趋磁细菌多样性及其环境意义

趋磁细菌是一类特殊的微生物,它们在体内合成有生物膜包裹、粒度均一(35 ～ 120 nm)、结晶程度高、晶形特殊、呈链状排列的磁小体,其化学成分主要是磁铁矿( Fe3O4)或胶黄铁矿(Fe3S4),因此,它们能沿地磁场磁力线定向游弋.研究表明,趋磁细菌广泛分布在淡水和海洋环境中,细胞数量可达105～ 107个/ml,其多样性和地理分布与环境有密切关系.磁小体在趋磁细菌死后可以保存在沉积物中,化石磁小体对沉积物磁学性质有重要贡献,而且趋磁细菌活动在全球铁元素循环和维持生态系统功能等方面发挥重要作用.本文综述了近年来趋磁细菌多样性、地理分布格局、环境磁学以及古环境重建等方面的研究进展.值得指出的是,化石磁小体可作为重构古环境的生物标志物,应予以重视.     

趋磁细菌和磁小体在地质体中的分布及其研究意义

本文介绍了趋磁细菌的生长条件和磁小体的合成条件,趋磁细菌与磁小体在地质体中的分布及其特征。讨论了磁小体对沉积物磁性的影响,并指出沉积物中的磁小体不仅可为研究古环境,古地磁提供有意义的信息,而且由于磁小体在成分,形态,大小等方面的特征,有望在生物医学,高级电子等领域有较好的应用前景。     

微生物的趋磁性与磁小体的生物矿化

起源于地核的地磁场保护地表的生物圈、水圈和大气圈.许多生物能够利用地磁场进行定向和迁徙,称为生物感磁或生物趋磁性.趋磁细菌是一类能够进行趋磁运动的微生物,它们在细胞内矿化合成纳米尺寸、粒度均一、结晶良好、化学纯度高的Fe3O4或Fe3S4成分的磁小体颗粒,不仅是研究生物趋磁性起源、演化和机制的模式生物类群,也是地质微生物、生物地磁学和生物矿化的重要研究对象.从趋磁细菌的群落多样性和地理分布研究出发,在介绍新技术和新方法的基础上,着重论述这类微生物的趋磁性起源、磁小体生物矿化机理及其地质环境功能等,并对未来的研究和突破方向做了展望.     

西安未央湖趋磁细菌多样性与磁学研究

对西安郊区未央湖趋磁细菌的生物多样性和磁学性质进行了系统研究.光学和透射电子显微镜分析发现,未央湖趋磁细菌主要为杆菌,它们的磁小体多为子弹头形状并呈链状排列;磁学分析表明这些磁小体颗粒以单畴磁铁矿为主;并发现一类同时含有磁铁矿和胶黄铁矿磁小体的趋磁杆菌.基于16S rRNA基因的系统发育分析发现,未央湖趋磁细菌主要分布在变形菌门的δ-变形菌纲(75％)和α-变形菌纲(25％).本研究结果还有助于为利用趋磁细菌群落指示环境变化提供依据.     

北京莲花池趋磁细菌的群落多样性研究

趋磁细菌是一类在细胞内合成磁铁矿(Fe_3O_4)或胶黄铁矿(Fe_3S_4)磁小体的微生物,广泛分布在水环境和沉积环境,在铁、硫、碳、氮、磷等元素的生物地球化学循环中发挥重要作用.趋磁细菌培养条件苛刻,目前对环境趋磁细菌的多样性和生理代谢特征等还有待系统深入的研究.本研究综合利用电子显微镜、能谱分析和分子生态学等技术方法,对北京地区莲花池沉积物中趋磁细菌的形态多样性、细胞元素分布特征和系统发育多样性等进行了系统分析.光学显微镜观察和电子显微镜分析显示莲花池中存在大量趋磁细菌(～10~3～10~4细胞/mL),从形态上主要分为球形和弧形两种,在细胞内富含铁、硫、镁等元素.基于16S rRNA基因的系统发育研究共发现了7个新类群,分别属于(Proteobacteria)中的α-变形菌纲和γ-变形菌纲,其中属于α-变形菌纲的5个类群与已知趋磁细菌序列最相似(≥91%).本研究结果有助于更好地认识自然界趋磁细菌的群落多样性和地质环境功能.     

趋磁细菌——生物地球化学作用的范例

趋磁细菌(MB)属变形菌纲,为简单的原核细胞.它的最大特征是体内长有磁小体(MSs),沿地磁线运动.MSs由膜及其内部的无机矿物或铁素(含铁蛋白质)组成,无机矿物有铁的氧化物系列或铁的硫化物系列,它们是MB的代谢产物,也是最早发现的有机界面生物矿化作用的范例.文章在广泛调查的基础上,选择源于黄土剖面S0,S1和S5古土壤层中的MB为研究重点,对它们进行了形态与生理生化特征的观察与检测,生命元素和生命小分子脂肪酸的色质谱与能谱测定,并在没有添加营养和铁源的条件下,开展了MSs的生长特点及它对环境磁性影响的模拟实验.黄土中的MB以杆状为主,杆状的长与宽之比随温度的降低而变大.MSs中的矿物为铁的氧化物系列,在较低温度并有一定温度差(8～18℃)的情况下生长较好.菌体老化后菌膜发生自溶,MSs脱落到体外,可能成为沉积物中细粒磁性物质的重要组分.因此它们在古地磁与古气候记录上具有重要的意义.通过对不同级别生物分子的了解与测试,MSs的矿物成分与形成机理研究,以及MSs中磁铁矿的铁和氧同位素测定,可进一步认识MB在沉积物中的生物地球化学作用.     

黄土剖面中趋磁细菌及其磁小体的初步研究

从中国西安市附近段家坡黄土剖面分离到微好氧性的趋磁细菌，经透射电子显微镜Ｈ－７０００ＦＡ和Ｈ－６００ＳＥＭ／ＥＤＡＸ－ＰＶ９１００型分析，黄土层（Ｌ１）中仅发现弧形菌，数量少，每个菌体含２个磁小体；古土壤层（Ｓ０和Ｓｉ）含有大量杆状菌，每个菌体有１５个以上的磁小体，沿细菌长轴呈两排链状排列，且具有向南磁极游动的习性，Ｘ射线能谱分析表明，磁小体中具有高丰度的Ｆｅ和Ｃｏ。趋磁细菌中磁小体的数量在古土壤     

广东湛江泥炭层中趋磁细菌的发现

在研究黄土剖面中有机物质（含微生物）与黄土层磁化率关系时,发现黄土层,特别是所夹古土壤层中存在含磁小体的趋磁细菌,古土壤层中趋磁细菌及磁小体含量均高于相邻的黄土层。磁小体形成和铁源关系测试结果揭示了趋磁细菌的生长与有机盐有关,较低浓度的有机铁更有利于趋磁细菌的生长和磁小体的形成。从某种意义上说有机盐反映地面有机质含量,从而表明大量磁小体形成不是在古土壤最发育时期,也不是在快速黄土堆积时期,而是在气候转变的特定环境,即经过古土壤发育期的长期风化侵蚀,粘土矿物含量增高,与上覆的黄土堆积物组合成微氧环…     

中国黄土剖面趋磁细菌的组成特征与生态意义

选择中国的黄土-古土壤序列的超磁细菌作为研究对象，以透射电镜、扫描电镜、生化实验和有机地球化学方法先后研究了从黄土地区陕西段家坡、甘肃西峰以及陕西洛川富集的趋磁细菌，结果表明，虽然趋磁细菌在黄土和古土壤层的形态有所差异，但它们均由细胞膜、细胞质和沿长轴排列的磁小体与气泡组成，在适宜的条件下它能生长出较多的磁小体。磁小体由氧化铁组成，并可从体内排出，使环境中部分Fe^2 转变为Fe^3 ，促使地层磁化率增高，尤其在古土壤层段，中国黄土剖面中趋磁细菌的产量是地表温度、湿度、pH、铁含量的函数，与湖沼中的趋磁菌相比，它在菌体形态、磁小体的数量与排列方式上有很大差距，因而中国西北黄土地区的趋磁细菌是典型的生态物种。     

第四纪沉积物磁性勘查油气法的原理及应用

本文介绍了利用第四纪沉积物磁性调查油气的原理,地下油气藏会在近地表第四纪沉积物中产生磁性矿物并形成多种磁性参量异常。检验了形成磁性异常的磁性矿物的种类;发现了油田地区土壤中存在着趋磁细菌。在5个油田地区近450km²范围应用该方法调查油气分布的研究结果表明,各种磁性异常(κ、Mn、Mr、Ir、Iκ)呈综合异常的形式,它们的形成及分布特征受油气活动、通道及环境条件的控制。实际资料证实,磁性综合异常能反映油田地区油气活动的分布状态。该方法作为综合勘查方法之一,应进一步推广。     

磁异常解释中的剩余磁化问题

磁铁矿矿石与强磁性火山岩磁性有明显的差别,前者以感应磁化为主,后者以剩余磁化为主.推荐一种利用地磁场变化磁场确定磁异常源磁性特征的方法,评论了几种涉及由剩余磁化引起的磁异常的解释方法.     

不同产状磁性体的磁异常特征

目前井中磁测解释大都采用水平矢量图指向确定矿体的方法,但由于磁场水平分量的定向问题,致使仅使用水平分量矢量对磁性体解释常会出现错误结果。通过描述水平产状与倾斜产状磁性体的磁场特征,对磁性体表面不同位置磁异常垂直分量及水平分量差异进行了说明,通过三个实例对反映在磁性体上、下位置的垂直分量与水平分量磁异常的空间分布特征进行了具体描述,并利用井中磁测曲线有效地解决了井底及井旁磁性体的赋存情况。多年来的工作实践证明,使用磁异常场垂直分量及水平分量特征,能准确的判定磁性矿体的主体方向及产状,该解释方法的推广有利于寻找深部磁性矿体。     

灌注桩钢筋笼磁异常定量计算

灌注桩中的钢筋笼在地磁场中受磁化作用而产生磁感应强度,使灌注桩附近的磁场强度发生变化.通过对钢筋笼主筋进行剖分,得到钢筋笼的仿真模型,而后根据磁性体磁场公式,利用MATLAB平台开发的计算机程序定量计算出模型桩钢筋笼磁异常.经分析表明钢筋笼仿真模型的计算能够较准确的反映出灌注桩钢筋笼磁异常特征.本研究对钢筋笼长度检测及主筋数量的估计具有较好的指导意义.     

江苏苏州地区钻孔岩芯的古地磁研究

<正>第四纪物质在其沉积过程中,因其中一些极微小的铁磁性矿物颗粒像一枚枚小磁针一样,在地磁场的作用下顺着当时地磁场磁力线方向作定向排列,并保留下这种特性,因此说沉积地层记录了地球当时的磁场方向和大小。(安芷生,1975)地球的磁场方向是:靠近地理南极为正磁极,靠近地理北极为负磁极。应用古地磁所做出的磁性倒转序列是     

试论磁场总量异常△T近似为调和场的误差

对磁场总量异常△T近似为调和场的误差进行了讨论,给出了△T近似为调和场的误差值估算式.同时指出△T近似为调和场的误差与磁异常强度的模量Ta、正常地磁场强度T0的方向变化值ψ呈正相关,与正常地磁场强度的模量T0呈负相关.当磁异常强度Ta与正常地磁场强度T0的夹角θ值接近π/2或3π/2时,误差为最大值.根据工区磁场特征,利用误差估算式估算△T近拟为调和场的误差值,合理地确定出磁测资料解释推断精度和磁测精度,避免了磁测资料的“过度”解释推断和磁测精度的“虚高”,这在高精度磁测工作中有较大实用价值.     

井中磁测确定顺层磁化二度板状体延深的一种方法

前言磁性体的下界面离地面较远,借助地面或航空磁测结果来确定磁性体的下延比较困难,而井中磁测却不然。在井中测量磁场时,因为磁性体离观测点较近,所以磁性体深部界面的影响对井中磁测结果一定会有明显的反映。井中磁测不仅便于发现盲矿体,而且还能够确定磁性体的下延。     

武汉天兴洲近代沉积物的磁性特征及其环境意义

利用多磁性参数(包括质量磁化率、频率磁化率、饱和等温剩磁、退磁系数以及热磁曲线)及磁组构分析,以长江中游武汉天兴洲近代河流沉积物为研究对象, 探讨了近100年以来沉积物磁性参数变化特征及其对长江中上游水文变化及气候环境的指示.结果表明,上部组合带(0.60~1.50 m)和下部组合带(2.40~3.30 m)沉积物的磁性载体以亚铁磁性矿物磁铁矿为主,同时存在少量较稳定的不完整反铁磁性物质,中部(1.50~2.40 m)亚铁磁性矿物相对较少,且剖面上部沉积物的超顺磁(SP)颗粒对沉积物χ贡献较大.整个沉积剖面自下而上磁性矿物含量呈“C”字型变化,反映了“软”-“硬”-“软”的磁性特性.沉积物磁组构组合带研究显示,历史时期沉积环境水动力强度、颗粒排列有序化程度以及长江流速发生了明显的变化,沉积环境水动力强度经历了“不稳定”－“稳定”－“不稳定”的变化过程,反映了长江古水文状况的变化.近代沉积物磁性特征变化格局与1900年以来以来长江中上游“暖湿”-“温凉”-“暖湿”气候环境变化和“强降水”-“弱降水”-“强降水”以及长江汉口站流量变化过程相吻合.这一研究成果为深刻认识历史时期长江流域气候环境变迁其及对长江古水文和沉积环境的影响提供了重要的参考资料.      

建(构)筑物下管桩长度检测方法

管桩中的铁磁性物质在地磁场中受到磁化而产生磁化强度,使管桩附近的磁场强度发生变化.把管桩中的铁磁性物质等效成直立磁性圆柱体,结合模型桩试验,研究了管桩外部的磁场特征,并且利用管桩外部的磁场特征确定了某居民小区住宅楼基础中管桩的长度.理论分析和工程应用均表明,磁测井法能够准确检测建(构)筑物下管桩的长度.     

纳米磁铁矿链的仿生合成及其生物矿化意义

本文在不使用任何蛋白质或生物分子的情况下,以四方针铁矿和二价铁离子为铁源仿生合成磁铁矿纳米颗粒。实验 结果表明,在弱碱性条件下,合成的磁铁矿颗粒为35 nm左右的近似立方体,而且这些颗粒能够自发的定向排列,形成类 似趋磁细菌体内的磁小体链状结构。作者认为,由于磁铁矿晶体存在着固有的磁偶极,晶体之间的磁偶极作用力驱动着磁 铁矿颗粒自发组装成定向排列的链状结构。这就揭示了在趋磁细菌体内磁小体的矿化及组装链形成过程中,除了生物蛋白 影响外,磁小体颗粒之间的磁偶极吸引作用也可能是一个重要因素。生物蛋白和晶体化学因素可能在趋磁细菌体内生物矿 化过程中协同起作用。     

崇明岛CY孔沉积物的磁性特征及其环境意义

对崇明岛CY孔样芯磁性特征的研究表明,该孔沉积物的磁性矿物以假单畴/多畴晶粒的亚铁磁性矿物为主.按磁化率等磁参数的变化可将该孔划分为7个磁性层.同时,参照沉积物粒度、化学分析结果,探讨了磁参数与沉积动力环境、地球化学环境的关系,并以磁性层位划分与岩性岩相分析、 14C测年相结合,建立了长江河口中全新世以来的沉积相序和地层层序.