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.     

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。     

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。     

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     

多种形貌羟基磷灰石的控制合成及其生物矿化意义

羟基磷灰石是生物硬组织的重要无机组元,主要存在于骨、牙齿和腕足类动物外壳等矿化结构中。研究发现,生物体不同的组织或者器官中,羟基磷灰石矿物矿化的程度、晶体尺寸、形貌以     

不同形貌无定形二氧化硅的可控合成及其生物矿化意义

硅藻是当今世界上种类最多的单细胞真核藻类。这些光合生物体是海洋中生物二氧化硅的主要贡献者,同时,它们对于全球范围内硅和碳的生物循环也有着非常重要的意义。目前已知的硅藻超过10万种,其绚丽的硅质细胞壁结构已为人     

生物矿化研究现状和展望

生物矿化过程是指在生物体中细胞的参与下,无机元素从环境中选择性地沉淀在特定的有机质上而形成的新矿物.生物矿化矿物的结晶严格受生物体分泌的有机基质的控制,是在有机基质膜板诱导下的晶体生长.生物体内有机基质指导矿物晶体的成核、生长和聚集,使得生物矿物具有特定的形貌、取向和组装方式,从而产生特殊的功能.生物矿化近年来受到化学、物理、生物以及材料学等多学科的关注.综述了生物矿化的类型、过程、机理及常用的研究方法和研究进展,并作了学科展望.     

含水非晶碳酸钙的仿生矿化研究

生物成因矿物的形成过程通常是通过先沉积非晶前驱体,进而转变形成某一种结晶相的途径来实现的。对生物成因 碳酸钙而言,普遍认为其非晶的前驱体相是在生物有机大分子和无机离子共同作用下形成的。在阴离子柠檬酸根存在的情 况下,仿生合成了非晶碳酸钙（Amorphous calcium carbonate,ACC）,运用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X-射线衍射（XRD）、 傅里叶红外光谱（FTIR）和热重-差热分析（TG-DTA）等实验手段进行了分析并观测了非晶碳酸钙后续转变。结果显示, 多羧基的阴离子能够诱导形成非晶碳酸钙,并且这些非晶碳酸钙具有与生物成因非晶碳酸钙类似的组成。这可能指示与生 物矿化相关的生物大分子,特别是一些富含极性羧基大分子能够诱导碳酸钙矿物非晶态前驱体相的形成,同时也能暂时稳 定这些非晶前驱体相。     

纳米尺度下的生物矿物和生物矿化:基于介晶的视角

纳米地质学的兴起和发展,促使地质工作者从纳米尺度重新认识固体地球物质,将对地球科学的各个领域产生广泛而深刻的影响.作为纳米地质学的重要分支,纳米矿物学也将走出传统矿物学只把矿物看成理想晶体点阵的局限,从纳米尺度深入探究矿物包括生物矿物在内的矿物结构与性质,突破口之一是介晶.介晶是一种特殊的结晶纳米结构,近年来得到了物理学家和化学家尤其是材料化学家越来越多的关注.介晶是非经典结晶过程产物,以纳米颗粒为基本构筑单元,具备纳米颗粒的性质和宏观尺寸.现已发现,许多生物矿物如脊椎动物骨骼和牙齿、贝壳珍珠层、蛋壳、海胆骨针、有孔虫和珊瑚等都具有介晶结构.因此,从纳米尺度和介晶角度重新理解生物矿化,有助于揭示生物矿物中纳米多级结构的成因机制,拓展纳米矿物学的科学内涵.首先介绍生物矿化和生物矿物的基本概念,之后对介晶的概念和结构特征进行阐述,最后介绍生物矿物中的介晶结构及介晶形成的典型机制,涉及有机基质辅助、物理场驱动、矿物桥或有机桥连接、空间限域、取向附集和晶面选择性分子作用等多种物理化学过程,有望进一步推动纳米矿物学的发展.      

趋磁细菌及磁小体对黄土-古土壤序列磁化率贡献的模拟实验研究

选择西峰和段家坡两个黄土剖面,对磁化率变化显著的L6-S5-L5层段,通过对样品中的趋磁细菌(MB)用相同的培养基富集及生长培养,初步定量模拟了MB和磁小体(MSs)对黄土-古土壤序列磁化率的贡献。富集培养MB后,段家坡剖面样品磁化率表现出不同程度的增高,最大达116.4%(DS5-1)。以古土壤样品XS5-1、DS5-1为介质生长培养MB,DS5-1磁化率的增长与接种的菌液量呈近似线性关系。此外,生长培养后古土壤样品频率磁化率与FeO/Fe2O3比值呈现出相似的变化趋势,证实了磁小体的形成。由此表明:1)MB和MSs是影响黄土剖面磁化率的因素之一,受气候和地质环境等因素的影响,不同地区黄土剖面MB的生长和MSs的形成存在差异,因此对磁化率的贡献也不尽相同;2)MSs是黄土-古土壤序列中超细粒磁性物质的组成部分。当气候环境比较适宜MSs形成及保存时,MSs在黄土剖面中超细粒(≤50nm)磁性组分中比重会相应增高,对磁化率和频率磁化率的影响也更为突出。     

Design and application of the method for isolating magnetotactic bacteria

A simple apparatus was designed to effectively isolate magnetotactic bacteria from soils or sediments based on their magnetotaxis. Through a series of processes including sample incubation, MTB harvesting, isolation, purification and identification, several strains of bacteria were isolated from the samples successfully. By Transmission Electron Microscopy (TEM) and Energy-Dispersive X-ray Analysis (EDXA), these bacteria were certificated to be magnetotactic bacteria. The phylogenetic relationship between the isolated magnetic strains and some known magnetotactic bacteria was inferred by the construction of phylogenetic tree based on 16SrDNA sequences. This apparatus has been proven to have the advantages of being inexpensive, simple to assemble, easy to perform and highly efficient to isolate novel magnetotactic bacteria. The research indicated that the combined approach of harvesting MTB by home-made apparatus and the method of plate colony isolation could purify and isolate magnetotactic bacteria effectively.     

拉尔玛金矿生物-有机质成矿作用

拉尔玛金矿床是秦岭“金三角”中典型的热水矿床。笔者根据拉尔玛地区金矿床中岩石和矿石的常量、微量和稀土元素、同位素年代学的研究 ,结合金与有机质、粘土的关系 ,以及有机质、粘土矿物吸附和释放金的实验 ,提出了硅质岩为金矿矿源层。通过对拉尔玛金矿热水成因硅质岩中分子古生物学的研究 ,指出硅质岩中与金关系密切的生物母源为海生低等菌藻生物。根据金矿床中的生物实体化石、分子化石、金与生物量及有机质之间的相互关系 ,结合生物、有机质成矿模拟的实验研究 ,确认拉尔玛金矿床为生物 -有机成矿作用     

黝铜矿热力学计算热液矿床成矿温度——以山西义兴寨脉状金矿为例

热液矿床成矿温度的准确限定是正确理解成矿作用过程和矿床成因的重要前提。为查明山西义兴寨金矿床的成矿温度,本文对不同期次脉状金矿中的黝铜矿和银金矿开展了电子探针元素分析和热力学计算。研究结果表明义兴寨矿床脉状金矿黄铁矿−石英阶段、黄铁矿−黄铜矿−石英阶段和石英−多金属硫化物阶段的成矿温度分别为290~300℃、（330±10）℃、（250±10）℃。该结果与此矿床不同阶段流体包裹体均一温度一致,且更为精确,表明黝铜矿热力学温度计能准确地限定热液矿床的成矿温度。     

Oxidation and Mineralization of Mn2+ Ions Mediated by Pseudomonas putida: Insights from an Experimental Study

The formation of manganese oxides in nature is commonly mediated by microorganisms.In this study,the mineralization of biogenic manganese oxidation mediated by Pseudomanas putida has been experimentally investigated by employing various characterization techniques,including SEM,FESEM,TEM,XRD,and STXM-NEXAFS.The results indicate that Mn~(2+) ions can be oxidized into Mn(Ⅳ) minerals(birnessite and pyrolusite) and Mn(Ⅲ) minerals(hausmannite and feitknechtite),successively.The primary products(birnessite and pyrolusite) further transformed into hausmannite and feitknechtite under Mn~(2+) ion-enriched conditions.However,birnessite and pyrolusite are the endproducts of the continuous microbial oxidation processes.These biogenic Mn oxides are poorly crystallized,which provides them with a high potential for usage in environmental restoration of contaminated soils and waters contaminated with heavy metals.The approaches employed in this study will also enrich genesis research of biological oxidation of Mn(Ⅱ) species in nature.     

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。     

水库渗漏水中氢氧化铁的矿化特征

对富水水库大坝渗漏水和析出物进行了分析和研究。析出物的主要成分为Fe2O3，并含少量Al2O3和SiO2，铁质析出物的XRD、IR、SEM和TEM分析表明，氢氧化铁的结晶程度较低，主要结晶相为针铁矿，其次为少量伊利石、蒙脱石和石英。电子显微分析观察到在非晶质氢氧化铁凝胶团和亚微米级微粒聚集体中存在特殊的显微管状和螺旋状针铁矿，显示出明显的生物矿化特征。     

Micro-environmental controls on biomineralization: superficial processes of apatite and calcite precipitation in Quaternary soils, Roussillon, France

Calcium hydroxyapatite and calcite precipitates around bacteria were observed in 2-week-old alluvial topsoil (Roussillon area, SE France). This observation prompted a laboratory study of Ca²⁺ and PO₄³⁻ incorporation into hydroxyapatite and Ca²⁺ into calcite mediated by bacteria using similar topsoil material, but free from apatite and calcite. Subsamples were prepared using three different grain sizes, and experiments were undertaken using sucrose and different contents of Ca²⁺ and PO₄³⁻. Mineralization experiments proceeded over 5 days. Calcium and PO₄³⁻ sorption onto clay influenced the Ca/P ratio in the solutions. Hydroxyapatite and calcite precipitation only occurred in unsterilized samples. The presence of clay minerals promoted biomineralization.     

微生物矿化成因的铁硫酸盐矿物表面特征初探

研究表明，生物一矿物相互作用是地球表层系统演化的重要地质营力之一。微生物与矿物岩石之间进行着活跃的物质交换，微生物通过营造微观地球化学环境和提供吸附、成核中心影响着矿物的溶解和结晶，其中生物一矿物界面是物质交换和化学反应最为活跃的场所，矿物表界面记录着丰富的微生物作用信息。在综述前人微生物一矿物相互作用界面研究的基础上，利用气体吸附技术，对比分析了微生物矿化成因和无机合成含水铁硫酸盐矿物的表面积、表面分形和表面吸附能特征，初步讨论了微生物矿化成因铁硫酸盐矿物的表面特征和控制机理。