论生物氧化

生物氧化的一个主要特点，就是代谢物在体内的氧化是逐步进行的，能量是逐步释放的．不像有机物在体外燃烧时，发生剧烈的反应。这个特点反映了生物氧化作用有别于一般氧化作用，其电子运动具有一定的特殊性。需要提出一种有别于一般的氧化还原观念，才能对生物氧亿现象进行解释。     

墨西哥湾北部富甲烷岩心SMI上的甲烷氧化作用

在富甲烷和含天然气水合物的海洋沉积物中,硫酸盐-甲烷界面（SMI）正逐步为大家所认识,被看作一个基本的生物地球化学氧化还原作用边界。SMI之上沉积物富硫酸盐,其下贫硫酸盐和富甲烷。SMI是一个很薄的带,甲烷的厌氧氧化作用是通过甲烷氧化作用完成的。在甲烷氧化作用过程中,甲烷和硫酸盐被消耗,形成溶解无机碳（DIC）和硫化氢（HS^-）,反应式如下：     

海底甲烷缺氧氧化与冷泉碳酸盐岩沉淀动力学研究进展

海底缺氧带甲烷氧化作用是一个重要的甲烷生物地球化学过程,已被许多地球化学现象所证实。甲烷缺氧氧化有效地减少了渗漏到海水和大气中的甲烷通量,但目前仅有的数据还不能很好地限定甲烷缺氧氧化在全球甲烷循环和全球碳循环中的作用。甲烷缺氧氧化的机理还存在争议,很可能是一个“反甲烷生成”过程。在许多天然气渗漏发育区域,由于甲烷缺氧氧化作用引起环境碱度的增加而沉淀冷泉碳酸盐岩,在海底表层沉积物中形成块状碳酸盐岩结壳。但冷泉碳酸盐岩生成所需的物理化学和生物地球化学条件在很大程度上还不清楚。数值计算表明,孔隙水中溶解足够量的甲烷、冷泉渗漏强度适中、较小的生物扰动作用有利于冷泉碳酸盐岩的生成,而过高的沉积速率则抑制冷泉碳酸盐岩结壳的生成。因此,海底发育冷泉碳酸盐岩可以指示天然气渗漏系统的演化特征。     

海洋环境中的厌氧氨氧化细菌与厌氧氨氧化作用

厌氧氨氧化是细菌在厌氧条件下将氨氮氧化成氮气的过程,主要应用在污水处理反应器中,最近几年发现在海洋环境中也广泛存在,并在海洋氮循环过程中发挥了重要作用,代表了海洋中一个巨大的氮汇,对碳循环和全球气候变化也有重要影响.梯烷膜脂结构独特,是厌氧氨氧化细菌的化学生物标志物,具有化学分类与古海洋学应用潜力.厌氧氨氧化作用及厌氧...     

海洋环境中的厌氧氨氧化细菌与厌氧氨氧化作用

厌氧氨氧化是细菌在厌氧条件下将氨氮氧化成氮气的过程,主要应用在污水处理反应器中,最近几年发现在海洋环境中也广泛存在,并在海洋氮循环过程中发挥了重要作用,代表了海洋中一个巨大的氮汇,对碳循环和全球气候变化也有重要影响。梯烷膜脂结构独特,是厌氧氨氧化细菌的化学生物标志物,具有化学分类与古海洋学应用潜力。厌氧氨氧化作用及厌氧氨氧化细菌已成为海洋生物地球化学、微生物学、有机地球化学等研究领域的热点。     

冷泉渗漏区海底微生物作用及生物标志化合物

在有冷泉活动和水合物产出的海底环境中,甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌十分发育,它们主导着海底天然气(主要是甲烷)的缺氧氧化作用,并在海底碳循环和生物种群繁衍中发挥着重要作用。海底天然气渗漏活动区的甲烷氧化古细菌使渗漏CH4缺氧氧化为HCO3-,硫酸盐还原细菌使SO42-转化为HS-,从而使细菌微生物获得生命所需的能量,生物种群得以发育和繁衍。甲烷氧化古细菌有ANME-1、ANME-2、ANME-3三个种群,形成相应的醚类异戊二烯类和类异戊二烯烃类生物标志物。硫酸盐还原细菌有Desulfosarcina和Desulfococcus两个主要的细菌群落,形成二烃基甘油二醚和脂肪酸生物标志化合物。这种天然气渗漏区内微生物活动产生的生物标志化合物都具有特别负的碳同位素组成,δ13C值为-41.1‰~-95.6‰,说明微生物群落在生命代谢过程中摄取了来自甲烷的碳,同时也反映了天然气渗漏系统缺氧带存在的古细菌和硫酸盐还原细菌活动。     

海洋生境的甲烷好氧氧化作用对氧浓度的响应特征

海洋生境来源的甲烷好氧氧化菌及其产生的甲烷氧化作用是否具有独特性,对氧浓度这一环境因子如何响应,目前尚不清楚.本文采用海底新鲜沉积物作为菌种来源,借助微生物培养技术,实验研究了不同氧浓度条件(0％、1％、10％和50％)下的甲烷好氧氧化过程.结果表明,完全无氧条件(0％)不能发生甲烷好氧氧化作用,实验体系的甲烷氧化速率...     

海洋沉积物中早期成岩作用地球化学研究进展

海洋沉积物中早期成岩作用过程以有机质降解为基础。按照反应自由能大小,有机质依次被O2、NO-3、Mn4+、Fe3+、SO2-4氧化,在产甲烷菌作用下发生产甲烷作用,形成大量生物成因甲烷,这是海洋沉积物中甲烷主要来源之一。甲烷气体在向上运移过程中既可在水合物稳定带中与水分子结合形成水合物,游离态和溶解甲烷也可以在硫酸盐还原菌和甲烷菌联合作用下发生甲烷厌氧氧化作用,并与沉积物中的Ca2+、Fe2+结合,形成碳酸盐岩和黄铁矿等自生矿物。这一系列过程埋藏了大量甲烷(碳),成为重要的碳汇。早期成岩作用的各种反应机制,特别是沉积环境因素的影响及其产生的阳离子同位素分馏仍是未来的重点研究方向。通过大量的文献调研,概括了早期成岩作用过程中有机质降解及甲烷厌氧氧化作用的反应机理,黄铁矿、碳酸盐岩等自生矿物的形成机理以及同位素分馏特征等地球化学研究进展,并提出了未来重点研究的方向的建议。     

天然气水合物的上界面——硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面

定义了海域天然气水合物成矿带的上界面。指出在地球深部存在最原始的、从根本上不依靠光合作用来生存的生命系统。根据对ODP岩心样品中微生物数量的统计,海底以下沉积层中的生物数量可能占据全球原核生物总量的70%,其生物总碳量和地球表面所有植物的碳总量相当。地球内部如此巨大的生物总量应该在地壳中的气体分布等方面起着重要作用。甲烷在地壳层中广泛存在,并主要是微生物成因的。微生物产甲烷的途径主要有两个,一是二氧化碳还原,另一个是醋酸盐发酵。相应地,参与产甲烷的微生物菌群主要是产甲烷菌和食醋酸菌。甲烷在沉积层中的厌氧氧化是一个不争的事实。该过程发生在海底以下一个非常局限的区带,称为硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带。通常,这个区带很窄,仅为一个面,因此,硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带又称硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面。这是一个基本的生物地球化学界面,在功能上它起到屏蔽甲烷向海底和大气逸散的作用,是一个巨大的甲烷汇。甲烷的厌氧氧化同样是一个由微生物介导的过程,参与此过程的微生物主要是食甲烷古菌和硫酸盐还原菌。硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面在海洋沉积层中一般深可达海底以下上百米,浅可至海底。此界面为天然气水合物的上界面,该界面以上没有甲烷...     

一种新型生物交联剂的制备及其性质

为在海藻酸钠分子中引入新的活性功能基团,制备出1种新型生物交联剂.本研究采用高碘酸钠氧化法,得到含不同醛基量的氧化海藻酸钠,用MTT法评价了它们的细胞毒性,并对其体内降解性和生物相容性进行了研究.结果表明:氧化海藻酸钠(氧化度<50%)的细胞毒性为0～2级,氧化度越高其细胞毒性越强;含相同醛基量的氧化海藻酸钠(氧化度为24%)与戊二醛相比,前者对细胞无明显抑制作用,毒性较低,而后者明显抑制细胞的生长,具有很强的细胞毒性.体内降解性和生物相容性实验结果表明,适度氧化的海藻酸钠不但保留了海藻酸钠良好的生物相容性,而且改善了其降解性.所以,适度氧化的海藻酸钠是1种新型的低毒性生物交联剂.     

深海冷泉古菌厌氧甲烷氧化研究进展

在富含甲烷水合物的海相冷泉沉积物中, 古菌厌氧甲烷氧化作用(anaerobic oxidation of methane, AOM)越来越受到人们的重视。目前普遍认为, AOM是由嗜甲烷古菌和硫酸盐还原菌共同调节的生物地球化学过程。16S rRNA基因分析表明, 包括AEME-1、AEME-2和AEME-3在内的多种甲烷古菌参与了AOM的过程, 它们广泛分布于全球大洋海底缺氧带。AOM过程与全球环境变化密切相关, 从深海底部冷泉区向上渗漏的甲烷气体, 绝大部分在穿透缺氧带沉积层过程中被甲烷氧化古菌所消耗, 有效减少了具有强烈温室效应的甲烷气体向大气的释放。对AOM生物地球化学过程的研究, 在认识冷泉系统碳酸盐的形成机理、控制强温室气体甲烷从海底的渗漏和开发可燃冰新能源等方面具有重要意义。     

海相沉积物中的氧化作用和有机质保存:来自富有机碳古沉积物的直接实验证据

什么变量控制着海相沉积物中的有机质(OM)保存是当今生物地球化学研究中的一个最复杂和有争议的问题(Hedges等,1999),使均变论的应用复杂化,即不能简单地用现在的现象去解释过去。具体说,氧化作用在形成富有机碳古沉积物(如地中海腐泥)中扮演一个什么角色一直是人们争论的问题。实验室试验研究了氧对现代沉积物OM降解的影响,研究中主要使用了富碳的海岸沉积物,揭示了除最具反应性的部分之外,在缺氧情况下OM降解过程明显缓慢。然而,在氧化性好、有机质缺乏的深海沉积物中可能有不同的趋势,现在我们仍需要弄清在地质年代中是否缺氧条件增强…     

东太平洋1787柱碎屑组分组合与沉积环境

对太平洋 １７８７ 柱沉积物样品进行了碎屑组分、分布、来源及组合的研究。结果表明,沉积物中的碎屑组分主要是生物来源、海洋自生来源和岩源。重组分以铁锰微结核、生物磷灰石、褐铁矿、磁铁矿、辉石类为主, 轻组分主要是生物蛋白石 （放射虫、海绵骨针等硅质生物壳体或骨骼）、粘土团集物和火山玻璃。根据各碎屑组分在整个柱芯的分布特点及其组合类型的不同, 把 １７８７ 柱分为 ６ 层, 并大致反映沉积环境的氧化还原条件、火山活动特点及底层流活动状况。研究结果能与磁性地层资料、地球化学资料和沉积物构造相互印证, 表明碎屑组分及其组合研究能为恢复沉积环境提供矿物学证据。     

海洋环境中氧化还原敏感性微量元素的地球化学行为及环境指示意义

依据国内外最新研究成果,初步讨论了氧化还原敏感性微量元素(RSE)Re、Cd、Mo、U、V等的地球化学行为,其中包括海洋沉积物中RSE的来源、RSE在缺氧和无氧海区的沉淀富集机理及其环境指示意义。在此基础上讨论了利用RSE研究氧化还原环境时应注意的一些问题。RSE的沉淀富集机制不尽相同,但具有以下共同特点:①对底层海水的溶解氧浓度敏感。在正常溶解氧条件下,氧化还原敏感性微量元素在海水中呈溶解态稳定存在,而当底层海水处于缺氧或无氧条件时容易发生还原。②当底层海水处于缺氧或无氧条件时,经过沉积物—海水界面过程,受缺氧程度不同的制约,海水中呈溶解态的RSE依次在沉积物中沉淀,出现不同程度的富集。③持续还原条件下,RSE在沉积物中稳定存在;受氧化作用后,容易在沉积物中发生二次迁移和重新富集。不同的RSE其氧化还原电位不同,在氧化还原序列中的位置不同,Re在U之后Mo之前发生还原。因此,RSE在海洋沉积物中的不同富集特征和富集程度可作为还原程度指标研究底层海水的缺氧程度和底质的氧化还原环境。研究RSE的氧化还原环境指示意义,必须对RSE陆源碎屑来源组分进行剔除,同时,还应充分注意到还原沉积区发生氧化后,RSE在沉积物中会发生重新迁移和二次富集。     

细菌对锰的氧化和聚集作用

细菌是锰矿床生物沉积过程中的主要营力。通过总结生物与锰的关系,重点评述了细菌对锰的氧化和聚集作用,并探讨了锰的微生物氧化机制;同时,分析和总结了锰结核和锰的生物沉积特征。最后得出细菌在锰的地球化学循环中起着重要作用。     

南流江下游氮的迁移

首次报道了1997年10月-1998年7月南流江下游氮的含量变化及其迁移规律。结果表明，南流江下游水域的无机氮含量较高，具有丰水期高、平水期次之、枯水期较低的分布特征，与出海口北海湾的季节变化相一致。三氮之间的迁移与转化，从上游至下游变幅不大。丰水期NO3-N占溶解无机氮（DIN）的89.15%，流域面积氮的流失为主要影响因素；平水期NO3-N占DIN的69.30%，是以化学氧化作用为主，并辅以生物和物理作用综合影响的结果；枯水期则以NH3-N占DIN比例较高（81.25%），是以微生物的氧化作用为主的生物和化学作用综合影响的结果。     

利用臭氧氧化实现复合生物反应器污泥减量

采用复合生物反应器,对应用臭氧氧化实现污泥减量进行了研究。2个相同的复合生物反应器平行运行,1个作为对照系统,1个作为氧化系统。反应器内装有半软性填料,投加量为10%。曝气池中悬浮污泥浓度为1 500 mg/L左右,生物膜浓度为2 000 mg/L左右。试验结果表明,随着臭氧氧化污泥比例的增加,污泥表观产率系数也随之降低,当臭氧投量为0.05 g O3/gSS,每天氧化的污泥分别为反应器内污泥的10%,20%,30%时,污泥表观产率系数分别减少28.2%,44.9%,75.8%。虽然随着污泥氧化比例的增大,氧化系统出水CODcr略有增加,但氧化系统仍能保持其生物处理能力,CODcr去除率在92%以上;2个系统之间氨氮的去除率相差不大,氧化系统的硝化能力基本没有受到臭氧氧化的影响。     

炮集域压制海水鸣震的τ-p变换法

利用Radon变换压制多次波的传统做法一般都是先进行叠加速度分析,然后在CMP道集上做相应滤波处理.实际资料处理中,带有多次波的速度分析难以准确地提取速度,进而造成多次波压制的效果不够理想.有别于传统的做法,本文提出的方法通过对炮集记录进行同相轴重排,运用变换域自适应切除的τ-p变换(线性Radon变换)滤波,实现了直接在炮集记录中压制海水鸣震.实际资料处理表明,该方法对于海水鸣震多次波压制是一种行之有效的方法.     

海水反硝化和厌氧氨氧化速率同步测定的~(15)N示踪法及其应用

反硝化与厌氧氨氧化作用是海洋结合态氮迁出的主要途径,15N示踪法是定量反硝化和厌氧氨氧化作用的新方法,它具有灵敏度高、可同步测量反硝化与厌氧氨氧化速率的优点.本研究开展了一系列方法学实验,以确定高纯氦气驱赶水样所含气体的时间、超声赶气时间、同位素比值质谱仪测量N2含量的精度、N2含量及其同位素组成测定的工作曲线以及示踪剂的最佳添加量等,从而确立起15N示踪同步测定海水反硝化和厌氧氨氧化速率的方法.所建立方法测量N2含量的相对标准偏差小于8%,可满足海洋反硝化与厌氧氨氧化速率测定的需要.应用该方法实测了厦门筼筜湖富氧与缺氧水体的反硝化与厌氧氨氧化速率,结果表明,缺氧底层水的反硝化速率[4.10~5.47μmol/(dm3·d)]比富氧表层水[0.43~0.46μmol/(dm3·d)]明显来得高,但缺氧底层水的厌氧氨氧化速率[0.00~0.12μmol/(dm3·d)]则比富氧表层水的速率[0.52~0.67μmol/(dm3·d)]低得多.     

海水中Cr（Ⅲ）的氧化作用

本文以人工海水和天然海水为介质，研究了Ｃｒ（Ⅲ）被Ｈ２Ｏ２的氧化作用，结果表明，Ｃｒ（Ⅲ）的氧化速率为介质ｐＨ和温度的函数；海水中溶解有机质的存在也将影响Ｃｒ（Ⅲ）的氧化速率，随着海水中腐殖质浓度的增加其氧化速率呈现下降趋势。其原因可解释为腐殖质对Ｃｒ（Ⅲ）的配合作用和对Ｃｒ（Ⅵ）的还原－催化作用。