【摘要】：為了解海洋微生物在鐵錳結(jié)核(殼)形成過程中發(fā)揮的作用,深化對(duì)微生物與鐵錳結(jié)核(殼)關(guān)系的認(rèn)識(shí),進(jìn)一步充實(shí)微生物-礦物相互作用和鐵錳結(jié)核(殼)的生物成礦過程的研究,還原大洋鐵錳結(jié)核(殼)的形成過程。我們采用三種海洋微生物分別與大洋鐵錳結(jié)核(殼)進(jìn)行了關(guān)于生物作用對(duì)鐵錳結(jié)核(殼)元素遷移及礦物組成影響的研究,旨在深入探討兩者的相互作用機(jī)制。本研究所采用的三種海洋微生物是鹽場(chǎng)海芽孢桿菌(Marinibacillus campisalis)、亞硫酸桿菌(Sulfitobacter)和芽孢八疊球菌(Sporosarcina)。通過X射線熒光光譜(XRF)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)和電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)多種方法,分析微生物對(duì)鐵錳結(jié)核(殼)元素遷移的影響;通過透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)和X射線衍射(XRD)等多種方法,分析微生物對(duì)鐵錳結(jié)核(殼)中礦物組成的影響。通過研究主要得到了以下結(jié)果:鐵錳結(jié)核(殼)的主要礦物是高嶺石和斜長(zhǎng)石,主要分布在核心部分,還有少量的石英、方英石以及菱鐵礦、赤鐵礦等鐵礦物,殼層礦物含量低,主要含有鐵錳礦物,富集大量Fe、Mn、Ti、Co、Ni、Cu等金屬元素。微生物能夠促進(jìn)鐵錳結(jié)核(殼)的主要金屬元素的溶解釋放,同時(shí)也對(duì)這些元素有生物成礦的作用,其中鹽場(chǎng)海芽孢桿菌對(duì)Fe、Mn、Co、Ni、Cu都有較強(qiáng)的溶解釋放作用,對(duì)Fe、Mn、Co、Ni有較強(qiáng)的生物成礦作用;亞硫酸桿菌對(duì)Mn、Co有較強(qiáng)的溶解釋放作用,對(duì)Ni有較強(qiáng)的生物成礦作用;芽孢八疊球菌對(duì)Fe、Mn、Co、Cu有較強(qiáng)的溶解釋放作用,對(duì)Fe、Mn、Co、Ni有較強(qiáng)的生物成礦作用。通過微生物的生物成礦作用,能夠在細(xì)菌菌體表面形成新的礦物。在微生物的作用下,鐵錳結(jié)核(殼)中的斜長(zhǎng)石以及菱錳礦、菱鐵礦、赤鐵礦和針鐵礦等鐵錳礦物含量有不同程度的增加�；诒狙芯�,我們認(rèn)為微生物-鐵錳結(jié)核(殼)相互作用的機(jī)制主要是:微生物能通過酶、代謝產(chǎn)物或者各種分泌物的作用,溶解破壞鐵錳結(jié)核(殼),進(jìn)而釋放出殼層的主要結(jié)構(gòu)元素,如Fe、Mn、Co、Ni、Cu等,產(chǎn)生各種金屬離子;同時(shí)又由于微生物自身所獨(dú)有的特性,能夠通過生物成礦作用高效地利用周圍環(huán)境中的金屬離子,隨著時(shí)間不斷增加進(jìn)而形成新的礦物,如各種鐵錳礦物。并由此推測(cè)在大洋環(huán)境中,海洋微生物能夠通過生物成礦作用促進(jìn)海水中金屬元素的富集成礦,進(jìn)而對(duì)鐵錳結(jié)核(殼)的形成起到促進(jìn)作用。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院海洋研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：Q938.8
【圖文】：

海洋微生物與鐵錳結(jié)核（殼）相互作用機(jī)制的初步研究的特性分別影響地質(zhì)作用的化學(xué)過程和物理過程，在高溫高壓下發(fā)生的化學(xué)和物理過程，可以在地表環(huán)境常溫常壓條件下，通過微生物的生物化學(xué)作用和生物物理作用實(shí)現(xiàn)，形成在較高地質(zhì)溫壓下才能形成的礦物乃至巖石（謝樹成等，2016）。例如嗜鹽古菌、硫酸鹽還原菌等微生物能夠通過多種途徑在地表環(huán)境沉淀白云石（Zhang et al., 2015; Zhang et al., 2012; Sánchez-Román et al., 2008; Vasconcelos etal., 1995）；異化鐵還原菌、硫酸鹽還原菌等能實(shí)現(xiàn)蒙皂石的伊利石化，并能形成一些長(zhǎng)石類自生礦物（Jaisi et al., 2011; Kim et al., 2004）；還有一些微生物能夠在地表常溫常壓環(huán)境直接形成一些熱力作用才能產(chǎn)生的地質(zhì)脂類（Xie et al., 2004;Ries-Kautt et al., 1989; Quirk et al., 1984）。

微生物接種與培養(yǎng)采用涂布平板法將凍存在-80 ℃冰箱中的 3 種微生物菌種分別接種到培養(yǎng)皿的固體培養(yǎng)基中，在 25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng) 2~3 天后，用接種環(huán)刮取培養(yǎng)皿中培養(yǎng)好的細(xì)菌，接入裝有液體培養(yǎng)基的錐形瓶中進(jìn)行活化，以上操作均在無菌操作臺(tái)中進(jìn)行。隨后將裝有活化細(xì)菌的錐形瓶放入搖床，120 r/min、25 ℃培養(yǎng) 1天。2.1.2 大洋鐵錳結(jié)核（殼）實(shí)驗(yàn)鐵錳結(jié)核（殼）樣品系 2014 年“科學(xué)號(hào)”考察船西太平洋航次采自東菲律賓海，水深約 4092 m。選用的大洋鐵錳結(jié)核樣品直徑約在 2 厘米左右，呈黑色圓球狀、瘤狀，剖面特點(diǎn)為外層黑色薄殼包裹內(nèi)部沉積物，見圖 3.1（左）；鐵錳結(jié)殼樣品大小約為 10×12cm，呈黑色殼狀，剖面特點(diǎn)為外層黑色殼體包裹內(nèi)部沉積物，見圖 3.1（右）。

圖 3.1 相互作用實(shí)驗(yàn)最終產(chǎn)物照片3.1 Pictures of final products from the microbe-ferromanganese nodulinteraction experiment生物物的生長(zhǎng)曲線取的微生物在搖床 120 r/min、25 ℃條件下的生長(zhǎng)曲線見種海洋細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線比較相似。在最開始的4小時(shí)內(nèi)均穩(wěn)；隨后在 5 h~24 h 內(nèi)均處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，細(xì)菌的數(shù)量迅升高，代謝旺盛，最適宜接種至反應(yīng)溶液中；24 h 后，均的生長(zhǎng)速率逐漸降低，數(shù)量比較穩(wěn)定，生長(zhǎng)曲線平穩(wěn)，隨菌逐漸開始衰亡。

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本文編號(hào)：2782400