【基金標(biāo)書】2011CB808800-若干重大地質(zhì)環(huán)境突變的地球生物學(xué)過程

項目名稱： 若干重大地質(zhì)環(huán)境突變的地球生物學(xué)過程 首席科學(xué)家： 謝樹成 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢） 起止年限： 托部門： 教育部 二、預(yù)期目標(biāo) （一）總體目標(biāo) 對比和闡明現(xiàn)代與地質(zhì)歷史時期不同環(huán)境微生物功能群的組成特征、對地質(zhì)環(huán)境的影響，以及它們對地質(zhì)環(huán)境突變事件的響應(yīng)規(guī)律。查明不同地質(zhì)時期的古生產(chǎn)力組成和古埋藏環(huán)境條件上的異同點，弄清自養(yǎng)和異養(yǎng)微生物的地質(zhì)作用，闡述地質(zhì)微生物對重大地質(zhì)環(huán)境的響應(yīng)和影響。同時也為我國海相烴源巖評價和當(dāng)代全球變化的研究提供地球生物 學(xué)方面的新思路和新方法。 促進地球科學(xué)和生命科學(xué)的交叉結(jié)合，推進高校和科研院所在相關(guān)研究領(lǐng)域的交流和合作，將中國的一些經(jīng)典地層學(xué)剖面建設(shè)成為國際上地球生物學(xué)研究的典范，使之成為生命與環(huán)境相互作用研究的理論培育基地。提高中國科學(xué)家在地球生物學(xué)領(lǐng)域的綜合學(xué)術(shù)優(yōu)勢，培養(yǎng)和造就一批國際知名的中青年專家，使中國地球生物學(xué)的研究提高到一個新高度，為發(fā)展地球生物學(xué)理論和應(yīng)用做出原創(chuàng)性貢獻。 （二）五年預(yù)期目標(biāo) （ 1）查明現(xiàn)代極端環(huán)境的微生物組成及其功能群的地質(zhì)作用，從實驗?zāi)M角度探索某些微生物功能群對碳酸鹽巖沉積的貢獻 及機制、不同微生物功能群與粘土礦物和氧化物之間的相互作用，闡述第四紀(jì)異常環(huán)境的微生物及其地質(zhì)作用，建立評估地質(zhì)時期古生產(chǎn)力及其生物組成、古環(huán)境條件（古氧相）的地球生物學(xué)指標(biāo)。 （ 2）查明導(dǎo)致中元古代缺氧硫化環(huán)境、顯生宙重大地質(zhì)突變期富 明中元古代甲烷厭氧氧化作用對缺氧硫化海洋環(huán)境的重要性、微生物功能群對新元古代極端地質(zhì)環(huán)境條件的響應(yīng)和影響、顯生宙重大地質(zhì)突變期海洋微生物對地質(zhì)環(huán)境事件的響應(yīng)和反饋。 （ 3）在國際重要 0高質(zhì)量的科學(xué)論文，爭取在重要刊物上出版地球生物學(xué)方面的論文專輯，出版總結(jié)地球生物學(xué)方面的系統(tǒng)專著。組織地球生物學(xué)方面的重要會議。 （ 4）培養(yǎng)博士研究生 30名左右、碩士研究生 50名左右、相關(guān)研究領(lǐng)域中青年學(xué)術(shù)帶頭人和科研骨干 10名左右，造就一支既相對穩(wěn)定又充滿活力的多學(xué)科交叉的地球生物學(xué)研究隊伍。 三、研究方案 （一） 總的 學(xué)術(shù)思路 本著“選準(zhǔn)方向、突破關(guān)鍵、切入重點、引領(lǐng)前沿”的思想，以微生物地質(zhì)過程為主線，以重大地質(zhì)環(huán)境突變?yōu)榍腥胫攸c，通過實驗?zāi)M和地質(zhì)樣品測試，研究現(xiàn)代典型環(huán)境和不同地質(zhì) 時期微生物功能群的地質(zhì)過程。在研究思路上，圍繞一個核心科學(xué)問題，遵循從地球生物學(xué)現(xiàn)代過程的解剖，再到地質(zhì)過程的解剖與對比的研究思路，建立碳循環(huán)異常地質(zhì)環(huán)境、硫循環(huán)異常地質(zhì)環(huán)境和除此以外的極端地質(zhì)環(huán)境這三類地質(zhì)環(huán)境的地球生物學(xué)過程。 （二） 總的 技術(shù)途徑 遵循以上總體方案，需要借助現(xiàn)代生命科學(xué)和地球科學(xué)兩大領(lǐng)域一些技術(shù)方法才能取得重要突破。 首先，地球生物學(xué)過程的研究必須借助現(xiàn)代生命科學(xué)領(lǐng)域的最新技術(shù)方法。現(xiàn)代微生物學(xué)和生態(tài)學(xué)的現(xiàn)場調(diào)查和模擬控制實驗為研究地質(zhì)時期的地球微生物學(xué)過程提供了重要參考。可以說，沒有 現(xiàn)代生命科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，一些地球生物學(xué)過程的機制研究難以深入。 其次，地球上的生命運動都是在一定地質(zhì)時期和多種地質(zhì)環(huán)境下發(fā)生的，地球生物學(xué)的研究必須借助于地球科學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。地質(zhì)時期地球生物學(xué)過程的研究首先必須建立特定地質(zhì)環(huán)境的生態(tài)地層格架，可以采用傳統(tǒng)的古生物學(xué)和地層學(xué)的方法來建立。同時，生命運動本身包含著物理和化學(xué)運動，地球生物學(xué)的研究需要借助現(xiàn)代地球科學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)手段。 經(jīng)過長期的工作積累和不懈努力，我們已經(jīng)初步形成了一些具有特色的技術(shù)和方法。總的技術(shù)路線是，利用傳統(tǒng)古生物學(xué)和地層學(xué)的方法和技術(shù)建 立地質(zhì)環(huán)境及其相關(guān)的生態(tài)體系格架（綱）；在此地質(zhì)環(huán)境背景框架下，利用生命科學(xué)和地球科學(xué)兩大領(lǐng)域的各種技術(shù)研究特定生態(tài)體系格架下的重要地球生物學(xué)過程，特別是地球微生物學(xué)過程（目）。因此，各類地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)體系格架的建立是“綱”，重要的地球生物學(xué)過程研究是“目”。下面簡單分述本項目涉及到的這些技術(shù)方法。 a. 地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)體系格架的重建技術(shù)方法 生態(tài)體系格架的建立需要生態(tài)地層學(xué)的工作，它以生物的群落分析為基礎(chǔ)，研究地層中化石群落的時空分布及演替規(guī)律，用以恢復(fù)古環(huán)境。海、陸、大氣演化控制著生態(tài)系的演化，并保存在 地層和化石群落中，利用古生態(tài)反演可以識別海平面升降、古氣候梯度變化、海洋溫度和鹽度梯度變化、古水溫曲線或離岸遠近曲線等環(huán)境因子。 b. 地球微生物學(xué)技術(shù) 包括傳統(tǒng)的微體古生物學(xué)技術(shù)和微生物沉積組構(gòu)識別技術(shù)。采用微體古生物學(xué)方法一方面是研究微體古生物的形貌，確定其類型。另一方面是研究微生物的生物量或其所反映的原始生產(chǎn)力。由微生物及其生命活動產(chǎn)生的各種微生物成因沉積構(gòu)造和礦物組構(gòu)可以保存下來，為研究地球微生物學(xué)過程提供了載體。其中最重要的是 造，可以精細刻畫從微生物繁殖到最后死亡這一地球微生物學(xué)過程的 相關(guān)信息。 c. 分子地球生物學(xué)和生物地球化學(xué)技術(shù)方法 由生物脂類分子轉(zhuǎn)化來的各種地質(zhì)類脂物分子（ 了分子地球生物學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)方法。類脂物不僅可以與某些特定微生物功能群聯(lián)系起來，而且還與各類環(huán)境過程相關(guān)聯(lián)，示蹤其地球生物學(xué)過程。本項目除了使用一些作為生產(chǎn)力指標(biāo)的硅、磷、鋇、鐵元素外，將重點開展對地球生物學(xué)過程研究具有明顯創(chuàng)新性的技術(shù)方法研究。例如，過渡族金屬元素（ ）同位素是近年生物地球化學(xué)家關(guān)注的重要對象，它們與生物生產(chǎn)力、水體環(huán)境、有機埋藏環(huán)境有關(guān)，是研究不同地質(zhì)環(huán)境地球 微生物學(xué)過程的重要手段。同步、平行地研究有機碳和無機碳同位素、硫化物和碳酸鹽晶格中微量硫酸鹽的硫同位素組成，為探討生物 有機碳埋葬的耦合關(guān)系提供基礎(chǔ)。 d. 古生物學(xué)和生物地質(zhì)學(xué)技術(shù) 傳統(tǒng)古生物學(xué)主要研究那些以實體和遺跡形式保存下來的各種動植物化石，這些動植物又受各種地質(zhì)環(huán)境條件的控制，利用這些動植物化石可以研究環(huán)境條件對生物的影響。同時，通過多種途徑對化石資料進行處理，獲取古海洋生產(chǎn)力的相對變化。生物對地質(zhì)環(huán)境的作用可以形成一些特殊的生物地質(zhì)學(xué)記錄。生物擾動構(gòu)造的變化與底層水的氧化還原條件有關(guān)。早期 成巖過程的主要階段都有特征性的結(jié)核存在，可以根據(jù)這些特殊結(jié)核及其地球化學(xué)數(shù)據(jù)來識別古氧相及其經(jīng)歷的主要地球微生物學(xué)過程。 e. 微生物學(xué)與分子生物學(xué)技術(shù) 將綜合采用經(jīng)典的微生物分子生態(tài)技術(shù)如文庫構(gòu)建、變性梯度凝膠電泳、大規(guī)模指紋圖譜分析技術(shù)等，結(jié)合高密度生物芯片、高通量測序、單細胞基因組學(xué)等最新分子生態(tài)學(xué)手段，同時輔以環(huán)境化學(xué)與計算機統(tǒng)計和系統(tǒng)分析技術(shù)，進行極端海洋環(huán)境的微生物生態(tài)，分布特征以及微生物與環(huán)境相互關(guān)系的研究。利用微生物定量技術(shù)包括 胞形態(tài)、細胞間相互關(guān)系的確定。應(yīng)用傳統(tǒng)的微生物分離和生理特征研究技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代發(fā)展的新的微生物分離技術(shù)例如流式細胞分選技術(shù)、 光細胞分選技術(shù)等，進行極端環(huán)境典型微生物功能群包括硫氧化自養(yǎng)細菌、硫酸鹽還原菌、甲烷氧化菌和光合細菌的富集、分離和培養(yǎng)。建立實驗室極端環(huán)境模擬設(shè)備和技術(shù)，利用連續(xù)流細胞培養(yǎng)技術(shù)和高壓培養(yǎng)設(shè)備進行礦物形成過程的模擬，綜合運用當(dāng)代各種組學(xué)技術(shù)包括元基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組，結(jié)合脂類標(biāo)記物和同位素地球化學(xué)技術(shù)闡明微生物功能群的地球化學(xué)過程和地質(zhì) 作用。利用系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)進行微生物和環(huán)境相互作用、動態(tài)發(fā)育模型的構(gòu)建。 （ 三 ） 各研究內(nèi)容的詳細 技術(shù) 方案 1. 現(xiàn)代海洋極端環(huán)境微生物作用的分子和同位素響應(yīng) 選取如洋中脊深海熱液區(qū)、冷泉區(qū)、西太平洋暖池區(qū)和北極等典型的極端海洋環(huán)境進行微型生物生態(tài)調(diào)查及其分布特征研究。將在現(xiàn)場和實驗室進行化學(xué)參數(shù)采集，采用快速定量流式細胞術(shù)、大規(guī)模指紋圖譜分析、高密度生物芯片、高通量測序等最新分子生態(tài)學(xué)手段，結(jié)合環(huán)境化學(xué)與計算機統(tǒng)計分析技術(shù)，力圖對極端海洋環(huán)境的微生物生態(tài)、分布特征以及微生物與環(huán)境相互關(guān)系有較為全面的認(rèn)識。 確定不同極端環(huán)境中典型微生物種群，獲得典型微生物特異分子探針。利用位素地球化學(xué)等方法研究典型微生物功能群的生態(tài)特征及其地球化學(xué)過程和作用。 分析典型微生物功能群在極端環(huán)境中的分布狀態(tài)、相互關(guān)系、與生存環(huán)境中其它生物共存方式和關(guān)系，研究種群分布的生物地球化學(xué)意義。進行典型微生物功能群在生物地球化學(xué)過程的功能分析。 應(yīng)用傳統(tǒng)的微生物分離和生理特征研究技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代發(fā)展的新的微生物分離技術(shù)，例如流式細胞分選技術(shù)、 光細胞分選技術(shù)等，進行極端環(huán)境典型微生物功能群的富集、分離和 培養(yǎng)。 以 “海洋酸化 ”作為著眼點，利用模擬實驗，研究 典型微生物功能群對環(huán)境條件變化的響應(yīng)程度， 評估海洋酸化對微型生物生態(tài)系統(tǒng)的影響。 2. 現(xiàn)代環(huán)境微生物功能群地質(zhì)作用的礦物學(xué)響應(yīng) 利用電子顯微鏡、掃描透射 X 光顯微鏡、納米離子探針儀等微區(qū)分析手段，研究現(xiàn)代沉積物中粘土礦物與有機質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、同位素特征。室內(nèi)模擬成巖作用早期不同溫度條件下微生物功能群與富含有機質(zhì)的單粘土礦物和含多種粘土礦物的復(fù)雜沉積物之間的相互作用，用有機地球化學(xué)方法測定總有機質(zhì)和有機質(zhì)組分濃度隨時間降解，用液相氣相色譜測定電子受體 的消耗與產(chǎn)物的生成。采用高分辨電子顯微鏡與 掃描透射 X 光顯微鏡 ，觀察起始粘土礦物的溶解與新礦物的生成，找出礦物反應(yīng)與功能微生物新陳代謝的成因關(guān)系。 以將今論古的原則為指導(dǎo)，以現(xiàn)代地質(zhì)環(huán)境中常見的微生物菌株或微生物群落為例， 設(shè)置不同的實驗條件，收集微生物參與下形成的碳酸鹽礦物，利用 手段，表征微生物成因礦物的特點。再通過 溶液化學(xué)性質(zhì)的分析，闡明礦物形成前后溶液性質(zhì)的變化，揭示微生物對環(huán)境條件的改造作用。利用 及 對微生物形態(tài)、微生物特征標(biāo)志化合 物進行監(jiān)測，揭示微生物對環(huán)境條件的響應(yīng)。為尋找地質(zhì)記錄中微生物成因的礦物提供實驗依據(jù)。 擬采用仿生礦化的實驗方法，以與自然界中與生物礦化作用相關(guān)的生物大分子蛋白質(zhì)、脂類、多糖以及類似組成、結(jié)構(gòu)的化合物為仿生礦化調(diào)節(jié)劑和礦化模板體系。通過改變?nèi)芤何锢砘瘜W(xué)環(huán)境（ 液化學(xué)組成、濃度等），有效控制目標(biāo)礦物的生成，進而研究與生物礦物形成密切相關(guān)的生物大分子及其特定官能團對生物礦物成核、生長和分級結(jié)構(gòu)的影響。以 發(fā)射掃描電子顯微鏡、環(huán)境掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、高分辨透射電子顯微鏡、選區(qū)電子衍 射、 合固體核磁共振、穆斯堡爾譜、紅外光譜、拉曼光譜、原子吸收和發(fā)射光譜等確立礦物組成、結(jié)構(gòu)和形貌特征。以生物大分子相互作用分析儀或等溫滴定微量熱儀原位測定組織大分子間相互作用。 3. 第四紀(jì)異常氣候環(huán)境與地質(zhì)微生物 野外研究：在長江中游地區(qū)，選擇已有研究基礎(chǔ)的湖北省長陽土家族自治縣境內(nèi)的清江和尚洞和湖北武漢梁子湖、神農(nóng)架大九湖等湖泊 /泥炭 為研究地點，采集洞穴沉積物和湖泊沉積物等研究材料，詳細研究區(qū)域的地質(zhì)、水文、環(huán)境、氣候、植被、土壤等特征；根據(jù)研究對象化石分 布和保存特點，采集大熊貓、披毛犀、鬣狗，豬，水稻古 部分研究地點（如湖北清江和尚洞）設(shè)立了自動溫度和濕度觀測站，獲取高頻氣溫和濕度變化信息。通過科研合作的方式，收集研究點附近的水文觀測數(shù)據(jù)，如氣溫、降水量、大氣濕度、 研究材料的采集點，開展以了解氣候、環(huán)境、生物信息的傳輸 記錄過程為目的的現(xiàn)代地質(zhì)過程觀察與模擬試驗，為利用洞穴、湖泊沉積物重建過去生物與環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。 資料收集與分析：系統(tǒng)收集長江中游及其附近地區(qū)（宜昌、恩施、長陽、五峰、綠蔥坡、神農(nóng)架、武漢、九江等 ）最近 50年的氣象資料，分析當(dāng)?shù)貧夂驅(qū)^(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響。 技術(shù)開發(fā)：開發(fā)石筍微生物類脂物的分離、富集和分析技術(shù)，為提取研究載體中的低含量類脂物提供技術(shù)保障；開發(fā) 研究其對環(huán)境和生物的作用過程提供技術(shù)支撐。 地質(zhì)樣品微生物類脂物分析：同一個樣品同時分析游離態(tài)和結(jié)合態(tài)的類脂物。其中游離態(tài)類脂物的分析按常規(guī)超聲方法進行，而結(jié)合態(tài)類脂物的分析采用酸消解方法。烷烴和芳烴可以直接上機測試，非烴組分經(jīng) 用氣相色譜儀、氣相色譜 定和定量，用氣相色譜 熱裂解 氫同位素。 有殼變形蟲分析 : 有殼變形蟲和水文條件的相關(guān)關(guān)系已經(jīng)得到應(yīng)用，為了進一步確定在研究區(qū)兩者之間的定量關(guān)系，本項目將開展所研究泥炭地現(xiàn)代有殼變形蟲和水文（水位、含水量）等環(huán)境變量之間的關(guān)系，建立 “有殼變形蟲 水位 ” 轉(zhuǎn)換函數(shù)模型，然后將沉積物中的有殼變形蟲數(shù)據(jù)（百分含量）代入該模型，從而反推古水位的變化曲線，實現(xiàn)古水位的定量重建。在神龍架大九湖泥炭地表層設(shè) 30集各樣點的泥炭蘚植物用于現(xiàn)代有殼變形蟲的分析，同時測量各 樣點的環(huán)境指標(biāo)，經(jīng)過統(tǒng)計，并根據(jù)生態(tài)學(xué)方法確定 “有殼變形蟲 環(huán)境變量 ”之間的關(guān)系，計算各屬種的最佳水位適宜值，并建立 “屬種 水位 ”轉(zhuǎn)換函數(shù)模型。 沉積物同位素地球化學(xué)分析：通過對湖泊和洞穴沉積物進行精細定年、測定其碳、氧和鉬同位素組成，以及各類化合物的單體同位素組成，研究微生物與碳循環(huán)耦合關(guān)系。 沉積物元素地球化學(xué)分析：對石筍進行高空間分辨率（ 20微米間隔）的分析，獲取 P、 U、等地球化學(xué)組成，建立末次冰盛期以來高分辨率的濕度變化曲線。 古 重 增、分子克隆和序列 測定等。 4. 顯生宙碳循環(huán)異常環(huán)境的地球生物學(xué)過程 在中國南方有較好地層學(xué)研究基礎(chǔ)的地區(qū)，選擇 一些 代表不同沉積古地理背景的地層剖面，以關(guān)鍵環(huán)境標(biāo)志和生態(tài)系不同營養(yǎng)層次生態(tài)類群為重點開展系統(tǒng)的野外和室內(nèi)研究工作，建立區(qū) 域上具有代表性的關(guān)鍵環(huán)境事件和生態(tài)系結(jié)構(gòu)演變序列，為 生物與環(huán)境協(xié)同演變過程分析提供第一手資料。計劃重點研究剖面為：安徽巢湖剖面、貴州明塘 關(guān)刀剖面、貴州青巖剖面、貴州紫云四大寨、廣西田東作登剖面、 貴州安順六枝 剖面 、湖南桑植 剖面 、安徽巢湖 剖面 、廣西東攀 剖面剖面、湖南慈利剖面、湖北崇陽剖面、重慶老 龍洞土地埡剖面等。所要研究的 關(guān)鍵環(huán)境事件標(biāo)志包括：（ 1）沉積古地理（特別生物建隆標(biāo)志）；（ 2）碳同位素與碳循環(huán)；（ 3）元素地球化學(xué)與古海洋化學(xué)等。生態(tài)系結(jié)構(gòu)研究包括：（ 1）生物類群結(jié)構(gòu)；（ 2）生物習(xí)性結(jié)構(gòu)；（ 3）食物鏈結(jié)構(gòu)。 野外工作包括剖面測量（包括巖性和沉積構(gòu)造的詳細描述）、各類大化石和微體化石（放射蟲和有孔蟲）樣品采集、微古植物樣品、火山事件、旋回地層樣品、同位素樣品以及沉積地球化學(xué)樣品的采集。室內(nèi)工作包括化石的鑒定與統(tǒng)計、微體化石處理 統(tǒng)計以及其他各類樣品的室內(nèi)處理 分析；不同剖面以上各類 指標(biāo)的綜合對比研究 。 華南晚泥盆世 交主要研究廣西橫縣六景剖面、廣西桂林楊堤剖面、貴州獨山大河口剖面和四川北川甘溪剖面，以牙形石生物地層和旋回地層為基礎(chǔ)，進一步精細和優(yōu)化研究剖面晚泥盆世 交的年代地層格架。通過對剖面的系統(tǒng)研究確定晚泥盆世 交菌藻微生物類型、豐度、分異度、親緣關(guān)系和演變以及菌藻微生物功能群特征與關(guān)鍵環(huán)境因子的關(guān)系。通過對主要研究剖面珊瑚 示珊瑚 以 華南奧陶 鉀質(zhì)斑脫巖為載體進行精確定年，從而建立年代地層 定各類事件的時空變化關(guān)系。在標(biāo)定精確的時空格架的同時，努力揭示火山活動及由此產(chǎn)生的大氣 營養(yǎng)元素與微生物繁盛之間的可能聯(lián)系。由于高成熟度導(dǎo)致了生標(biāo)的直接提取不能奏效，我們將采取 “對比地質(zhì)學(xué) ”的思路來開展這段地層的微生物功能群替代指標(biāo)的識別和研究。開展相關(guān)地層的巖石地球化學(xué)及穩(wěn)定同位素分析，同時確定古海洋生產(chǎn)力或其替代指標(biāo)及其變化。 5. 新元古代極端地質(zhì)環(huán)境的地球生物學(xué)過程 在華南（揚子）地區(qū)，開展成冰 系（南華系）、埃迪卡拉系（震旦系），以及埃迪卡拉系 石、古生物化石及相關(guān)礦產(chǎn)的調(diào)查和研究。綜合運用地質(zhì)學(xué)、古生物學(xué)、元素和穩(wěn)定同位素地球化學(xué)等方法，獲取沉積巖中記錄的各種古氣候、古海水化學(xué)、微生物和古生物化石的信息和證據(jù)，揭示極端寒暖交替時期海洋出現(xiàn)的 “冷泉 ”事件，探討極端氣候環(huán)境下的地球生物學(xué)過程，以及它們對古海洋化學(xué)、早期多細胞真核生物（群）輻射和滅絕的關(guān)系。 在極端冷、暖事件研究方面，采用各種鐵組分分析、元素和微量元素（包括同位素等地球化學(xué)手段研究南華紀(jì)（以下江群、江 口群為代表）的古氣候（ 數(shù)等）與古海洋化學(xué)（氧化還原敏感元素、 分等）的變化，根據(jù)碳（無機碳和有機碳）、硫（ 黃鐵礦）同位素分餾和變化探討海洋微生物（古菌、細菌和藻類）的響應(yīng)及作用。同樣的地球化學(xué)方法還用來研究南沱冰期之后帽白云巖、江口冰期間的 礦和燈影期深水硅巖形成環(huán)境、成因及微生物的作用。綜合起來，確定新元古代古氣候、古海洋環(huán)境變化的基本特征，結(jié)合發(fā)生的（微）生物作用，建立極端氣候、海洋氧化還原與地球生物學(xué)過程關(guān)系的模式。 在冷泉事件研究方面，采用 “將今論古 ”的對比方法闡述華南新元 古代 “冷泉 ”事件的成因、識別標(biāo)志、古地理分布和微生物功能群印跡，分析 “冷泉 ”事件的古環(huán)境效應(yīng)和地球生物學(xué)過程。擬選擇華南地區(qū)有代表性的 “冷泉 ”記錄地層剖面（例如，陡山沱組 “蓋帽 ”、大塘坡組 “白云巖 ”夾層），在充分收集分析前人資料和已有研究工作基礎(chǔ)上，有針對性地開展高分辨的地層學(xué)、沉積學(xué)、元素和穩(wěn)定同位素地球化學(xué)等研究。加強新元古代 “冷泉 ”事件地質(zhì)記錄，以及 “冷泉 ”環(huán)境與地球早期多細胞后生動物的出現(xiàn)和有機質(zhì)保存之間的關(guān)系，進而探索新元古代甲烷 “冷泉 ”極端地質(zhì)環(huán)境的地球生物學(xué)過程。 在多細胞真核生物出現(xiàn)、演化與 古環(huán)境研究方面，采用古生物學(xué)、生物地層學(xué)、沉積學(xué)和沉積巖石學(xué)、同位素地球化學(xué)和元素地球化學(xué)方法開展華南地區(qū)有宏體古生物化石出現(xiàn)的埃迪卡拉系地層的綜合研究。在前期關(guān)于甕安生物群、廟河生物群、西陵峽生物群和高家山生物群古生物學(xué)研究基礎(chǔ)上，開展華南埃迪卡拉系生物地層學(xué)研究工作。結(jié)合碳同位素化學(xué)地層學(xué)研究，進行埃迪卡拉系內(nèi)部劃分和地層的區(qū)域及洲際對比。開展皖南埃迪卡拉系藍田組（相當(dāng)于陡山沱組）藍田生物群的發(fā)掘和系統(tǒng)古生物學(xué)研究。結(jié)合化石生物群埋藏學(xué)和相關(guān)地層元素地球化學(xué)分析，如 分等，探討該時期古海洋環(huán)境變化。 在此基礎(chǔ)上進行地區(qū)間古海洋環(huán)境和古生物化石保存與埋藏方面的對比。 在富有機質(zhì)烴源巖與微生物作用研究方面， 充分收集前人有關(guān)華南震旦系 有機質(zhì)沉積巖的分布、 成熟度（ 硫、碳同位素等資料和數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)和文獻資料分析提煉出新的問題和可借鑒的方法，設(shè)計實驗分析項目。 系統(tǒng)采集地質(zhì)樣品，由于有機質(zhì)、黃鐵礦易被氧化必須有效地去除風(fēng)化面，并盡量利用石油、煤田、金屬礦產(chǎn)鉆探所獲取的新鮮巖心樣品。利用我們已經(jīng)建立的實驗室開展樣品前處理與各種分析測試，包括測定不同存在形式的硫及硫同位素、有機碳 及碳同位素分析和可溶有機質(zhì)與瀝青 C 生物標(biāo)志化合物分析。研究 湘西、黔西北震旦系 機硫同位素、 各種鐵組分含量、生物標(biāo)志化合物組成及特征，探討微生物作用與烴源巖形成的關(guān)系，以及它們與海底火山熱液、富 水環(huán)境的關(guān)系等，建立這一時期烴源巖形成的微生物地球化學(xué)作用模型。 6. 中元古代硫循環(huán)異常環(huán)境的地球微生物學(xué)過程 野外地質(zhì)工作是研究的基礎(chǔ)與前提 。 擬選取華北地臺天津薊縣、河北平泉、河北懷來、河北興隆、河北淶水等中元古界不同相區(qū)的 3剖面進行多學(xué) 科綜合的野外地質(zhì)研究；盡量選擇成熟度相對較低、較新鮮的露頭，據(jù)研究目標(biāo)運用便攜式巖石切割器和微鉆機等系統(tǒng)采集巖石、微生物巖、 造及各種地球化學(xué)樣品。 層序地層與海平面變化是各研究方面共同的基礎(chǔ) 。 主要采取野外與室內(nèi)、地層與沉積、宏觀與微觀、生物與礦物、定性與定量相結(jié)合的技術(shù)路線 建立地層與沉積相序列 ,據(jù)關(guān)鍵界面、地層結(jié)構(gòu)與副層序疊加形式劃分沉積層序并標(biāo)定沉積體系時空分布；通過生物地層、年代地層及事件地層方法標(biāo)定時間控制點，建立層序地層年代格架，通過沉積體系的時空分布與變 化分析查明古環(huán)境變遷與沉積演化過程。 對微生物巖、 造及沉積微相等研究，傳統(tǒng)研究方法與新技術(shù)相結(jié)合，開展宏觀與切片的顯微鏡和掃瞄電鏡的研究，揭示微細結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征和分類單元。進一步運用 X 光衍射、 光拉曼分析技術(shù)測定其主要礦物和化學(xué)成分，以確定微生物主要類群及其可能的微生物化學(xué)過程。 在微生物類群與功能研究方面，主要對薄片、化學(xué)處理獲得的實體標(biāo)本進行顯微鏡與 究，通過形貌與結(jié)構(gòu)特征識別微生物類分類單元。不同的微生物類群有不同的生物標(biāo)志物，選擇合適的樣品開展類脂標(biāo)志物研究，與現(xiàn)代微生物類群及其功能的對比，確定主導(dǎo)的功能群。 對生物礦化、微生物化學(xué)過程的研究，主要通過其產(chǎn)生的礦物組構(gòu)和地球化學(xué)信號反演推斷。如 用會使海水中的 致以針狀文石等礦物組構(gòu)的快速形成，由于厭氧細菌活動，會產(chǎn)生顯著的 13C 同位負偏；而 生自生黃鐵礦， 菌的活動導(dǎo)致海水 34S 偏移。因而對這些標(biāo)志性礦物組合和地球化學(xué)信號的研究可以提供生物礦化與主導(dǎo)微生物過程的重要信息。 對氧化還原條件和氧化界面深度的研究標(biāo)定，主要采用沉積巖的 鐵同 位素 58測定進行恢復(fù)與研究。近年對新元古代的研究已經(jīng)證明值可以很好地反映古海洋氧化還原狀態(tài)，而對中元古代 58研究表明它是一個重要的海洋氧化指標(biāo)，能夠有效地用于氧化界面深度與含氧量的標(biāo)定與研究。 古海洋化學(xué)條件，如硫酸鹽濃度與硫化狀態(tài)，可以通過某些礦物組構(gòu)與地球化學(xué)元素分析相結(jié)合取得重要信息。在低硫酸鹽濃度、缺氧 于形成以層狀魚骨狀方解石、啞鈴狀文石為標(biāo)志的海底碳酸鹽沉淀；結(jié)合微量元素的測定能夠提供古海洋化學(xué)條件的信息。 在上述多種沉積 環(huán)境、海洋化學(xué)條件、微生物群落參數(shù)的研究基礎(chǔ)上，將其置于層序地層年代格架和沉積環(huán)境變化序列內(nèi)綜合分析，就能夠?qū)χ性糯蚧h(huán)境變化及微生物過程做出良好的判定，從而取得重要的新成果。 四、年度計劃 2011年 研究內(nèi)容： 主要是 收集文獻資料，制定實施研究方案，建立和完善新實驗方法 ， 野外地質(zhì)調(diào)查和樣品采集。主要研究內(nèi)容如下。 海洋典型極端環(huán)境下的微生物生態(tài)及分布特征的研究，典型微生物功能群的分離。 利用不同微生物，合成有機質(zhì) 置不同的對照實驗，通過 碳酸鈣礦物的特征。 開展磁鐵礦仿生礦化研究。 采集洞穴石筍、大九湖泥炭、鄱陽湖等載體的樣品， 研究區(qū)域的地質(zhì)、水文、環(huán)境、氣候、植被、土壤等特征， 開展現(xiàn)代地質(zhì)過程觀察和模擬試驗，分析泥炭沉積微生物類脂物的分子及其單體同位素組成，泥炭沉積有殼變形蟲的工作，開發(fā) 位素分析新方法。 巢湖、明塘 關(guān)刀、青巖剖面、湖南桑植、安徽巢湖、浙江黃芝山和浙江長興煤山二疊系 廣西田東作登剖面、 湖南慈利剖面、湖北崇陽剖面、重慶老龍洞土地 埡剖面二疊紀(jì) 泥 盆世 交廣西橫縣六景剖面、廣西桂林楊堤剖面、貴州獨山大河口剖面和四川北川甘溪剖面采集巖性、化石、巖相和地球化學(xué)樣品。 華南奧陶 志留界線相關(guān)剖面的選擇和野外調(diào)查工作。微藻自養(yǎng)功能群與異養(yǎng)功能群的控制培養(yǎng)。 南華系剖面（湘黔桂）、 “冷泉 ”事件及相關(guān)地層、藍田組古生物和地層（皖南）、牛蹄塘組黑色巖系（ 黔西北、湘西 ）的野外調(diào)查。 常量元素（ 微量元素（ 鐵組分、碳硫同位素和生物標(biāo)志化合物等分析。藍田生物群的埋藏學(xué)研究。 選擇中元古代部分典型剖面開展詳細的野外地質(zhì)調(diào)查與剖面測制，據(jù)野外工作，開 展相關(guān)地質(zhì)圖件編制與層序地層、沉積相及微相的研究，開展沉積巖、礦物與微生物巖樣品的加工與分析測試。 研究目標(biāo)： 建立某些極端海洋環(huán)境的微生物生態(tài)，分布特征以及微生物與環(huán)境相互關(guān)系的初步認(rèn)識。分離典型的參與 C/步建立實驗室及船載環(huán)境條件模擬平臺 。 培養(yǎng)成功各種功能微生物，合成粘土 證實有機質(zhì)在粘土礦物表面或結(jié)構(gòu)的賦存狀態(tài)。查明異養(yǎng)微生物作用下，碳酸鹽礦物形成的過程及特點。 了解長江中游現(xiàn)代氣候和環(huán)境特征。通過泥炭建立地區(qū)反映氣候環(huán)境變化的細菌、古菌和有殼變形蟲的指標(biāo) 體系；在季節(jié)尺度上，認(rèn)識氣候信息的傳輸 記錄過程。 初步建立二疊系 分剖面 的環(huán)境惡化過程。完成二疊紀(jì) 優(yōu)化研究剖面晚泥盆世 交的年代地層格架和主要宏觀環(huán)境因子的特征。 完成華南奧陶系 志留系界線典型剖面的選擇和觀察、相關(guān)樣品的采集與初步分析。 發(fā)現(xiàn)更多新元古代甲烷 “冷泉 ”記錄地層剖面 ， 揭示藍田生物群面貌特征及代表性分子的生物屬性，探討生物群本身的古環(huán)境指示意義 。 完成興隆、平泉、薊縣 中元古代 剖面的野外地質(zhì)測制與系統(tǒng)采樣工作 ， 完成部分微生物巖與 發(fā)表 文 5。 2012年 研究內(nèi)容： 大量野外工作和大量的室內(nèi)測試分析。主要研究內(nèi)容如下。 典型微生物功能類群及其地球化學(xué)作用研究，進行典型微生物功能群在生物地球化學(xué)過程的功能分析。進行功能微生物 有機質(zhì)相互作用的實驗。測定功能微生物對粘土礦物的溶解、沉淀、轉(zhuǎn)化的動力學(xué)過程與產(chǎn)物。設(shè)置不同對照實驗，查明以藍細菌為代表的光合自養(yǎng)微生物參與下碳酸鈣礦物的特征。 開展鐵羥基氧化物（如針鐵礦和纖鐵礦等）的仿生礦物研究。研究蛋白質(zhì)、脂類化合物、多糖等調(diào)節(jié)劑對鐵羥基氧化物聚集、成核和生長過程的控制作用。 繼續(xù)開展現(xiàn)代地質(zhì)過程觀察和模擬試驗，石筍沉積微生物類脂物的分子的研究，石筍和湖泊沉積物的碳、氧同位素組成研究，石筍中元素地球化學(xué)組成的高分辨率測定。樣品的 古 重 增、分子克隆和序列測定 。 開展巢湖剖面、青巖剖面和明塘 關(guān)刀剖面的生態(tài)系結(jié)構(gòu)分析，對不同相區(qū)二疊系 廣 西田東作登剖面、湖南慈利剖面、湖北崇陽剖面、重慶老龍洞土地埡剖面二疊紀(jì) 華南晚泥盆世 交主要研究剖面中搜集和采集的巖性、化石、巖相和地球化學(xué)樣品進行系統(tǒng)的室內(nèi)分析。補充完成華南奧陶系 續(xù)進行測年工作。完成環(huán)境效應(yīng)促進養(yǎng)功能群和異養(yǎng)功能群的微藻細胞結(jié)構(gòu)、生化成分、代謝通路和基因表達變化的分析。 繼續(xù)南華系和 “冷泉 ”事件的野外調(diào)查和采樣，圍繞甕安生物群、廟河生物群、西陵峽生物群和高家山生物群開展埃迪卡拉系地層和古生物化石的野外工作。分析 南華紀(jì)古氣候、古海洋化學(xué)及海洋微生物學(xué)活動的數(shù)據(jù)和資料。 開展華南埃迪卡拉系生物地層學(xué)和碳同位素化學(xué)地層學(xué)研究。 研究 黔西 牛蹄塘組沉積巖中各種形式的鐵、硫含量在剖面上的變化、生物標(biāo)志化合物分布、有機碳、氫、硫同位素組成的變化特征 。 進一步選擇代表性中元古代剖面擴展野外工作范圍，系統(tǒng)采集各類樣品，全面開展資料的分析與整理，開展編圖與深入的相分析、沉積環(huán)境變化研究。對關(guān)鍵層段的樣品進行深入的分析研究，研究微生物與環(huán)境相互作用，以及一些典型的微生物化學(xué)過程和地質(zhì)記錄。 研究目標(biāo)： 繼續(xù)深入認(rèn)識典型極端海洋環(huán)境的微生 物生態(tài)，分布特征以及微生物與環(huán)境相互關(guān)系。建立實驗室及船載環(huán)境條件模擬平臺并進行初步的模擬培養(yǎng)實驗；獲得典型微生物特異分子探針 。 評價不同微生物活動對單種粘土礦物的溶解、沉淀、轉(zhuǎn)化的控制及環(huán)境因素，建立生物成因的粘土礦物學(xué)標(biāo)志。查明光合藍細菌在不同條件下形成礦物的差異性 。 深入了解現(xiàn)代沉積物中信息的記錄過程 ， 通過石筍建立地區(qū)反映氣候環(huán)境變化的細菌、古菌的指標(biāo)體系 ， 完成部分樣品的元素和同位素分析。 建立下 索其與碳循環(huán)之間的聯(lián)系。以安徽巢湖和湖南桑植等剖面為解剖對象，從生物的時空 變化規(guī)律闡明環(huán)境的惡化過程 。 用掃描電鏡揭示微生物巖中鈣化了的微生物化石特征。初步查明晚泥盆世交菌藻微生物類型、豐度、分異度、親緣關(guān)系和演變以及菌藻微生物功能群特征與關(guān)鍵環(huán)境因子的關(guān)系。取得奧陶系 解地球環(huán)境條件變化引發(fā)細胞結(jié)構(gòu)、代謝和基因表達趨向異養(yǎng)生長的內(nèi)在規(guī)律。 初步建立南華紀(jì)古氣候、古海洋環(huán)境變化和地球生物學(xué)過程之間相互關(guān)系。小結(jié)華南新元古代 “冷泉 ”事件的環(huán)境效應(yīng)和微生物功能群的識別。 提供 黔西北 牛蹄塘組剖面上 化學(xué)、同位素和生物標(biāo)志化合物分布的變化規(guī)律， 初步判別是否與火山熱液、富 水環(huán)境有關(guān)。 完成懷來、寬城、西山地區(qū)地質(zhì)剖面測制與系統(tǒng)采樣 ， 建立研究剖面的層序地層序列與沉積相編圖，建立完整的層序地層年代格架與海平面變化曲線 ， 完成 部分沉積巖與微相分析工作，以及微生物巖類型與 相分研究工作 。 發(fā)表 文 8。 2013年 研究內(nèi)容： 部分野外工作和大量室內(nèi)工作，階段性總結(jié)。主要研究內(nèi)容如下。 典型微生物功能類群的分離及其環(huán)境指示標(biāo)記物的識別和提取 。 開展硫酸鹽還原菌和鐵還原菌對含鐵硫酸鹽礦物的還原作用研究，包括黃鉀鐵礬和施氏礦物，并監(jiān) 測還原過程中礦物相的轉(zhuǎn)變。 系統(tǒng)研究地質(zhì)環(huán)境有機大分子、環(huán)境物理化學(xué)因素對水鐵礦等含水鐵氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定鐵氧化物過程的影響，揭示成巖過程中，有機質(zhì)對成巖礦物組成、結(jié)構(gòu)和形貌的影響。 湖泊沉積微生物類脂物的分子工作 ， 2萬年來典型環(huán)境事件解剖 。 古 現(xiàn)代地質(zhì)過程觀察和模擬試驗的繼續(xù)進行 。 完善明塘 中三疊世生態(tài)系結(jié)構(gòu)，補充完善環(huán)境標(biāo)志序列。開展四大寨和 /或作登 等 剖面的生態(tài)系結(jié)構(gòu)和環(huán)境標(biāo)志研究。完成和總結(jié)廣西田東作登剖面、 湖南慈利剖面、湖北崇陽剖面、重慶老龍洞土 地埡二疊紀(jì) 對廣西桂林楊堤剖面、貴州獨山大河口剖面和四川北川甘溪剖面進行補充性野外工作和有針對性的室內(nèi)分析處理。對華南奧陶系 充少量野外工作。完成微藻功能群成烴與生物標(biāo)志化合物特征的控制實驗研究。 進行陡山沱組帽白云巖、燈影期硅巖野外調(diào)查、采樣及樣品測試。 研究甲烷 “冷泉 ”事件前后的古海洋、古氣候變化和古構(gòu)造背景，探索 “冷泉 ”極端環(huán)境下微生物功能群的形貌保存。 開展藍田生物群相關(guān)地 層 分等元素地球化學(xué)分析。 研究湘西牛蹄塘組沉積巖中各種形式的鐵、硫含量在剖面上的變化、生物標(biāo)志化合物分布、有機碳、氫、硫同位素組成的變化特征及富有機質(zhì)烴源巖的成因。 針對前兩年的重要發(fā)現(xiàn)與進展，對 中元古代 一些關(guān)鍵層段開展野外掃面及重點補充研究與采樣工作 ， 全面開展各類樣品的多種測試與分析研究工作 ， 總結(jié)前兩年的研究工作，針對發(fā)現(xiàn)的重要科學(xué)問題，深入理論研究并重點突破 。 重點研究古海洋化學(xué)條件演變與微生物功能群相關(guān)性的研究 研究目標(biāo)： 較全面認(rèn)識典型極端海洋環(huán)境的微生物生態(tài)，分布特征以及微生物與環(huán)境相互關(guān)系。 鑒定 3與典型微生物功能類群相關(guān)的特異性脂類生物標(biāo)記和他們的同位素信標(biāo)。 摸清不同環(huán)境條件下，不同功能微生物與不同粘土礦物、不同有機質(zhì)的時空、成因關(guān)系。揭示不同微生物功能群作用于于對同一種礦物時的差異性。 通過湖泊建立地區(qū)反映環(huán)境變化（如富營養(yǎng)化）的細菌的指標(biāo)體系 ， 建立長江中游近 2萬年，特別是全新世以來的氣候變化特征及微生物過程 的關(guān)系， 認(rèn)識氣候、環(huán)境、生物信息保存、記錄的時效性。 建立明塘 青巖剖面生態(tài)系結(jié)構(gòu)演變序列 ，揭示二疊紀(jì) 結(jié)構(gòu)對極端環(huán)境的響應(yīng)。完成微生物巖 中鈣化微生物化石的鑒定，總結(jié)地球化學(xué)及其所反映的海洋環(huán)境。查明晚泥盆世 交菌藻微生物類型、豐度、分異度、親緣關(guān)系和演變以及菌藻微功能群特征與關(guān)鍵環(huán)境因子的關(guān)系。完成奧陶系 清自養(yǎng)與異養(yǎng)微藻功能群在成烴特征和生物標(biāo)志化合物成因上的差異。 探索冰期后帽碳酸鹽巖和末前寒武紀(jì)硅巖的成因，揭示氣候、海水化學(xué)和微生物的各自作用。探索 “冷泉 ”環(huán)境下微生物功能群的識別及其環(huán)境效應(yīng)。通過化石生物群埋藏學(xué)分析，結(jié)合地球化學(xué)研究成果，從另一個側(cè)面埃迪卡拉紀(jì)早期古海洋環(huán)境的變化。 提 供湘西 牛蹄塘組 剖面上化學(xué)、同位素和生物標(biāo)志化合物分布的變化規(guī)律，并與黔西北對比 。 完成 中元古代 大部分樣品的分析測試與匯總分析，完成各類參數(shù)的分析整理 ， 建立各種地球化學(xué)、沉積相以及微生物分布相關(guān)性對應(yīng)曲線，建立環(huán)境演變與微生物群落的關(guān)系 ， 完成微生物類群與主導(dǎo)功能分析及其與海洋環(huán)境變化相互作用模式 。 發(fā)表 文 6 。 2014年 研究內(nèi)容： 少量野外和部分室內(nèi)分析測試。 利用模擬實驗，研究 典型微生物功能群對環(huán)境條件變化的響應(yīng)程度 。 開展硫酸鹽還原菌和鐵還原菌共同存在的條件下對含鐵硫酸鹽礦物的還原作用 研究，包括黃鉀鐵礬和施氏礦物，并監(jiān)測還原過程中礦物相的轉(zhuǎn)變。在研究生物鐵氧化物礦物礦化過程機制的基礎(chǔ)上 ， 開展生物碳酸鈣礦物過程仿生研究，從分子水平揭示其成因機制。 以泥炭沉積為重點，調(diào)查細菌等微生物隨環(huán)境條件的變化如何影響有機質(zhì)的保存和分解，如何影響泥炭植物的成分及其同位素組成 。 探討 物標(biāo)志物之間的相關(guān)性 。 長江中游末次冰盛期以來濕度曲線的重建 。 早 中三疊世臺地及前緣斜坡區(qū)生態(tài)系結(jié)構(gòu)及其演變補充研究 ， 臺緣及前緣斜坡區(qū)關(guān)鍵環(huán)境因子的演變過程研究 ， 盆地相區(qū)生態(tài)系結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子補充研究。完善 華南 二疊紀(jì) 究華南奧陶系 分析火山活動對沉積微相變化的影響。 開展華南新元古代 礦的野外調(diào)查、采樣和樣品測試。 分析華南地區(qū)新元古代甲烷 “冷泉 ”事件的綜合識別標(biāo)志。綜合華南埃迪卡拉系生物地層和碳同位素化學(xué)地層成果，與其它地區(qū)和大陸進行對比研究。 完成牛蹄塘組富有機碳地層的 地球化學(xué)研究，進行數(shù)據(jù)分析、對比和歸納，建立成因模式。 重點開展 中元古代 微生物化學(xué)過程的研究 ， 深入研究 微生物過程的機理、標(biāo)識及其對 海洋環(huán)境和烴源巖形成的可能影響 ， 深入研究微生物與環(huán)境作用過程及其可能的地質(zhì)意義；研究主導(dǎo)微生物群功能地質(zhì)記錄。 研究目標(biāo)： 完善建立實驗室 環(huán)境條件模擬平臺， 構(gòu)建共生微生物群體與環(huán)境響應(yīng)、相互作用的模型。 評價不同微生物活動對復(fù)雜粘土礦物 價礦物溶解、沉淀、轉(zhuǎn)化等的控制作用及影響的環(huán)境因素，建立生物成因粘土礦物學(xué)的標(biāo)志。考察不同微生物功能群共同存在的情況下，對電子受體的競爭關(guān)系，真實反映自然界中各種微生物發(fā)生作用的順序關(guān)系。 闡述微生物活動對碳循環(huán)的影響 ， 建立關(guān)系 。 提出 在年際尺度上認(rèn)識地質(zhì)過程中氣候與生物信息的記錄過程 。 了解長江中游過去氣候變化特征，認(rèn)識干旱事件的強度與周期 。 初步建立中生代 臺地及前緣斜坡區(qū)生物與環(huán)境互動演化關(guān)系 ， 初步建立盆地相區(qū)生態(tài)系結(jié)構(gòu)演變序列 ， 弄清典型剖面二疊紀(jì) 山事件與碳循環(huán)等的相互關(guān)系。建立主要微生物巖剖面的地球化學(xué)指標(biāo)變化曲線，弄清各指標(biāo)與碳酸鹽微相之間的關(guān)系。初步揭示珊瑚 清華南奧陶系 程，建立火山活動與氧化還原條件等環(huán)境因子的可能關(guān)系。 探索新元古代 礦的成因，及與雪球地球、古海洋氧化還原、微生物作用等的關(guān)系。初步建立新元古代甲烷 “冷泉 ”環(huán)境下的地球生物學(xué)過程。通過總結(jié)與對比，探討埃迪卡拉系全球?qū)Ρ鹊目赡苄裕巴凰睾停ü牛┥飿?biāo)志。 給出華南震旦系 對華北中元古代硫化環(huán)境條件下的主導(dǎo)微生物化學(xué)過程、地質(zhì)產(chǎn)物及可能的機理提出系統(tǒng)認(rèn)識 ， 對 代表性微生物過程在硫化條件形成、烴源巖形成與保存中的生物地質(zhì)意義做出評價 ， 對微生物影響環(huán)境機理做 出分析，確定主導(dǎo)微生物化學(xué)過程的地質(zhì)產(chǎn)物與標(biāo)識 ， 提出不同微生物巖類型的生物 提出鐵的微生物模型及海洋鐵循環(huán)模型 ， 提出主導(dǎo)微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性模式 。 發(fā)表 文 8。 2015年 研究內(nèi)容： 部分補遺，綜合、整理、總結(jié)和提高。 總結(jié)現(xiàn)代海洋極端環(huán)境微生物功能群及其地質(zhì)作用特征 。 微生物與礦物相互作用的特征和規(guī)律。 總結(jié)第四紀(jì)微生物對不同環(huán)境因子的響應(yīng)規(guī)律。 早 碳同位素演變的環(huán)境指示意義 和 生態(tài)學(xué)意義。全面總結(jié)二疊紀(jì) 酸鹽臺地上微生物巖建造、微生物類型、沉積微相、地球化學(xué)特征，綜合研究微生物化石、地球化學(xué)和草莓狀黃鐵礦的氧化還原參數(shù)。總結(jié)晚泥盆世 交的生物與環(huán)境過程 。 綜合分析奧陶紀(jì) 積地球化學(xué)特征及各種可能的微生物功能群指標(biāo)，研究早古生代重大地質(zhì)突變期的地球生物學(xué)過程和各種地質(zhì)事件記錄。 綜合分析研究 新元古代 古氣候變化、古海洋環(huán)境變化和附隨的地球生物學(xué)過程 ， “冷泉 ”事件的環(huán)境、氣候影響及地球生物學(xué)作用 ， 真核生物演化與古環(huán)境背景 ， 烴源巖形成的微生物作用等。 重點研究 中元古代硫化海洋環(huán)境起因 、微生物群在形成烴源巖過程中的重要貢獻的研究 ， 研究 海洋碳硫循環(huán)中的作用、 用對海洋化學(xué)條件轉(zhuǎn)變和真核生物發(fā)展的影響 ， 研究中元古代硫化條件下 微生物過程的一般性模型。 研究目標(biāo)： 重點闡述某些重要微生物功能群的地球化學(xué)過程和地質(zhì)作用，古今結(jié)合。建立生物成因粘土礦物、碳酸鹽礦物的標(biāo)志和特征。 揭示中生代初復(fù)蘇、輻射過程中生態(tài)系結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變過程及 “現(xiàn)代型海洋生態(tài)系 ”結(jié)構(gòu)的建立機制。弄清二疊紀(jì) 生物巖和微生物化石廣泛分布的原因，闡明地微生物對環(huán)境變化的地質(zhì) 記錄及其可能的后續(xù)環(huán)境效應(yīng)。揭示晚泥盆世 交珊瑚 標(biāo)定華南奧陶紀(jì)明各地質(zhì)事件之間的關(guān)系，探討該階段海洋初級生產(chǎn)力的變化及與奧陶紀(jì)末高 景下的全球生態(tài)系統(tǒng)演化事件之間的可能對應(yīng)關(guān)系。 摸清新元古代極端地質(zhì)環(huán)境下的主要地球生物學(xué)過程。 闡明 地球（微）生物學(xué)作用與極端氣候變化、海洋環(huán)境轉(zhuǎn)變的關(guān)系，建立相關(guān)模型。 為 “冷泉 ”事件成因解釋、 “寒武紀(jì)生命大爆發(fā) ”背景、新元古代 礦及前寒武紀(jì) 過渡期富有機質(zhì)烴源巖出現(xiàn)，提供理論依據(jù)。 提出海洋硫 的可能的微生物過程 ， 提出不同微生物功能群的作用與對烴源巖的貢獻程度 ， 對 用在中元古代影響氣候與在海洋硫循環(huán)中的作用做出評估 ， 對 除海洋硫化的可能機理提出認(rèn)識 ， 探討中元古代大氣與海洋環(huán)境相對穩(wěn)定性與微生物過程的相關(guān)性。 發(fā)表 文 10左右。 一、研究內(nèi)容 圍繞不同地質(zhì)環(huán)境中微生物功能群的地質(zhì)作用這一關(guān)鍵科學(xué)問題，采用現(xiàn)代地球科學(xué)和生命科學(xué)兩大學(xué)科領(lǐng)域的的研究方法和先進技術(shù)，以微生物巖和烴源巖為兩大載體，從現(xiàn)代過程的現(xiàn)場調(diào)查和實 驗?zāi)M，到現(xiàn)代過程與地質(zhì)過程的對比，再到典型地質(zhì)過程的詳細解剖，突出對若干重大地質(zhì)環(huán)境突變的地球生物學(xué)研究，最終形成互相關(guān)聯(lián)、承上啟下、古今結(jié)合、涵蓋三大主題的研究內(nèi)容。 1. 現(xiàn)代典型環(huán)境微生物的地質(zhì)作用：現(xiàn)代過程的調(diào)查和模擬 要弄清楚重大地質(zhì)環(huán)境的微生物作用和響應(yīng)特點，本項目首先把精力放在現(xiàn)代典型環(huán)境及其若干關(guān)鍵地球生物學(xué)記錄的解剖上。從兩方面入手，一是現(xiàn)代典型環(huán)境的現(xiàn)場調(diào)查和分析，二是地球生物學(xué)現(xiàn)代過程的實驗?zāi)M。因此需要借鑒現(xiàn)代生命科學(xué)的研究方法，兼顧地球科學(xué)的方法和技術(shù)。主要開展現(xiàn)代海洋極端環(huán)境 微生物生態(tài)特征、分布、以及對環(huán)境作用的分子和同位素響應(yīng)（課題一），現(xiàn)代環(huán)境微生物功能群地質(zhì)作用的礦物學(xué)響應(yīng)與地質(zhì)記錄（課題二）這兩方面的研究，構(gòu)成本項目的第一主題內(nèi)容。 在現(xiàn)代海洋極端環(huán)境微生物作用的分子和同位素響應(yīng)方面， 主要包括如下研究內(nèi)容： （ 1）海洋典型極端環(huán)境下的微生物生態(tài)及分布特征：采用分子生物學(xué)、有機與同位素地球化學(xué)的理論與技術(shù)，調(diào)查與碳循環(huán)或硫循環(huán)異常有關(guān)的現(xiàn)代海洋極端環(huán)境（如天然氣水合物區(qū)、熱泉等）微型生物生態(tài)、典型微生物功能群的分布特征。 （ 2）典型微生物功能類群及環(huán)境指示標(biāo)記物的識別和提 取：確定不同極端環(huán)境中典型微生物種群， 進行極端環(huán)境微生物群體的元基因組、轉(zhuǎn)錄組學(xué)研 究；分離參與碳循環(huán)或硫循環(huán)的微生物功能群；鑒定與典型微生物功能類群相關(guān)的特異性脂類生物標(biāo)記及其同位素信標(biāo)； 進行典型微生物功能群在生物地球化學(xué)過程中的功能分析， 闡述有地質(zhì)環(huán)境指示意義的代表性脂類分子標(biāo)記物的生物來源。 （ 3） 典型微生物功能群對環(huán)境條件變化的響應(yīng)： 研究典型微生物功能群對環(huán)境條件變化的響應(yīng)方式和程度。 評估海洋酸化對微型生物生態(tài)系統(tǒng)的影響； 建立甲烷氧化和硫酸鹽還原共生體系的實驗室模擬培養(yǎng)，構(gòu)建共生微生物群體與環(huán)境響應(yīng)、 相互作用的模型。 在現(xiàn)代環(huán)境微生物功能群地質(zhì)作用的礦物學(xué)響應(yīng)，主要研究如下方面的內(nèi)容： （ 1）在常溫與中溫（ 60）條件下，模擬異養(yǎng)好氧菌、厭氧菌與人工合成的有機質(zhì) 析這些功能微生物對粘土礦物的溶解、沉淀、轉(zhuǎn)化的動力學(xué)過程與產(chǎn)物，尋找生物成因礦物的典型特征。 （ 2）研究微生物參與下形成的碳酸鹽礦物的特征、礦物形成過程中微生物特征標(biāo)