一直是重要的研究课题之一.     

镜质组与其混合溶剂抽余物瞬时热解产物分布特征及其油气地质意义

超强混合溶剂(CS2-NMP)对煤具有很强的抽提能力, 可抽出煤及镜质组中大部分沥青质组分. 通过研究镜质组及其抽余物的瞬时热解产物特征, 可加深对于镜质组支链结构及其分布特征的认识. 选取了几个典型低成熟煤样并通过手选的方法富集其中的镜质组, 进行不同溶剂连续抽提实验. 并对镜质组及其超强混合溶剂抽余物进行了瞬时热解-色谱/质谱(Py-GC/MS)实验. 结果表明, 超强混合溶剂对镜质组的抽提率明显大于其他普通溶剂. 混合溶剂抽余物瞬时热解C7+液态烃产率明显下降, 同时热解产物中各组分所占的比例也有明显变化. 混合溶剂抽提后脂肪烃产率, 尤其是高碳数脂肪烃产率明显降低. 由此可见, 可抽提沥青质组分对于瞬时热解产物、尤其是正构脂肪烃组分具有重要贡献.     

藻红蛋白微晶的激子光谱

光合作用天线系统起着吸收太阳能并把能量传递到反应中心的作用.光合作用天线系统中的能量传递已被证实非常高效和快速.实验证实,在藻类光合作用天线中,从藻红蛋白经藻蓝蛋白和变藻蓝蛋白至反应中心,总能量传递效率超过90%;而时间分辨荧光谱实验证实,在完整细胞中,能量从藻红蛋白传递至反应中心全过程在小于50ps时间内完成.藻胆体是红藻和蓝藻的重要光合作用天线.藻胆体由核(core)和杆(rod)组成,核主要含变藻蓝蛋白,核的一面附着在类囊体膜上并与反应中心相联,另一半与多根杆相联组成半球     

蓝裸甲藻(新种)(Gymnodinium cyaneum Hu sp.nov.)藻胆素(Phycobilin)的发现及其意义

在藻类的光合色素系统中,叶绿素a是各门类所共有的.但就其采收光能的天线色素而言,因门类而有很大的差别.因此,天线色素的不同就成为研究藻类系统分类和演化问题的重要依据之一.藻胆素是某些藻类光合系统中的主要天线色素.研究表明,藻胆素仅存在于蓝藻类(cyanophyceae)、红藻类(Rhodophyceae)和隐藻类(cryptophyceae)中.甲藻(Pyrrophyceae)的某些类型因其细胞核缺乏真核生物所具有的碱性蛋白而被称为间核生物(Mcsokaryota).从细胞核的性质来说,这些类型无疑是比较原始的.因此,光合自养的甲藻类是否具有藻胆素及     

低浓度乙炔对森林土壤硝化和矿化作用及微生物氮的影响

利用温带森林表层土壤, 研究不同低浓度乙炔对土壤硝化和矿化作用及微生物氮含量的影响, 同时评价异养硝化对N₂O排放的贡献程度以及离树干不同距离对其的影响效应. 结果表明, 在土壤含水量约为45%WFPS时, 与对照(无添加乙炔)相比, 10~100 Pa乙炔均使土壤N₂O释放量显著降低, 不同乙炔浓度间无明显差异; 异养硝化对土壤N₂O释放量的比例在21%~48%之间, 距针叶树干越远其比例越高, 而阔叶树土壤异养硝化比例与距树干远近无关. 在实验条件下10~100 Pa乙炔对森林土壤微生物氮含量、氮素净矿化量以及呼吸作用均无显著性影响, 而100 Pa乙炔能使土壤呼吸呈现降低趋势. 基于森林土壤对10 Pa乙炔降解快和实验操作的便宜性, 选择50 Pa乙炔可较方便研究森林土壤N₂O排放来源及其影响机制. 距树干相同距离, 阔叶树土壤N₂O和CO₂释放量均高于针叶树; 同一树种下距树干越远的土壤N₂O和CO₂释放量越低. 逐步回归分析显示, 土壤碳总量和水溶性有机碳含量以及pH变化可以有效解释土壤CO₂排放量的95%变化; 土壤总氮, 交换态铵和微生物氮含量可以有效解释所观测N₂O排放量的72%变化, 其中微生物氮含量能够说明土壤异养硝化的25%变化. 不同浓度乙炔干扰下森林土壤N₂O和CO₂排放量分别与土壤净硝化率有正相关性.     

生油层定量评价方法研究

一、初次运移量的计算方法从生油层中直接计算油气初次运移量,迄今报道甚少,K.马格拉用间接法做过一些估算,D.H.威尔特等用盆地模拟法做过探索。本文利用岩石评价仪(Rock-Eval)在不同的模拟温度下,实测各类不成熟生油岩的产烃率,以最大累积产烃率作为原始产烃潜率(即该     

蓝色裸甲藻藻蓝素的初步分离和光谱特性

一般认为,藻胆素是蓝藻类、红藻类和隐藻类植物光合作用的主要天线色素,这类色素能高效地将吸收的光能传递给叶绿素a,并为光系统Ⅱ反应中心提供能量.根据其光谱特性,藻胆素又可以分为许多种不同的类型,不同类型藻类具有不同类型的藻胆素.因此,它们在藻类系统演化上有着重要意义.     

荒漠地表生物土壤结皮的微结构及其早期发育特征

新疆古尔班通古特沙漠是我国最大的固定和半固定沙漠, 其间广泛发育的生物土壤结皮是除种子植物以外固定沙面的重要生物因子. 地表生物土壤结皮移除后, 经过1年的恢复, 已形成沙粒相互黏结的状态. 沙粒通过黏性菌体及其分泌物的黏结作用而相互连接, 从而形成具有一定的抗外力干扰能力的结皮, 但其抗压强度仅为13.42 ± 1.38 Pa. 组成胞外多糖的各单糖组成中以葡萄糖、甘露糖和一种葡萄糖的同分异构体为主, 其次为半乳糖、阿拉伯糖, 其摩尔比依次为19︰14︰14︰6︰1. 经过4年的恢复, 藻类结皮逐渐形成, 抗压强度增加至32.53 ± 3.08 Pa. 藻结皮以陆生蓝藻具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)为优势种. 此时, 沙粒间依靠细菌分泌物所产生的黏结作用开始逐步减弱, 取而代之的是丝状藻体更紧密和高强度的机械束缚作用以及藻体胞外分泌物对沙粒的黏结作用, 对维持藻结皮的结构起着至关重要的作用, 是藻结皮强度提高的主要贡献者. 随着丝状藻类的生长, 脱落的胶质鞘仍能够将更加细小的颗粒黏结在周围, 起到一定的固定沙粒的作用. 这为人工合成胶质鞘类似化合物用以固定沙面提供一定的参考依据.     

X射线衍射用的R-藻红蛋白晶体生长

藻红蛋白是红藻、蓝绿藻类的一种光合辅助色素。它在光合作用中起着重要的作用。在微观上正确理解光合作用、光能吸收和传递的物理机制,研究藻胆蛋白的分子结构是十分必要的。迄今为止,国     

塔里木盆地奥陶纪地层中Kukersite型生油岩的发现及其石油地质意义

下古生界奥陶系Gloeocapsomorpha prisca(G.prisca)富集的Kukersite型烃源岩在全球范围内是一套重要的油气源岩,所以塔里木盆地中-上奥陶统主力烃源层中是否发育Kukersite型烃源岩在油气勘探中备受关注.研究通过中等成熟度灰泥丘相沉积源岩干酪根裂解-色谱-质谱分析,揭示了塔里木盆地奥陶纪地层中存在典型Kukersite型烃源岩,裂解产物表现为低含量n-C19链烃,在n-C13～n-C17之间存在明显奇偶优势;以正构长链烷基取代异构体为主的烷基苯系列和烷基噻吩系列;以及特征性的5-正烷基-1,3-苯二酚及其同系物分布等.根据G.prisca繁育的地理环境特征,并结合目前已经揭示的塔里木盆地下古生界含油气系统原油特征和典型中-上奥陶统烃源岩干酪根裂解产物组成特征,提出塔里木盆地中-上奥陶统主力烃源层中大规模发育G.prisca富集的Kukersite型烃源岩的可能性较小,而主要发育以宏观底栖藻或浮游藻类为主的烃源岩.     

海洋生物碳泵的地质演化:微生物的碳汇作用

包括生物泵(biological pump, BP)和微型生物碳泵(microbial carbon pump, MCP)在内的海洋生物碳泵,是海洋生态系统通过碳循环调节地球环境变化的关键途径之一,对宜居地球起到增氧、减碳和降温等方面的作用.总体上,人们对地质时期海洋生物碳泵了解得很少,基本是粗线条的框架性认识.生物经历了从原核生物到藻类再到多细胞动物的演化,生态系统也经历了从扁平到立体的大革新.生物圈的这些变化导致海洋生物碳泵出现阶段性的演化.总体缺氧的太古宙海洋主要以单细胞微生物为主,合成有机质的微生物个体很难沉降,但能够在海洋里形成大量的惰性溶解有机碳(recalcitrant dissolved organic carbon, RDOC), MCP的贡献比较大,而BP相对较弱.藻类在元古宙起源而加入了生物碳泵,因细胞变大而增强了BP的作用,但MCP的作用也大,在晚新元古代形成大型溶解有机碳(dissolved organic carbon, DOC)库.在整体氧化的显生宙海洋,多细胞动物虽不能固碳但却加强了BP作用.生物的这些演化导致BP的效率不断提高,使得海洋对碳循环的缓冲作...     

分子模拟筛选杀菌灭藻剂

再循环冷却水系统中的微生物污垢会降低设备的传热效率、加速设备的腐蚀。形成“水华”的藻类会释放出味道讨厌的物质而影响供水并堵塞设备。某些蓝藻能合成强烈神经性毒素,招致家畜和野生动物的死亡,也不利于淡水渔业。大型化工、冶金、电力厂等在冷却水中使用控制微生物的杀菌灭藻剂,可延长设备运转周期,提高生产效率、节约能源,有极大实际意义。     

湖泊富营养化及其生态系统响应

我国是一个多湖泊的国家.其中约三分之一是淡水湖泊,主要分布在长江中下游地区.这些湖泊中的绝大部分已处于中营养或富营养水平.湖泊富营养化是当前我国湖泊面临的主要生态环境问题之一.湖泊富营养化后会导致一系列的生态系统异常响应.这些响应包括沉水植物消亡、蓝藻水华频发、微生物的生物量与生产力增加,生物多样性下降,营养盐的循环与利用效率加快等.整个湖泊生态系统,也会伴随着富营养化的发展,呈现出生物多样性下降、生物群落结构趋于单一、生态系统趋于不稳定的现象.在浅水湖泊中,还会进一步导致从"清水态"的草型生态系统,逐步转换为"浑水态"的藻型生态系统.生态系统的这种演替机制,推测是水生植物与浮游植物利用营养盐的效率不同所致.而对于严重富营养化的湖泊,生态系统最终的演替趋势则是从浮游植物为主的自养型湖泊转化为以微生物、原生动物等为主的异养型湖泊.     

高成熟碳酸盐岩地层烃类生成和运移的激光诱导荧光显微镜观测与判识

用最新组装的激光诱导荧光显微系统(LFM)有效地观测研究了鄂尔多斯盆地、塔里木盆地下古生界高成熟碳酸盐岩生烃、含烃和烃类运移的重要现象．在鄂尔多斯盆地等效镜质体反射率达1.6%~1.7%残余有机碳含量为0.14%~0.35%的下奥陶统条纹状碳酸盐岩样品中发现广泛分布有强荧光的G.Presea粘球形藻、层状藻、结构藻和藻屑等有利于生烃的原始显微有机组分及矿物晶间荧光沥青,并在白云岩孔洞中发现他形充填状和球粒状高演化储层沥青．在塔里木盆地奥陶系和寒武系高成熟碳酸盐岩及钙质、砂质页岩中见有多种类型的荧光有机包裹体和沥青,为探讨大中型气田有效烃源和优质烃源岩的判识与评价提供了直观依据．高功率的激光诱导荧光的观测还充分揭示了碳酸盐岩地层生烃、排烃运移的网络与微网络体系．