极端环境下的微生物及其生物地球化学作用

极端微生物是地球生物圈的重要组成部分。极端微生物的地球化学定位在微生物学与地球化学以及一些相关学科的交叉点上,最近10年已经发展成为地质生物学研究的热门领域。对极端微生物的研究不仅有助于回答生命起源、生命极限、生命本质甚至其他生命形式等生命科学问题,而且其生物地球化学作用在地球系统科学研究中具有重大科学研究价值,对揭示生物圈与地圈协同演化的奥秘、认识生命与环境相互作用规律及地球的化学演化提供重要证据。总结了嗜热菌、嗜冷菌、嗜酸菌、嗜碱菌、嗜压菌、嗜盐菌以及抗辐射菌的主要类群,论述了极端微生物适应环境的机制,探讨了极端微生物的生物地球化学意义。作者预测未来将会在生物标志化合物研究、同位素地球化学分析和分子生物学综合研究的基础上协同推进极端微生物地球化学学科的发展。     

海洋极端环境微生物活动与油气资源关系

为了弄清海洋极端环境下微生物参与油气资源形成和演化的潜在机制, 进行了现代海洋热泉和冷泉等环境中微生物类型分析和生物量估算, 探讨了极端微生物活动和油气资源的潜在关系.认为海洋极端环境下微生物类型主要为细菌和古细菌, 热泉微生物群落主要为异养发酵菌、硫酸盐还原菌、产甲烷菌等; 冷泉微生物群落主要为ANME-2族的厌氧甲烷氧化古细菌、硫酸盐还原细菌和ANME-1族厌氧甲烷氧化古菌.这些极端微生物利用CH₄和H₂S等气体进行能量固定, 有较高的生物丰度和较低的分异度, 具有垂向和水平分带性, 并能营生一套独特的宏体生物.极端微生物活动直接和间接地参与了油气资源的形成和改造, 示踪海底油气资源的变迁.对于探索地球早期海洋微生物活动与油气资源形成, 寻找地史时期或华南地史早期烃源岩具有重要理论和实践指导意义.      

721铀矿可培养嗜酸性微生物多样性分布

嗜酸性微生物是一类生活在极端酸性环境下的微生物,已被广泛用于生物冶金。对721铀矿嗜酸性微生物的群落分布规律进行了初步的研究与探讨。运用双层固体平板培养技术,以琼脂糖为凝固剂,以SJH为底层添加菌,分离样品中的微生物．得到8种嗜酸性微生物,根据不同菌在不同双层固体平板表面的菌落形态特征,并结合16SrRNA基因扩增技术鉴定菌种。占优势的嗜酸性微生物为氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A．f）.     

现代酸性矿山废水环境中的真核微生物:生物多样性、生理学、生物地球化学特征及其对古环境和早期生命演化的指示

现代酸性矿山废水(AMD)环境被认为是地球早期环境的理想对应物.AMD的水环境具有金属含量高、pH低的特点,这与太古代-早元古代时期海洋的某些环境条件十分类似.然而,尽管AMD的环境条件恶劣,但仍然栖息着非常丰富的原核和真核微生物,在这其中那些嗜酸的、营光合作用的真核微生物类群(特别是Euglena mutabilis)更是引起众多科学家极大的研究兴趣.本文全面概述了在AMD环境中发现的真核微生物Euglenids种群的生物化学、生理学和生物地球化学特征,以及这些特征对于理解生命演化和早期地球环境条件等方面的指示性作用.Euglenids的细胞具备区域化功能,因而具备需氧和厌氧的蜡酯和甾醇的双生物合成途径,同时它们还可以形成生物膜,所有这些均使得Euglenids能够在早期地球极端恶劣的环境条件下生存并持续演化.在AMD酸性环境中发育的富铁叠层石、嗜酸微生物的脂类化合物及其碳同位素比值以及它们独特的生理和生化特征可用于阐述真核生物的演化、地球早期大气中氧气的产生、条带状富铁建造的形成以及地球早期的环境演化等.     

深海微生物多样性形成机制浅析

随着全球人口、资源与环境问题的加剧,人类把目光投向海洋。深海包含在极酸、极碱、极热、极冷、高盐、高压等极端环境下能够生存繁衍的微生物。与陆地微生物比较,它们可能具备某些不同的代谢途径和遗传背景。对极端环境微生物生存与适应机制的研究将加深我们对深海微生物乃至深海生物圈对全球气候影响的理解,也将促进我们对深海微生物资源和深海矿产资源的开发。在综合以往对各种极端环境下微生物研究的基础上对深海微生物的生存及适应机制进行了分析与阐释,为深海微生物的研究提供参考。     

低温微生物的适冷特性研究进展及其应用前景

低温微生物是指在低温条件下具有生长能力的微生物,广泛分布于地球寒冷生境,如南北两极、高山、冰川、深海、土壤.低温微生物由于长期生活在寒冷环境中,在自然选择的作用下形成了一套与低温环境相适应的机制,并且在生态系统占有重要的地位和作用.对低温微生物进行研究不但可以进一步认识和理解微生物在低温环境、生命起源进化、生物适冷机制中的意义和作用,而且还可利用其特殊基因及产物服务于人类.简述了低温微生物的适冷特性研究进展及其在环境保护、食品、纺织、医药等多个领域中的开发应用前景.     

深海热液生态系统特征及其对极端微生物的影响

深海是地球上最重要的极端环境之一,发育了数量巨大的极端微生物。它们独特的生存环境、生理结构、代谢机制和共生关系成为探讨生命起源及寻找外太空生命的关键。尽管从生物学角度对极端微生物已开展了大量研究,但深海热液系统对极端微生物演化的影响仍不甚清楚。因此,在总结深海极端的理化环境和地质环境特征的基础上,分析了海底热液活动的分布特征、形成机理及其对周围生物群落种类、分布和演替规律的巨大影响。重点探讨了热液环境下各种极端微生物的生命形式及其对深海营养物质循环和生态系统演化的重要意义。目前,极端环境与生命过程的研究仍处于初级阶段,亟待加强深海原位探测和分子生物学技术的研发以及多学科交叉研究。     

嗜酸微生物与生物冶金技术

生物圈中广泛分布着自然酸性环境和人造酸性环境,为嗜酸微生物(最适生长p H3)提供了生存场所。嗜酸微生物在铁和硫等重要元素的地球化学循环等方面起着重要作用,可应用于冶金领域,具有流程短、成本低、环境友好等优势,目前已经成功地应用于铜、金、铀等金属的提取,成为世界矿物加工的前沿技术。该技术在国外已经实现工业化生产,中国也在逐步推广应用,但仍然存在浸出率和浸出效率低等问题。本文主要介绍嗜酸微生物和生物冶金技术的研究进展,为加强基础理论和应用技术研究提供启示。     

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.     

漠河盆地科学钻探井MK-1地下冷环境中嗜热微生物的多样性分析

在漠河盆地科学钻探井MK-1地下110m冷环境样品中发现大量嗜热微生物存在的证据,针对这些冷环境中的嗜热菌进行了克隆文库分析和分离培养,分别用细菌和古菌16SrDNA引物PCR扩增.结果表明:未发现古菌16SrDNA存在,而嗜热细菌与栖热菌属(Thermus),地芽孢杆菌属(Geoba-cillus)和厌氧芽孢杆菌属(Anoxybacillus)有较近的亲缘关系,通过分离培养分离出3种地芽孢杆菌属(Geobacillus)的细菌,其相似度均为100%.嗜热微生物多存在于地下温暖有机质丰富的生态系统中,了解它们的来源、分布机制及其多样性对于能源和资源的寻找在一定程度上具有指示意义.     

The Characteristic of Deep Sea Hydrothermal Ecosystem and Their Impact on the Extreme Microorganism

Deep-sea is one of the most important extreme environments on the earth. Numerous and diverse extremophiles thrive in this extreme environment, presenting distinctive physiological structure, metabolic mechanism and symbiosis relations, which provide new methods to study the origin of life and extraterrestrial life. Despite extensive studies on deep-sea extremophiles from the point of view of biology, the impacts of deep-sea hydrothermal activity on the evolution of extremophiles remain largely unknown. On the basis of summarizing features of the deep-sea ziphysicochemical and geological environment, the distribution and formation mechanism of submarine hydrothermal vents were analyzed, respectively. Hydrothermal vents have great effect on the distribution and succession of communities. Our discussion focused on the extreme life forms of microorganisms surviving in the hydrothermal ecosystem and their important significance for the nutrient cycling and ecosystem evolution. However, the research of life processes in extreme environments is still in the primary stage and more work is needed on the in-situ detection technique, molecular biology and interdisciplinary research.     

河北怀来地区ZK02孔第四系地层结构特征

研究第四系地层结构特征和沉积环境,不仅对掌握区域第四纪发展史和气候变化具有重要意义,还可为合理利用地质资源和防治地质灾害提供重要依据。以怀来地区ZK02孔揭露的地层特征为依据,分析第四系地质结构,探讨怀来地区第四系特殊的沉积环境演变。结果表明：海拔600 m以上的山间河流发育了较厚的第四系中、上更新统沉积物,且研究区第四系自下而上以河床-边滩相沉积环境为特征,表明新构造运动和气候变化控制了第四纪时期的沉积环境演变,特殊的地质环境塑造了特殊的第四系地层结构特征。     

地质微生物学及其发展方向

地质微生物学是在20世纪末发展起来的新的地学分支,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。通过对现代及地质历史上的各种地质环境,包括极高温,高压,极端酸性,碱性,高盐度,极高放射性,地球深部等环境中微生物的生存和演化,及其和地质环境的相互作用而形成的各种地球化学记录的研究,探讨微生物在过去、现在和将来对生命活动最重要的元素(C,H,O,N,S,Fe等)在全球或局部尺度上的循环作用,从而对微生物的风化作用、成矿作用、地质环境下的微生物生态链及其环境的研究提供重要的科学证据。微生物与矿物的相互作用、极端环境下的微生物和生态及分子地质微生物学是当前地质微生物学研究的重要方向。     

全新世低纬地区古环境演化与北大西洋之间的联系——以湖光岩玛珥湖元素和元素比值记录为例

通过湖光岩玛珥湖沉积物高分辨率的Fe/Mn比值、Rb/Sr比值、Sr元素强度和550℃烧失量的研究,重建了湖光岩地区全新世以来的古环境演化历史,即：早全新世是气候适宜期,气候温暖湿润,中、晚全新世开始气候逐渐干旱化。这种气候演化模式体现了全新世季风演化的全球性。湖光岩玛珥湖沉积物反映的全新世以来的冷暖变化事件与北大西洋...     

成冰纪全球冰期事件的环境效应研究进展

成冰纪全球冰期是地球历史上最极端的冰室气候事件,冰川作用波及赤道区域,全球可能都遭受了冰封,海洋广泛缺氧,生物演化进程迟滞。然而,冰期结束之后,大气氧浓度迅速升高,海洋发生逐步氧化,大型带刺疑源类和真核多细胞藻类在埃迪卡拉纪开始繁盛,出现最早的动物,地表生物圈发生了翻天覆地的变化。显然,成冰纪全球冰期事件是地球系统演化的重要转折。认识冰期的环境效应是认识埃迪卡拉纪生物演化的关键,也是打开地表宜居环境演化的钥匙。本文总结了近年来成冰纪全球冰期的气候假说、冰期沉积特征、海洋氧化还原条件及冰期后的大气与海洋环境剧变等方面的研究进展,简要分析了全球冰期研究中存在的问题,并对该领域未来研究提出了展望与建议。     

深海热液环境中的铁氧化菌及其矿化

深海热液系统极端的物理化学条件蕴育了完全不依赖于太阳光的独特生态系统,化能自养型微生物是支撑这些生态系繁荣的初级生产者.铁氧化菌是海底热液环境中常见的化能自养微生物之一,能够从低价态铁氧化成高价态铁的化学反应中获取代谢能量.它们对海底金属元素的地球化学循环过程、金属矿床的形成和堆积以及丰富热液生态系统功能等有重要的影响.介绍了深海热液环境中存在的铁氧化菌,以及它们的分类、氧化机理和与之伴生的生物矿化现象.     

优化生态环境保障人民健康

中国疆域辽阔,地质结构构造复杂,中国特殊的地质、自然地理格局和生物界的演化造就了中国特殊的生态环境.地质工作通过非化石能源矿产勘查,发展绿色矿业,开展农业地质、医学地质、灾害地质和古环境古气候的调查研究,在提供清洁能源、提高农产品质量、地方病防治、地质灾害评估预报、应对全球变化挑战、优化生态环境、保障人民生命安全和身体健康等方面,是大有可为的.      

热液喷口生物体对成矿作用的影响

深海热液喷口及相关生物群体的发现是近20年来全球海洋科学取得的最重要的科学成就之一。在海底黑烟囱周围高温、高压、黑暗、缺氧、含硫等极端环境中,生活着特殊的深海生物群落,它们的初级生产者嗜热细菌和古细菌在其自身的生活史中不仅影响了喷口周围矿物的沉积,而且直接和间接影响了矿物元素的溶解、吸附、萃取、转化,生成包括Fe,Mn...     

2010年“8.8”舟曲特大山洪泥石流灾害形成的气候特征及地质地理环境分析

利用舟曲气象和地质资料,分析了2010年8月8日发生的"8.8"舟曲特大山洪泥石流灾害形成的气候特征和地质地理环境.这次泥石流是在舟曲特殊的地质地貌和地理环境下,由于前期干旱,突遇强降水而发生的一次特大地质灾害.崩塌、滑坡、地震和人为因素,特别是"5.12"汶川地震,较大程度上破坏了舟曲地质,为泥石流提供了丰富的物质来源;前期干旱在一定程度上加剧了这次灾害;超历史极值的强降水是触发泥石流的直接因素.通过对舟曲气候研究表明,7、8月降雨频繁,而且过程雨量大,尤其8月上旬大雨发生频率最高,应密切关注可能引发的地质灾害.加强对地质地貌的保护,研究历史气候及月季气候特征对泥石流发生的影响,确定在不同地形和地质地貌背景下的泥石流降水量阈值,对泥石流灾害发生的预报有着十分重要的意义.