微生物还原铁氧化物矿物的电化学研究

微生物可以还原铁氧化物矿物。本文通过使用电化学方法对铁氧化物矿物在微生物还原作用下的氧化还原特性进行模拟与表征,补充了从新角度对微生物还原铁氧化物矿物的研究。研究结果显示,微生物可直接以铁氧化物矿物作为电子受体将其还原得到二价铁生成物。电化学实验显示,0.2 mA阴极恒电流条件下铁氧化物矿物可以接受电子,同时铁氧化物矿物中的Fe3+在0.89±0.01 V(相对于饱和甘汞电极)时发生还原反应,表明铁氧化物矿物满足被微生物还原的电化学条件。双室微生物-铁氧化物矿物体系研究证实,铁氧化物矿物可以作为阴极接受微生物提供的电子。     

铁氧化物-微生物界面电子传递的分子机制研究进展

在地表环境中,铁氧化物矿物可以作为微生物胞外呼吸的终端电子受体/供体、电子储存介质或种间电子传递介质促进环境微生物的新陈代谢。本文介绍了矿物-微生物直接界面电子转移方式中,铁氧化物矿物与组成微生物跨膜电子传输链的细胞色素蛋白之间的氧化-还原反应机制及其影响因素,从分子水平刻画了微生物利用矿物进行胞外呼吸的过程,有助于深入理解微生物驱动的矿物转化和元素地球化学循环。     

微生物—矿物间半导体介导电子传递机制研究进展

矿物与微生物相互作用是地球表层系统中重要的生物地球化学过程,是联系不同圈层物质与能量交换的重要纽带,深刻地影响着一系列重要的地表过程,包括次生矿物的形成与演化、养分循环与污染物环境行为。在微生物—矿物的研究中,以往主要关注微生物的胞外电子传递和微生物介导的矿物溶解、沉淀、矿化等过程。由于矿物本身具有半导体性质,其在微生物胞外电子传递过程中扮演特殊的角色,这也为近期备受关注的微生物—矿物相互作用研究提供了一个崭新的视角。半导体矿物具有独特的能级结构和氧化还原性质,导致微生物—半导体矿物的相互作用机制差别很大。从热力学驱动和光能驱动2个方面分别阐述微生物—矿物间半导体导电机制的最新研究进展,并深入揭示其界面电子转移的机理。最后展望了微生物—半导体矿物相互作用的未来发展趋势。     

微生物介导的热融湖碳循环关键过程研究进展

极地超常的变暖引起多年冻土不断退化并形成热融湖,该过程释放温室气体与气候变暖形成正反馈。微生物在碳循环不同环节均发挥着重要作用,理解热融湖中微生物对碳循环的调控机制,对于应对未来气候变化具有重要意义。综述了热融湖微生物参与的关键碳循环过程：梳理了热融湖形成过程和形成后微生物群落组成与分布;对有机碳分解、产甲烷和甲烷氧化等过程中涉及的主要微生物类群进行了总结;凝练了微生物对碳循环的调控机制及受环境变化的影响机制与要素。基于已有研究,得出如下认识：(1)多年冻土融化形成热融湖主要以陆生有机质为主,一些营养物质如磷酸盐、植物纤维素和亮氨酸残基等生物聚合物从陆地进入水体。(2)在多年冻土融化形成热融湖过程中,随着温度和通气条件的改善,有机质及各种生物聚合物可利用性增加了微生物功能基因多样性,提高了微生物对有机碳的分解潜势。温度、底物、溶解氧等和微生物群落的变化引起微生物代谢途径等的改变,从而影响了甲烷产生、甲烷氧化及固碳等过程,最终影响碳循环。(3)为了加深对热融湖中微生物介导碳循环过程的理解,提出了未来研究的方向：借助宏基因组技术及室内培养实验更加清晰地揭示微生物对碳循环各个过程的调节机制,...     

热液喷口系统中Fe-Si氧化物沉淀体的形成及微生物的作用

根据形貌识别以及分子生物学最新研究结果,包括Gallionella ferruginea,Leptothrix ochracea和Mariprofundus ferrooxydans在内的嗜中性Fe氧化菌在现代甚至古代热液喷口系统的Fe氧化物沉积体的形成中起到了重要作用。对于现代热液喷口系统而言,还原性羽流进入氧化性海水时形成的氧化还原过渡带是嗜中性Fe氧化菌最重要的生存环境,它们能在此环境中与Fe的无机氧化机制展开有效竞争,藉此获取生存所必须的能量。此外,通过静电吸引和表面活性基团的键合作用,细胞能在其表面和附属器官形成Fe氧化物壳层,从而形成与细胞自身相态相似的各种丝缕状结构。丝缕状结构生长到一定程度,就会阻滞热液流体和海水混合,进而在丝缕体交织成的网络内发生传导性热冷却,使流体中的Si达到饱和,在Fe氧化物表面沉淀下来,形成现代热液喷口系统的Fe-Si二期次复合生长结构。与现代Fe-Si沉淀类似的古代条带状Fe建造(B IF)沉积体的近期研究成果显示,Fe的来源很可能是前寒武纪时的热液喷口系统。由于B IF形成的海洋环境处于整体缺氧状态,早期营光合作用的微生物以及与现代类似的嗜中性Fe氧化菌很可能都参与...     

铁锰复合氧化物吸附作用研究进展

在水污染修复技术中,吸附法因操作简单、成本低,被认为是最有前途的除污技术。铁锰氧化物由于其较高的比表面积和较强的吸附能力,是一种较好的吸附剂,已经广泛应用到对污染物的吸附处理过程。本文重点综述了铁锰复合氧化物对砷、重金属及磷酸盐等污染物的吸附作用研究进展,系统分析了不同因素对铁锰复合氧化物吸附性能的影响。综合分析发现,铁锰复合氧化物在污染物修复中展现出广阔的应用前景。     

高价Mn氧化物介导下轻烃热化学氧化的模拟实验研究

研究烃类的热化学氧化对分析油气保存条件和探讨深部碳循环机制都具有重要意义。本文以轻烃-MnO₂-水体系为例,基于熔融石英毛细硅管和拉曼光谱分析技术的在线观测热液实验技术,对油气藏中常见的轻烃热化学氧化反应的发生温度和变化规律进行了研究。结果表明,轻烃热化学氧化温度随烃类碳数的增大而降低,从丁烷到十三烷,其反应发生温度从125℃降到约100℃,与热化学氧化反应的吉布斯自由能变化顺序一致。表明烃类热化学氧化需要的温度条件并不苛刻,在3000 m以下埋深且含有氧化性地层的沉积盆地中即可发生。实验结果与准噶尔盆地地质实例基本相符,油气充注中心区优先氧化高碳数烃类,远离充注中心缺乏液态烃的井区发生甲烷等轻烃氧化,烃类的热氧化过程受烃类氧化顺序和油气充注时空差异性两大因素制约。     

铀的微生物成矿作用研究进展

铀的微生物成矿作用研究尚处于实验研究阶段。微生物富集铀的机制可分为代谢性和非代谢性两类。前与代谢产生的酶、化学配位体、排泄物对铀酰的络合、还原有关；后是由细胞的负电位与带正电荷的UO2^2 间产生生理-化学作用，导致铀的生物吸附、吸收、离子交换和沉淀。它与微生物的代谢、活力无关。综述了厌氧菌、喜氧菌富集铀的实验结果、富集机制和今后研究的发展趋向。     

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.     

微生物介导的土壤甲烷循环及全球变化研究

甲烷是主要的温室气体之一, 目前在大气中的含量达1.7×10-6m3·m-3, 比工业革命前增加了115%, 并以1%年增长速度稳定增长. 甲烷吸收太阳远红外光的能力比CO2高20～30倍, 对全球增温的贡献率达15%. 多年来对大气甲烷的产生、转运和循环以及调控的研究表明, 80%以上的甲烷是通过微生物的活动产生的, 一部分在进入大气前被微生物吸收利用, 这样, 大气中甲烷的净含量绝大部分是甲烷产生微生物和甲烷营养微生物相互作用的结果. 因此, 研究甲烷产生菌和甲烷氧化菌的活动规律和生态学特征, 有利于揭示微生物介导的甲烷循环过程, 并探索减排的措施. 已知有80多种甲烷产生菌和100余种甲烷氧化菌, 它们的种类和生态多样性比较广泛, 环境差异和波动影响它们的生理代谢活性, 从而导致甲烷排放的波动性和不确定性. 在未来全球变化条件下, 天然湿地作为重要的甲烷源之一, 如何响应和反馈环境的变化是研究的重点领域.     

洞穴地球微生物研究进展

以洞穴内生长的微生物为切入点,着重论述了近年来洞穴地球微生物的鉴定技术,如Biolog全自动微生物鉴定系统、克隆文库测序法、遗传指纹图技术、变性梯度凝胶电泳和温度梯度凝胶电泳、荧光原位杂交法、稳定同位素探针法以及各种技术的利弊,总结了洞穴地球微生物在微生物多样性及其在洞穴堆积物形成作用方面所取得的进展,预测了洞穴地球微生物今后的发展动向。     

微生物白云岩模式研究进展

白云石（岩）问题一直是沉积学领域长期关注的研究主题之一。近年来,在研究含有白云石的现代自然环境和促进原生白云石的沉淀实验中,都加入了微生物因素,并取得了令世人关注的效果,这无疑为白云石（岩）的成因研究提供了新思路与新途径。在前人研究基础上,总结现有的观察资料和实验结果,将微生物促进白云石沉淀的机理模式归纳为厌氧模式和需氧模式2种,并分别介绍这两种模式中硫酸盐还原细菌、产甲烷菌和嗜盐好氧细菌促进白云石沉淀的机理;与微生物相关的矿物形态学特征中,球形和哑铃形白云石及白云石最初的成核阶段所形成的纳米球粒状结构具有一定代表意义,尤其是纳米球粒状结构可以作为生物矿物学上微生物白云石的标志性结构。通过这些特殊的形态特征来寻找微生物作用的证据,或可为古代相似成因白云石（岩）的成因研究提供一种标志。     

微生物地球化学及其研究进展

本文阐述了微生物地球化学的发展历程及微生物地球化学近期的研究进展。微生物可以促进许多地质地球化学过程,微生物地球化学作用主要表现在对岩石和矿物风化、元素迁移和聚集、有机质降解以及矿床形成等方面;还表现在部分控制大气成分,参与有机物和无机物循环并影响其全球分布,从而对地球形成以来物质在上部岩石圈、水圈和大气圈中的分布起到了重要的控制作用。微生物地球化学的成果已经从根本上修正了地球科学的核心观点,它的发展必将对地球科学和生命科学的发展起到重要的促进作用。     

微生物碳酸盐岩孔隙研究进展

微生物碳酸盐岩不仅是研究古环境、古气候和地质历史事件的重要沉积记录,也是油气资源重要的储层类型之一。不同微生物群落的生理活动特性影响了原生孔隙的形成及保存,微生物沉积形成的不同尺度的沉积组构影响了孔隙的孔径大小及空间分布。微生物碳酸盐岩微相及共生岩性的微相组合型式对孔隙有效性及规模有重要影响,所处沉积地貌及相带使得微生物碳酸盐岩受海水-大气水成岩环境的胶结-溶蚀作用次序及程度不同,导致孔隙的非均质性。微生物相关的白云石化、胶结及岩溶等不同成岩作用,因其所处成岩阶段不同,而分别可能起到形成原生孔隙、保护残余孔隙及形成次生孔隙等不同效果,因而对孔隙形成及保存具有积极意义。微生物碳酸盐岩孔隙具有从纳米-亚微米级微孔隙到厘米甚至米级宏观孔隙等多个尺度,且与多尺度沉积结构构造有一定的耦合关系。因此,需要合理配置不同尺度样品的空间分布,运用多种方法技术表征不同尺度的孔隙,并增强各类数据的融合。此外,加强地质学科与地球物理学科的结合,是推动微生物碳酸盐岩油气储集层地质研究和勘探开发工作的重要途径。     

微生物成因白云石研究进展

"白云岩问题"一直是沉积地质学研究的热点和难点之一,白云岩在我国和世界范围内都是重要的油气储层。因此,深入认识白云岩成因对于碳酸岩油气勘探具有重要参考意义。白云岩成因有多种解释模式,如萨布哈蒸发模式、渗透回流模式、埋藏调节模式、混合水模式、潮汐泵模式等。近几十年来,随着低温白云石研究的不断深入,微生物白云石模式作为一种新的成因模式被提出并不断被完善。本文回顾了微生物成因白云石的研究进展,总结了低温白云石形成的3个动力学障碍(镁离子的高水合能、硫酸根的存在、碳酸根离子的低浓度和低活度),简要介绍了微生物成因白云石模式的建立、微生物成因白云石的生长过程及发育特征,系统分析了微生物在白云石形成过程中的调节作用,指出微生物(如硫酸盐还原菌、古甲烷菌)的存在可以改变溶液中的离子平衡,进而有利地克服白云石形成过程中的动力学障碍,并列举了低温微生物成因白云石的氧同位素指标在古温度恢复和过去气候变化研究中的应用,最后对微生物成因白云石相关研究方向(如多学科交叉、新技术应用等)加以展望。对微生物成因白云石模式的深入认识,将为正确解释"白云岩问题"提供新的途径,也将为石油学家关心的白云岩储层问题提供新的理论基础和研究思路。     

铁锰铝氧化物对锑的吸附研究进展

锑(Sb)是一种对人体有毒的重金属元素。近年来由于矿业开采、冶炼与广泛的使用,其污染已经成为了全球性的环境问题。锑的毒性和迁移强烈依赖于它的化学形态和环境氧化还原条件。锑极易被沉积物、土壤中的铁、锰、铝(氢)氧化物和黏土矿物吸附。本文基于前人和作者的已有工作,对铁锰铝(氢)氧化物和黏土矿物吸附锑的热力学、动力学及吸附机制进行了详细综述,对温度、pH、离子强度、共存离子等因素对锑吸附的影响进行了讨论,指出铁(氢)氧化物吸附Sb(III)过程存在的氧化是由氧气导致,而锰(氢)氧化物吸附过程的Sb(III)氧化是由吸附剂中的Mn(IV)离子引起;铝氧化物、黏土矿物对Sb(III)和Sb(V)的吸附较弱;(氢)氧化物对Sb(III)和Sb(V)的吸附分为内层或外层吸附,但结合方式有差异。本文可为铁锰铝复合吸附剂以及吸附过程中Sb同位素的研究提供一定的理论基础。     

铀的微生物成矿作用实验研究进展

阐述了微生物成矿作用的基本概念、近年来铀的微生物成矿作用实验研究进展和研究成果;着重指出关于实验模拟微生物对成矿元素的吸附、迁移和还原富集能力的最新观点和思路,包括铀的微生物成矿作用的可能途径、参与成矿的方式、成矿作用机理及与此相应的实验模拟等,并提出铀的微生物、有机和无机综合成矿机理综合实验模拟的必要性。     

海底深部生物圈微生物的研究进展

由于极端环境条件和有限有机碳输入及长期埋藏和矿化,大洋海底深部沉积物一直被认为是一个巨大的荒漠,根本无法支持任何生命活动。DSDP（Deep Sea Drilling Project）和 ODP（Ocean Drilling Program）计划的实施对此提出了严峻的挑战。海底深部生物圈微生物区系在世界大洋沉积物和上部洋壳中的普遍存在是 ODP计划的重大发现之一。一系列的研究表明在海底深部沉积物中蕴藏着巨大的微生物生物量、生物和分子多样性以及复杂多样的生理生态功能过程。海底深部生物圈微生物正成为生命起源和进化、地球系统进化和演化、全球变化和海洋生物技术开发利用的研究焦点。     

冻土微生物研究进展与意义

冻土由于其独特的地理与气候特征, 蕴藏着大量具有生物活性的各种形态和生态群的微生物, 并且已存活了几千年甚至几百万年, 它们具有独特的遗传学特征和适应环境的生理生化机制. 开展冻土微生物的研究将为微生物多样性的保护和利用、对古气候的重建、生物基因的进化、宇宙生物学的研究、全球环境变化、甚至生命起源的研究开辟新的途径. 简述了冻土微生物研究的进展, 并探讨了冻土微生物研究的重要意义.     

铀与微生物相互作用研究进展

易迁移的铀通过微生物的作用被固定到矿物晶格中是一种铀污染治理的潜在有效方式。本文简述了微生物固定铀的几种机制,以作用前后铀的价态变化为切入点,论述了近年来铀的微生物还原成矿尤其是微生物非还原成矿的研究进展及其存在的问题,并对铀与微生物作用的发展方向和应用前景进行了总结和展望。