不同Mg/Ca比条件下微生物成因碳酸盐矿物形态和种类的研究

摘要

碳酸盐岩是沉积岩的重要组成部分，在地质环境中起着非常重要的作用。它的形成过程不仅反映了地质环境的演变过程，同时展示了整个地质环境中的生物地球化学循环。微生物和Mg/Ca比则是影响碳酸盐矿物形成的非常重要的两个因素。通过对这两个因素的探讨，不仅可以了解碳酸盐矿物的形成机制，更有助于了解这两个因素在碳酸盐成矿过程中的相互作用机理和途径，为识别微生物活动在沉积环境中遗留的印记提供依据。
　　 以往很多研究都关注过微生物以及溶液Mg/Ca比对矿化作用的影响。但很少对不同Mg/Ca比条件下矿物的形成过程进行动态跟踪，更鲜见将二者联系起来系统地探讨它们在矿化过程中的作用及其相互关系。
　　 为了弥补以往研究中存在的不足，本文设计了两个系列的实验：第一个系列研究微生物对成矿的影响，分为以硫酸盐还原菌（SRB）为主的混菌实验和采用一株梭菌（Clostridium sp.）进行的纯菌实验，第二个系列设定了不同的Mg/Ca比条件，研究Mg/Ca比对成矿的影响。在矿物形成过程中，采用pH计、ICP-AES、HPLC、XRD、SEM、EDS等现代仪器分析手段对细菌活性、溶液环境变化以及矿物特征进行监测。综合判断这两个因素对矿物种类和形态的影响。主要研究结果如下：
　　 （1）由于细菌种类不同，纯菌和混菌在促进成矿方面有较大的差异。其中混菌成矿的能力远远强于纯菌，并且在较短的时间内就可以促进钙白云石（55天）甚至白云石（165天）生成。
　　 （2）细菌种类的不同影响矿物集合体的形态和粒径。混菌实验和纯菌实验中矿物集合体形态各异，且混菌实验中的矿物集合体粒径普遍大于纯菌实验。
　　 （3）Mg/Ca比不同，Mg2+在微生物的作用下进入矿物晶格的量也不同。Mg/Ca比越高，矿物晶格中Mg的含量越多，矿物的d值越小。
　　 （4）Mg/Ca比的不同也可直接影响矿物集合体的形态。55天时，Mg/Ca比较低的样品中（Mg/Ca比1和2），矿物集合体形态以哑铃和花菜状为主。当Mg/Ca比增加到6和8时，纯菌实验中矿物集合体形态以板状为主，混菌实验以光球状和刺球状为主。
　　 （5）Mg/Ca比和微生物这两个因素相互影响。Mg/Ca比不同，溶液的盐度和过饱和度不同。微生物在不同的溶液环境中产生不同的代谢产物，导致成矿环境发生变化，从而改变溶液中的Mg/Ca比。
　　 （6）微生物和Mg/Ca比共同作用有利于矿物的生成。在无菌对照实验中，成矿过程非常缓慢（Mg/Ca比0和1除外），且矿物集合体形态杂乱无章。

目录

文摘

英文文摘

第1章 前言

1.1 研究背景

1.2 研究内容

1.3 研究目的和意义

1.4 技术路线

1.5 主要工作量

第2章 生物成因碳酸盐矿物及其影响因素的研究进展

2.1 生物成因碳酸盐矿物的研究进展

2.2 Mg/Ca比对碳酸盐矿物形成的影响

2.3 微生物对碳酸盐矿物形成的影响

第3章 实验材料和方法

3.1 菌种

3.1.1 菌种来源

3.1.2 培养基的配制

3.1.3 菌种的分离和纯化

3.1.4 菌种的特征

3.1.5 细菌生长曲线的测定

3.2 培养实验方法

3.3 样品的测定方法

3.3.1 液相产物的测定方法：

3.3.2 固相产物的测定方法

第4章 不同Mg/Ca比条件下碳酸盐矿物的形态

4.1 纯菌作用下碳酸盐矿物形态的跟踪观察

4.2 Mg/Ca比与碳酸盐矿物形态的关系

4.2.1 纯菌作用下（55天）碳酸盐矿物的形态

4.2.2 混菌作用下（55天）碳酸盐矿物的形态

4.2.3 无菌对照实验中（55天和165天）矿物的形态

4.3 讨论

4.3.1 微生物影响矿物形态的机理

4.3.2 Mg/Ca比影响矿物形态的机理

第5章 不同Mg/Ca比条件下碳酸盐矿物的种类

5.1 培养时间与碳酸盐矿物种类的关系

5.1.1 纯菌作用下碳酸盐矿物的种类

5.1.2 混菌作用下碳酸盐矿物的种类

5.1.3 无菌条件下矿物的种类

5.2 Mg/Ca比与碳酸盐矿物种类的关系

5.2.1 纯菌作用下（55天）碳酸盐矿物的种类

5.2.2 混菌作用下（55天）碳酸盐矿物的种类

5.2.3 无菌对照实验中（55天和165天）矿物的种类

5.3 讨论

5.3.1 微生物影响矿物种类的机理

5.3.2 Mg/Ca比影响矿物种类的机理

第6章 微生物和Mg/Ca比在碳酸盐矿物形成过程中的作用机制

6.1 矿物形态和种类的关系

6.2 微生物影响碳酸盐矿物形成的机制

6.3 Mg/Ca比影响碳酸盐矿物形成的机制

6.4 全文总结

6.5 本文的创新点

6.6 不足之处及研究展望

参考文献

致 谢

附录1 论文发表情况

附录2 SN-1的16S rRNA基因序列

附录3 PBC理论

附录4 细菌计数结果