摘要


芬兰奥尔基洛托 (Olkiluoto) 的地下水系统在约 300 米深的混合层中分层，混合层位于富含硫酸盐、贫甲烷和贫硫酸盐、富含甲烷的地下水之间。 通过对 v4v6 16S rDNA 区域进行 454 热标签测序获得的新序列库数据表明，硫酸盐还原菌 (SRB) 在混合层中占主导地位，而在深层贫硫酸盐地下水样品中无法检测到 SRB。 在序列数据不可或缺的支持下，可以证明硫酸盐是触发来自非硫酸盐还原群落（包括 Hydrogenophaga 、 Pseudomonas 、 硫杆菌 杆菌 、 梭 和 Lutibacter 与 形成硫酸盐还原群落 Desulfobacula 、 Desulfovibrio 、 Desufobulbaceae 、 Desulfobacterium 、 Desulfosporosinus 和 Desulfotignum 。 下对流动池中的生物膜和浮游微生物进行的实验 在原位 条件 证实，将硫酸盐添加到贫硫酸盐的地下水中会产生可培养的 SRB 和可检测的 SRB 相关序列的生长。 还发现生物膜的 16S rDNA 多样性在 103 d 内是保守的，并且生物膜中的微生物与流动的地下水中的微生物之间的多样性具有很大的相似性。 这项工作表明，地下水中仅存在/不存在一种地球化学参数，即硫酸盐，会显着影响所研究的地下微生物群落的多样性。


介绍


在选择建造高放废物深处置库的奥尔基洛托岛上，一条名为 ONKALO 的隧道已开挖至未来处置库区，深度为 420 m。 Olkiluoto 水文地球化学地下水参数的当前垂直变化包括从 0 到大约 25 m 的浅层和部分含氧淡水，然后是中等深度的含盐度低于 1% 的含盐度低于 1% 的中等深度微咸、富含硫酸盐、贫甲烷的地下水。约 300 m。 在300 m到1000 m以上的深度范围内，盐度随着深度的增加从1%增加到>10%，硫酸盐浓度很低或低于检测，氢气和甲烷的浓度从1增加到>20 μM和 5 mM 至 > 50 mM，分别。 在 250-350 m 的深度，有一个富含硫酸盐和富含甲烷的地下水混合的层（Pedersen et al. 2008 ; Posiva Oy 2009）。


ONKALO 隧道的建设与地下导水含水层相交； 这会导致富含硫酸盐的地下水下降，并与富含甲烷的深层地下水混合。 该混合层有望缓慢移动的导水的裂缝系统更深由于缩编效果（阿尔托等人 2011 ）。 换句话说，ONKALO 的建设可以被视为一项大规模实验，研究富含硫酸盐的地下水与富含甲烷的地下水缓慢连续混合如何影响微生物多样性和活动。


初步研究微生物在斯堪的纳维亚深层花岗岩含水层强烈建议绝大多数的这些微生物活附着在表面上，他们更具有代谢活性比是独立的微生物（Ekendahl和Pedersen 1994年 ;佩德森和Ekendahl 1992年a ，1992年b）。 这就提出了一个抽样的挑战，因为岩心钻探需要收集附着的微生物（Jägevall等人。 2011 ）。 由于钻井水污染和冲刷附着微生物的明显风险，另一种研究方法是 使用 原位 在地下隧道中 实验装置（Pedersen 2012 a）或矿山（林等人 2006年 ）。 包含岩石表面或其他固体材料的流通池 (FC) 可以安装在与地下深层含水层接触的位置 原位 条件，然后在地下水微生物附着和生物膜形成后取样。


在这项工作中，来自 399 m 深度的富含甲烷、贫硫酸盐含水层的深层地下水 通过 FC 中的碎石循环 70 天 在原位 压力下 。 然后将硫酸盐添加到循环地下水中，研究了 103 天的代谢活动、可培养微生物的数量以及生物膜和地下水中的 16S rDNA 多样性。 还研究了将来自混合层 (318 m) 的 10% 的地下水添加到不含 SRB 的富含甲烷、贫硫酸盐的地下水中，其中含有大量不同的硫酸盐还原细菌 (SRB)。


使用克隆和 16S rDNA Sanger 测序分析培养物的微生物多样性，而使用 16S rDNA 的细菌 v4v6 区域的 454 热标签测序检查附着和未附着的微生物多样性。 分析了 H 2 、甲烷、硫酸盐、硫化物、亚铁、有机酸和碳的浓度以及 pH 值和 E h 。 可培养的异养好氧菌（CHAB）、SRB、硝酸盐还原菌（NRB）、铁还原菌（IRB）、自养产乙酸菌（AA）、异养产甲烷菌（HM）和病毒样颗粒（VLP）的数量为以及测定细胞总数 (TNC) 和未附着和附着的生物量作为 ATP 测量。


在硫酸盐和甲烷梯度相反的情况下，地下微生物群落的多样性受硫酸盐控制——摘要、介绍

在硫酸盐和甲烷梯度相反的情况下，地下微生物群落的多样性受硫酸盐控制——材料和方法

在硫酸盐和甲烷梯度相反的情况下，地下微生物群落的多样性受硫酸盐控制——结果

在硫酸盐和甲烷梯度相反的情况下，地下微生物群落的多样性受硫酸盐控制——讨论、致谢！