海洋微生物与铁锰结核（壳）相互作用机制的初步研究

论文摘要

为了解海洋微生物在铁锰结核（壳）形成过程中发挥的作用,深化对微生物与铁锰结核（壳）关系的认识,进一步充实微生物-矿物相互作用和铁锰结核（壳）的生物成矿过程的研究,还原大洋铁锰结核（壳）的形成过程。我们采用三种海洋微生物分别与大洋铁锰结核（壳）进行了关于生物作用对铁锰结核（壳）元素迁移及矿物组成影响的研究,旨在深入探讨两者的相互作用机制。本研究所采用的三种海洋微生物是盐场海芽孢杆菌（Marinibacillus campisalis）、亚硫酸杆菌（Sulfitobacter）和芽孢八叠球菌（Sporosarcina）。通过X射线荧光光谱（XRF）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）多种方法,分析微生物对铁锰结核（壳）元素迁移的影响;通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD）等多种方法,分析微生物对铁锰结核（壳）中矿物组成的影响。通过研究主要得到了以下结果:铁锰结核（壳）的主要矿物是高岭石和斜长石,主要分布在核心部分,还有少量的石英、方英石以及菱铁矿、赤铁矿等铁矿物,壳层矿物含量低,主要含有铁锰矿物,富集大量Fe、Mn、Ti、Co、Ni、Cu等金属元素。微生物能够促进铁锰结核（壳）的主要金属元素的溶解释放,同时也对这些元素有生物成矿的作用,其中盐场海芽孢杆菌对Fe、Mn、Co、Ni、Cu都有较强的溶解释放作用,对Fe、Mn、Co、Ni有较强的生物成矿作用;亚硫酸杆菌对Mn、Co有较强的溶解释放作用,对Ni有较强的生物成矿作用;芽孢八叠球菌对Fe、Mn、Co、Cu有较强的溶解释放作用,对Fe、Mn、Co、Ni有较强的生物成矿作用。通过微生物的生物成矿作用,能够在细菌菌体表面形成新的矿物。在微生物的作用下,铁锰结核（壳）中的斜长石以及菱锰矿、菱铁矿、赤铁矿和针铁矿等铁锰矿物含量有不同程度的增加。基于本研究,我们认为微生物-铁锰结核（壳）相互作用的机制主要是:微生物能通过酶、代谢产物或者各种分泌物的作用,溶解破坏铁锰结核（壳）,进而释放出壳层的主要结构元素,如Fe、Mn、Co、Ni、Cu等,产生各种金属离子;同时又由于微生物自身所独有的特性,能够通过生物成矿作用高效地利用周围环境中的金属离子,随着时间不断增加进而形成新的矿物,如各种铁锰矿物。并由此推测在大洋环境中,海洋微生物能够通过生物成矿作用促进海水中金属元素的富集成矿,进而对铁锰结核（壳）的形成起到促进作用。

论文目录

摘要

abstract

第1章引言

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究目的

1.1.2 研究背景

1.1.3 研究意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1 国外研究历史

1.2.2 国内研究历史

1.3 本文研究内容与思路

第2章材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 海洋微生物

2.1.2 大洋铁锰结核（壳）

2.1.3 实验介质

2.2 实验步骤

2.3 海洋微生物的测试方法

2.3.1 微生物的生长曲线测定

2.3.2 微生物的形态观察

2.4 铁锰结核（壳）的测试方法

2.4.1 铁锰结核（壳）的元素变化测定

2.4.2 铁锰结核（壳）矿物组成的变化测定

第3章结果与分析

3.1 实验现象

3.2 海洋微生物

3.2.1 微生物的生长曲线

3.2.2 微生物的形态

3.2.3 小结

3.3 大洋铁锰结核（壳）

3.3.1 铁锰结核（壳）的元素分析

3.3.2 铁锰结核（壳）的矿物组成分析

3.3.3 小结

第4章讨论

4.1 微生物促进了铁锰结核（壳）中新矿物的形成

4.2 微生物形成新矿物的机理

4.2.1 微生物破坏旧矿物释放元素

4.2.2 生物成矿作用形成新矿物

4.3 微生物-铁锰结核（壳）相互作用机制

第5章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吕靖

导师: 于心科

关键词: 海洋微生物,铁锰结核壳,相互作用,生物成矿作用

来源: 中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

分类号: Q938.8

总页数: 69

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