地质微生物学及其发展方向.pdfVIP

2005 年6 月，第11 卷第2 期154 - 166 页 高 校 地 质 学 报 June 2005 ，VOI. 11，NO. 2 ，p154 - 166 GeOIOgicaI JOurnaI Of China Universities 地质微生物学及其发展方向 陈 骏，姚素平 （南京大学 地球科学系，表生地球化学研究所，南京210093 ） 摘要：地质微生物学是在20 世纪末发展起来的新的地学分支，主要研究地质环境中的微生物活动过程及其形成的 各种地质地球化学记录。通过对现代及地质历史上的各种地质环境，包括极高温，高压，极端酸性，碱性，高盐度， 极高放射性，地球深部等环境中微生物的生存和演化，及其和地质环境的相互作用而形成的各种地球化学记录的 研究，探讨微生物在过去、现在和将来对生命活动最重要的元素（C ，H ，0 ，N ，S ，Fe 等）在全球或局部尺度上的循 环作用，从而对微生物的风化作用、成矿作用、地质环境下的微生物生态链及其环境的研究提供重要的科学证据。 微生物与矿物的相互作用、极端环境下的微生物和生态及分子地质微生物学是当前地质微生物学研究的重要方向。 关键词：地质微生物学；生物成矿作用；极端环境；分子生物学；生物地球化学 中图分类号： @939 . 99 文献标识码：A 文章编号：1006 - 7493（2005 ）02 - 0154 - 13 乎都是在低温环境中，微生物利用酶的催化作用在 1 引言 低温低压或常温常压下，完成了许多正常的物理和 地质微生物学（geOmicrObiOIOgy ）是在20 世纪末 化学条件下无法进行的地球化学过程。微生物和地 发展起来的新的地学分支，该学科反映了人 ·环 球环境的相互作用是普遍存在的，如（1 ）微生物通 境 ·发展的时代要求，综合了当代地球化学和分子 过有氧的光合作用、氮气的固定和二氧化碳的吸收 生物学的成就。主要的研究对象是地质环境中的微 改变着大气的化学成分；（2 ）通过控制矿物风化的 生物活动过程及其所形成的各种地球化学记录。该 速率和诱导矿物沉淀，微生物也在改变或修正海洋、 学科经20 世纪最后10 年的发展已经成为地球科学 河流等水体的成分；（3 ）通过酶催化的氧化还原反 的一个新的最具生命力的分支。通过对现代及地质 应或释放复杂的试剂，改变水、土壤和沉积物中的金 历史上各种地质环境，包括极高温，高压，极端酸性， 属和类金属的种类；（ 4 ）微生物通过对矿物、岩石的 碱性，高盐度，极高放射性，地球深部等环境中微生 风化及新矿物的形成不断地改造着地球物质；（5 ） 物的生存和演化，及其形成的地球化学记录的研究， 微生物通过其初级产品或再矿化的有机碳来维持高 极大地丰富了我们对地球上生命演化的认识，更使 等生命。因此，从地质学观点看，地球表面环境的化 我们深刻地认识到了微生物在地球生态链和生物圈 学性质受到微生物的控制和改造。从微生物学角度 物质循环中的作用。 看，地球化学条件显然也控制了微生物的生长和发 地质微生物学是从微生物生态学发展而来的。 育。这一点明显可以从各种极端地质环境中微生物 从对微生物分离培养及生理特征的传统微生物生态 的分布得到证明。 的研究逐渐发展到微生物与微生物之间以及微生物 由于微生物将其生物标志物保留在沉积记录 与环境（地质环境）之间的相互作用上。传统的地 中，并且现代分子生物学技术可以鉴定几乎所有的 质