作者:在職研究生招生信息網(wǎng) 來(lái)源:中國(guó)研碩網(wǎng) 上傳時(shí)間:2023-09-14 09:12:43
眾所周知,石油是一種重要的能源物質(zhì)和工業(yè)生產(chǎn)原料,是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的重要資源。如何提高石油的采收效率并降低石油采收能耗,是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵之一。然而,經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的開(kāi)采,出現(xiàn)了大量的“老舊”油井,常規(guī)開(kāi)采手段已經(jīng)無(wú)法有效高效進(jìn)行原油開(kāi)采。
1999年,科學(xué)家在science雜志上發(fā)表文章,證實(shí)在無(wú)氧的條件下,原油中的細(xì)菌和古菌合作,可以將復(fù)雜的石油化合物(主要是烷烴類(lèi)化合物)轉(zhuǎn)化為甲烷。基于這一發(fā)現(xiàn)及后續(xù)研究,科學(xué)家提出了一種基于厭氧微生物的,廉價(jià)、清潔的微生物開(kāi)采技術(shù)——“原油生物氣化”技術(shù)。期望通過(guò)微生物的作用,將深部油藏中難以開(kāi)采的石油轉(zhuǎn)化為天然氣,實(shí)現(xiàn)殘余原油的再次開(kāi)采。遺憾地是既往的研究表明,降解石油產(chǎn)甲烷的過(guò)程由細(xì)菌和古菌通過(guò)合作的方式完成,耗時(shí)久,且體系不穩(wěn)定,難以實(shí)現(xiàn)工程化運(yùn)用。
那么,是否存在一種微生物能夠?qū)崿F(xiàn)從烷烴化合物到甲烷的轉(zhuǎn)化呢?幸運(yùn)的是,伴隨微生物生態(tài)學(xué)技術(shù)的發(fā)展,微生物學(xué)家已經(jīng)能夠在不分離微生物的情況下,獲得微生物的基因組,解析其可能驅(qū)動(dòng)的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程。2019年,德國(guó)馬普海洋微生物研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn),一種新的古細(xì)菌candidatusmethanoliparia可能具有獨(dú)立降解長(zhǎng)鏈烷基烴產(chǎn)甲烷的能力,但是,相關(guān)研究?jī)H停留在假設(shè)階段。
蘭州大學(xué)泛第三極環(huán)境中心生物地球化學(xué)循環(huán)團(tuán)隊(duì)的劉鵬飛教授與農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所承磊研究員團(tuán)隊(duì)、深圳大學(xué)高等研究院李猛教授團(tuán)隊(duì)、德國(guó)馬普海洋微生物研究所gunter wegener教授團(tuán)隊(duì)深度合作,首次證實(shí)了古菌ca.methanoliparia具有獨(dú)立降解烷烴產(chǎn)甲烷的能力。
該研究通過(guò)生理培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合宏基因組學(xué)、宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué),證實(shí)了該古菌可以獨(dú)立降解長(zhǎng)鏈烷基烴產(chǎn)甲烷,并提出第五種古菌甲烷產(chǎn)生代謝途徑,即長(zhǎng)鏈烷烴代謝產(chǎn)甲烷(圖2)。研究結(jié)果還揭示了產(chǎn)甲烷古菌在地球深部厭氧碳循環(huán)中的重要性存在被低估的可能性。與傳統(tǒng)的基于細(xì)菌和古菌合作的石油烴降解產(chǎn)甲烷系統(tǒng)相比,以單一古菌為主的石油烴降解體系石油烴降解速率更快,轉(zhuǎn)化周期遠(yuǎn)小于已有報(bào)道,該研究為實(shí)現(xiàn)原油生物產(chǎn)甲烷提供了科學(xué)基礎(chǔ)。不僅如此,該研究也為其他極端厭氧環(huán)境的碳循環(huán)過(guò)程研究帶來(lái)了新啟示,例如,富含復(fù)雜有機(jī)質(zhì)的冰下極端環(huán)境和多年凍土環(huán)境,是否存在類(lèi)似的復(fù)雜有機(jī)質(zhì)降解和甲烷產(chǎn)生過(guò)程,成為下一個(gè)值得探索的領(lǐng)域。
相關(guān)研究結(jié)果以“一種古菌以非互營(yíng)方式實(shí)現(xiàn)烷基烴降解產(chǎn)甲烷(non-syntrophic methanogenic hydrocarbon degradation by an archaeal species)為題,于2021年12月23日在線發(fā)表在nature雜志(https://www.nature.com/articles/s41586-021-04235-2)。同期nature雜志對(duì)這一工作以“一種能夠利用原油產(chǎn)甲烷的微生物(?a microbe that uses crude oil to make methane)”為題進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)報(bào)道(https://www.nature.com/articles/d41586-021-03729-3)。蘭州大學(xué)泛第三極環(huán)境中心生物地球化學(xué)循環(huán)團(tuán)隊(duì)劉鵬飛教授為該文章的共同第一作者。
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