微生物介导形成菱面型白云岩晶体的研究

白云岩的微生物起源是近十年来地质学家和微生物学家共同关注的一个热点问题，也是解开白云岩之谜的一个关键。目前文献报道的由微生物介导生成的白云岩晶体多呈球形或哑铃型，与在天然样品中常见的菱面型晶体有别。申请者在前期研究中首次发现微生物能在低温高压条件下介导生成菱面型白云岩晶体，为研究菱面型白云岩的微生物起源提供了条件。在这一项目中，申请者将继续利用生物反应器技术，结合微生物学和岩石学，深入研究微生物种群及培养环境对白云岩晶体形成的影响，比较哑铃状白云岩和菱面型白云岩晶体生成所需的生物及理化条件，为最终建立完善的"微生物介导合成白云岩模型"提供理论依据和实验数据。此外，我们对成岩微生物代谢活动的分析将对回答为什么"白云岩矿藏基本上都是成岩于前寒武纪"这一科学难题提供一定的线索。

在本项目中我们深入研究了白云岩的微生物起源机理，尝试探索地质学上的“白云岩之谜”：即白云岩的生成条件未知，虽然有证实在实验室条件下微生物能介导生成微米级的球状、哑铃状或者纺锤状的白云石结晶，但尚无生成与天然环境中类似的标准的菱面型白云石晶体的成功案例。基于对微生物的理解，我们提出：微生物细胞在受到环境压力胁迫状态下代谢产物改变水溶剂性质，促进海水中的钙镁离子和碳酸根在细胞表面有序结合，打破白云石晶体形成的动力学壁垒。根据这一假说，我们通过优化菌株的选择，结合微生物的生理性质，控制成矿中微生物代谢的速率，最终在高盐度，高镁离子，高压等多重环境因子胁迫下利用一株Sporosarcinap sychrophila介导获得菱面型白云石晶体，与天然环境中发现的晶体相同，为地质微生物学家在探寻微生物与白云石形成的研究提供了新的思路。另外，我们对泥火山环境样本进行长期培养实验，结果指示由冷泉微生物介导生成的原生碳酸盐岩在存在深度和产生时间上都可能具有分层效应。除此之外，基于微生物胞外电子传递与其成矿过程的直接关系，我们设计了一种用于连续培养、采样与实时检测的微生物电化学系统，用于检测海洋微生物的胞外电子传递。在本项目的支持下已发表SCI论文1篇，发表核心期刊1篇，获得实用新型专利授权1项。另有1篇SCI论文初步接收，2篇SCI论文投稿中，1项发明专利公示中。应邀在国际会议报告2次。