Analýza faktorů, které ovlivňují mikrobiální struktury společenství
dále zkoumat možné vztahy mezi faktory prostředí a společenství, rozptyl, RDA analýzy byl vytvořen (Obr. 7). Celkem osm faktorů prostředí, včetně stopových prvků Fe, Co, Ni, teploty, slanosti, hloubky, vlhkosti a RO. Hloubka a teplota nádrže byly měřeny v místě odběru vzorků a další informace byly získány z geologických údajů místních dolů (viz tabulka 2). Údaje znázorněné na obr. 7a ukázalo, že bakteriální komunitní kompozice nalezené v této studii byly významně ovlivněny Fe, Ni, vlhkostí, slaností a RO. Všechny komunity, jiné než C4, C7, C10, jsou pozitivně korelovány s RO; C4, C7 a C10 pozitivně korelují s Fe, Ni a vlhkostí. Co je vyžadován pro koenzym M methyltransferázu, což je důležitý enzym v biochemickém metabolismu methanogenů ; proto je účinek Co na archaeální komunitu větší než účinek bakteriální komunity. Prvky Fe, Co, a Ni; stejně jako vlhkost, se zdály být nejvýznamnějšími faktory prostředí následovanými RO a slaností v archaeální komunitě. Existuje významná pozitivní korelace mezi Co a komunitami C1, C8, C9, C10. Všechny komunity kromě C2, C4, C6 a C5 byly negativně korelovány se slaností (obr. 7b).
RDA (redundance analysis) na základě úrovně bakterie (a) a archaea (b) s coal bed faktory životního prostředí a uhlí vlastnosti. Délka impact factor je delší, příspěvek dopad je vyšší, a naopak, když impact factor je kratší, příspěvek dopad je lehčí. Když faktor prostředí je akutně lomené s vzorek, tam je pozitivní korelace, a když faktor prostředí a vzorku úhel je tupý, tam je negativní korelace
Uhlí rank
pro zuhelnatění „jump“ se vztahuje k řadě fyzikálních a chemických změn při teplotě a tlaku uhlí během geologických dějin. Uhlí tak prošlo procesem postupné až náhlé změny. Čtyři skoky odpovídají RO 0,6, 1.3, 2,5 a 3,0%. Bez ohledu na uvažovanou archaeální nebo bakteriální komunitu má uhelná hodnost určitý vliv na rozmanitost a hojnost bakterií. Se zvýšením hodnosti uhlí, jak v archaeálních, tak v bakteriálních komunitách, vykazuje rozmanitost komunity určitý sestupný trend (obr. 8). Mikroorganismy navíc mohou ovlivnit složení uhlí ovládaného uhelnými řadami. Střední a nízké hodnosti uhlí obsahují velké množství rostlin vyvinul látek ve Skupině 1, která obsahuje mnoho rostlin se vyvinul látek. Zde je vyšší obsah vodíku, kyslíku a dusíku; a živiny požadované bakteriemi jsou hojné. V procesu koalice vytvářejí organické látky velké množství vlhkosti a kapalných uhlovodíků. Současně jsou také hojné boční řetězce vodíku a kyslíku obsažené v uhlí. Tyto kapalné a pevné látky poskytují základ života bakteriím. Výsledkem je, že hojnost a rozmanitost bakterií produkujících vodík a methanogenů v uhlí v této oblasti je relativně vysoká. Se zvýšením Ro se drasticky snižuje obsah postranního řetězce vodíku a kyslíku v uhlí a také se snižují složky dostupné mikroorganismům. Proto je druhová hojnost a rozmanitost bakteriálních a archaeálních komunit ve skupině 2 a skupině 3 celkově snížena. Dosud bylo zjištěno, že uhelné řady biogenního uhelného metanu mají v přírodě odrazivost 2,0% (C4 Hebi). Po RO > 2, 5% byly organické sloučeniny, které lze převést na malé molekuly, velmi vzácné, ale ve skupině 4 byla vyšší rozmanitost a hojnost. Spekulujeme, že živiny zavedené podzemní vodou v této době jsou k dispozici pro bakteriální reprodukci. Nutriční komponenty, které přinesla podzemních vodách v různých regionech a v různých ročních obdobích mohou přispět k rozmanitosti druhů. Jedním z důvodů vyšší rozmanitosti flóry ve skupině 4 může být to, že oblast C8 Jiaozuo Jiulishan má lepší podmínky odtoku podzemní vody a silnější dobití. Může transportovat živiny pro flóru, takže rozmanitost a hojnost jsou vyšší než skupina 2. Stojí za zmínku, že rozmanitost a hojnost archaeálních komunit jsou do jisté míry negativně korelovány s uhelnými řadami. Hojnost druhů v bakteriálních komunitách však pozitivně koreluje s uhelnými řadami a rozmanitost vykazuje klesající trend. Se vzestupem uhelných řad se některé bakteriální skupiny postupně přizpůsobily prostředí různých uhelných řad a mohou růst a množit se ve velkém počtu a methanogeny se obtížně přizpůsobují uhelným řadám.
Chao1 je (tmavě šedá) a Shannon (světle šedá) index pro čtyři skupiny (Uhelné vzorky byly rozděleny do čtyř skupin podle hodnoty RO pro bakteriální komunity (a) a archaea společenství (b), Skupina 1 představuje hodnotu menší než 0,6%, Skupina 2 představuje hodnota mezi 0,8 a 1,1%, Skupina 3 představuje hodnotu mezi 1,4 a 1,8%, Skupina 4 představuje hodnotu mezi 2.67 a 3,15%) odvozené z regionů. 25. a 75. percentilu jsou vyznačeny vnější okraje polí při maximální a minimální hodnoty jsou zobrazeny na koncích vousy a střední vodorovnou čáru v každé krabici
Stopové kovové prvky
Stopové kovové prvky mohou podporovat růst mikroorganismů v určitém rozmezí, kdy buňka udržuje homeostázu prvků, přes metabolické regulace. Stopové kovové prvky mohou také existovat v různých enzymů, které mohou být absorbovány a využívány mikroorganismy v procesu anaerobní metabolismus, což má vliv na struktury společenství vodíku-produkující bakterie a methanogens (Tabulka 3).
Fe a Ni mají větší vliv na vodík produkující bakterie, než Co . Fe a Ni se mohou podílet na syntéze a metabolismu hydrogenáz a dalších metaloenzymů v mikroorganismech. Jak se obsah Fe a Ni zvyšuje v určitém rozmezí, zvyšuje se i hojnost a rozmanitost bakteriálních populací produkujících vodík. Obsah Fe a Ni v C7 je mnohem vyšší než v jiných oblastech a tato práce zjistila, že Clostridium jsou bakterie produkující vodík. Toto zjištění naznačuje, že nadměrné hladiny stopových prvků mohou mít toxický účinek na růst mikroorganismů a inhibovat aktivitu metaloenzymů. Hladiny Fe v C4, C6 a C9 se významně nelišily a byly stabilní při 3500 mg Kg-1 (obr. 9). Relativní četnost Ni ve třech oblastech je C6 > C9 > C4, což odpovídá množství, aby (také C6 > C9 > C4), ale pořadí rozmanitost je C6 > C4 > C9. Členové rody: Clostridium, Klebsiella, Enterobacter a Citrobacter byly zjištěny v C4, C6 a C9 společenství, včetně těch na vyšší abundances a úrovní rozmanitosti, než z jiných regionů.
stopové kovové prvky obsahu Fe, Co, Ni v uhelných vzorků
V archaeal společenství, vlivem Fe, Co, a Ni na methanogens je ještě důležitější. Co je klíčovým prvkem v syntéze methanogenic koenzym F430 , a obsah Co ve trojce je C8 > C7 > C10, methanogen druhů a hojnost být C8 > C7 > C10. Obsah Co je do jisté míry pozitivně korelován s hojností a rozmanitostí methanogenů. Přestože je obsah Fe v C7 mnohem vyšší než v jiných regionech, neovlivňuje distribuci methanogenů v regionu. Existuje jen málo typů methanogenů, které mohou obsahovat Fe – v předchozích studiích byl objeven pouze jeden druh s názvem Methanotermobacter. Přítomnost monoferric hydrogenase v methanogens M. marburgensis katalyzuje reverzibilní reakci methenyl-H4MPT+ a H2 generovat methylen-H4MPT a H+; produkují methan z CO2 a H2 . Methanogeny využívající hydrogenotrofní metabolismus mohou také obsahovat podobné enzymy. Kromě toho se také spekuluje o velké části metylotrofních methanogenů, které obsahují takové enzymy kromě Methanokulleus a Methanobakterií. Předpokládá se, že v metylotrofních methanogenech může existovat metaloenzym spojený s Fe.
Podzemních vod podmínky
Podzemních vod přímo nebo nepřímo poskytuje ekologický základ pro růst a metabolismus extrémofilní v uhelné sloje. Na jedné straně doplňování podzemní vody dodává velké množství živin pro bakteriální a archaeální komunity; na druhé straně podmínky prostředí podzemních vod (Eh, pH, slanost, složení iontů a stopové prvky) přímo ovlivňují mikrobiální růst a aktivitu metabolických enzymů. Podmínky prostředí podzemní vody přímo souvisejí s používáním a degradací uhlí a mikroorganismy umístěné v uhelném sloji vykazují různé komunitní struktury a funkční vlastnosti.
mikrobiální živné substráty jsou obecně rozpuštěny. Odtoková zóna v těžební oblasti může umožnit přežití uhelných slojí. Vysoká propustnost vodních nádrží mít pozitivní dopad na růst a reprodukci vodík produkující bakterie a methanogens, vzhledem k tomu, metamorfózy má významný negativní dopad na propustnost uhlí v uhelných zásobníků . V oblastech s biogenním CBM, komunity C2, C4, C6 a C7 byly dobře zdokumentovány. Tato společenství patří do nízké a střední uhelné pozice, pórovitost uhlí je relativně vyšší než uhlí s vysokou hodností, podzemní voda může poskytnout živiny mikrobům v uhelném sloji včas. Současná Rozvojová zóna CBM v povodí prašné Řeky v USA. je soustředěna hlavně v odtokové zóně podzemních vod. Plynové stabilní izotop data z mělké CBM no v C6 dobývacího prostoru také potvrdila přítomnost biogenetický CBM v oblasti. Data izotopů stabilních plynem z jiné hluboké CBM studny však naznačují, že CBM je hlavně termogenní. Tyto výsledky ukazují, že hloubka pohřeb zvyšuje, odtok podmínky oslabí, a to bude obtížné pro přepravu živin pro mikroorganismy, což bude mít za následek snížení množství a rozmanitost společenství. Střecha a podlaha č. 2 uhelné sloje v C2 oblasti mají relativně stabilní vrstvy mudstone a jíl kámen, který dělá to obtížný pro vodík produkující bakterie a methanogens v uhelné sloje k získání tekuté živiny a omezuje jejich růst a metabolismus, a proto je jejich společenství, rozmanitosti a hojnosti. Všimněte si, že v této oblasti Chao1 index je 240 a Shannon index je 1.38 v bakterie společenství. Index Chao1 methanogenů je 82, Shannonův index je 0,56. Pískovcová prasklá střecha zvodnělé vrstvy v oblasti C4 Č. 21 uhelný šev má lepší podmínky dobíjení a vyplňuje uhelný šev vodou. Je možné, že mikrobiální společenství, zkušenosti kumulativní účinky z dostatečné dostupnosti různých živin, což má vliv dopravy, ve srovnání s hojnost a rozmanitost mikroorganismů společenství v C2 oblasti, která se značně zlepšila. V této oblasti, Chao1 index vodík produkující bakterie je 148, Shannon index je 1.52, Chao1 index methanogens je 368, a Shannon index je 2,35. Pískovec zvodeň rozpukaná C6 oblasti je přímý naplněné vodou kolektor Č. 3 uhelné sloje. Vývoj zlomenin ve vrstvě a mírná vodnatost také hraje aktivní roli v hojnosti a rozmanitosti komunity. Tady, Chao1 index vodík produkující bakterie je 472, Shannon index je 1.56, Chao1 index methanogens je 384 a Shannon index je 1.08. To je také případ v oblasti C7, Č. 5 uhelné sloje má přímo puklinové zvodně s dobrou dobíjení podmínek, hojnost index vodík produkující bakterie je 458, Shannon index je 1.98; a Chao1 index methanogenů je 256 a shannonův index 2,47. Proto je druhová rozmanitost bakterií produkujících vodík a methanogenů v C4, C6 a C7 vyšší než v C2.
podmínky prostředí podzemní vody přímo ovlivní růst a metabolismus mikroorganismů. Hodnota pH uhlí-postel podzemní vody je obecně neutrální, ale hodnota pH se pohybuje mezi 6,5 a 8.4 v pískovci puklinové zvodně v C4 oblast Č. 21 uhelné sloje a slanost vody je 1,0 g L−1. V přímé vodonosné vrstvě č. 3 uhelný šev v oblasti C6 se pH pohybuje mezi pH 6,8 až 8,0 a slanost je 0,7 g L-1. Hodnota pH podzemní vody v oblasti C7 je 6,1-7,3 a slanost je 1,25 g L-1. Hodnota pH v C4, C6 a C7 je téměř neutrální a stupeň mineralizace je nízký, kde komunita mikroorganismů má lepší růst, vyšší hojnost a vyšší rozmanitost. Kromě toho slanost podzemních vod a složení iontů úzce souvisí s anaerobním redukčním prostředím uhelného sloje. Například, SO42− se používá k vyhodnocení uzavřené podmínky podzemní vody a HCO3− je produktem anaerobní odsiřovací reakce SO42−, tak vysoké HCO3− může být použit jako znamení dobré těsnění a silnou redukcí uhlí-postel podzemních vod . Chemie vody v oblasti C4 je HCO3 * SO4-Ca * Mg, chemie vody v oblasti C7 je podobná oblasti C4, HCO3 * SO4-Ca * Na a poskytuje relativně uzavřené anaerobní prostředí. V tomto případě je index Chao1 bakterií produkujících vodík v C4 148, Shannonův index je 1,52; index Chao1 methanogenů je 368, Shannonův index je 2,35. Na Chao1 index vodík produkující bakterie v C7 je 458, Shannon index je 1.98, Chao1 index je 256, a Shannon index je 2.47. V C6, vodní chemii, je SO4·HCO3–K·Na, a SO42− je dominantní, vzhledem k tomu, že Chao1 index vodík produkující bakterie v C6 je 472, Shannon index je 1.56, Chao1 index methanogens je 384, a Shannon index je 1.08. Data ukazují, že rozmanitost v C6 je o něco nižší než C4 a C7.
některé bakterie produkující vodík a methanogeny byly zjištěny v oblastech C8 a C9 v oblasti, kde nebyl nalezen žádný biometan. Bylo také pozoruhodné, že podzemní vody, podmínky těchto dvou oblastí jsou obdobné jako ve výše uvedené biogenní metan oblastech, které jsou umístěny v podzemní odtok zóny a podzemních vod je více schopen transportu organické hmoty do uhelné sloje, tak, že velké množství bakterií, které rostou a množí, což je jeden z důvodů pro vyšší druhy, četnost a rozmanitost C8 a C9.
teplota
teplota a stopové kovové prvky ovlivňují hojnost a rozmanitost mikrobiálních společenstev přímou změnou růstu a metabolismu mikroorganismů a jejich metabolického prostředí. Z mikrobiologického hlediska je tedy optimální teplota jedním z nejdůležitějších faktorů, které ovlivňují růst a metabolismus mikroorganismů. Obrázek 5b ukazují, že teplota působí relativně slabý vliv na hojnost a rozmanitost methanogens, i když vodík produkující bakterie existují v rámci úzkou ekologickou amplitudu a jsou citlivé na teplotní změny. Tato proměnná koreluje s druhy, množství a rozmanitosti, a výsledky této studie ukazují, že teplota uhelné sloje (tj. mezi 25 a 27 °C) pozitivně koreluje s bakteriální populace hojnosti. Při C8 byla teplota 27,2 °C, což je nejvyšší teplota zaznamenaná v této studii. Na Chao1 index vodíku bakterie produkující 510 a Shannon index byl 2.61, také nejvyšší mezi vzorky (C1–C8). Nejnižší teplota, 24,9 °C, byla zjištěna na C1, kde byl index Chao1 bakteriální komunity nejnižší. Hojnost a rozmanitost mikrobiálních druhů se zvyšuje s teplotou v C3 > C6 > C2 > C7 > C5 > C4. Geotermické anomálie na C9 a C10 způsobil mnohem vyšší teploty, okolní teploty na C9 a C10 jsou 34.60 °C, a 40.10 °C, resp. Index Chao1 bakterií produkujících vodík v C9 byl 176 a Shannonův index byl 1,28; index Chao1 je 237, Shannonův index je 1,58. Ve srovnání s prvními osmi oblastmi se hojnost a rozmanitost mírně snížily. Zde mohou bakterie produkující vodík i methanogeny růst a reprodukovat při okolní teplotě.
Mikrobiální syntrophic interakce
V extrémním prostředí uhelné sloje, konsorcia bakterií jsou tvořeny mezi mikroorganismy v uhelné sloje. Prostřednictvím výměny metabolitů a mikro-ekologicky řízené symbiózy, konkurence a přidělení zdrojů zachování specifických funkcí mikrobiálního společenství, které určuje biometan způsobu výroby v uhelné sloje. Methanothrix, který přeměňuje kyselinu octovou na metan, je dominantním rodem v methanogenové komunitě oblasti C1. Bakterie spojené s Alkalibaculem a Desulfosporosinem jsou homoacetogenní bakterie, které používají H2 jako donor elektronů k produkci kyseliny octové. Jsou hlavními konkurenty hydrogenotrofních methanogenů a také poskytují metabolický substrát pro methanogeny. Bakterie produkující vodík, jako je Clostridium a Tissierella, také poskytují kyselinu octovou, a tak vysoké množství bakterií produkujících vodík poskytuje bohatý metabolický substrát pro Methanothrix. Společně jsou methanogeny a bakterie produkující vodík v syntrofické interakci a cesta tvorby metanu v této oblasti je určena rozkladem kyseliny octové. Methanogeny v C2, C4 a C6 jsou hlavně hydrogenotropní methanogeny. Hydrolytické fermentační bakterie a acetogeny přispívají k produkci kyseliny octové a H2. Produkují také enzymy, kofaktory a metabolické signály pro regulaci produkce vodíku. Kromě toho homoacetogenní bakterie a acetogeny v těchto oblastech nekonkurují. Hydrogenotrofní methanogeny mohou produkovat metan z CO2 a H2 vyrobených v předchozím stupni. Proto se metabolické dráhy v těchto oblastech používají hlavně pro H2, mravenčan a další látky.
více než 99% oblasti C3 obsahuje metylotrofní methanogeny, jako jsou: Methanolobus. Brevibacter, Paenibacillus, Brochothrix a Lactococcus. Předchozí studie ukázaly, že methoxyaromatické sloučeniny (důležitá součást lignocelulózy) jsou degradovány za vzniku methanolu a dalších látek . Mikroorganismy v této oblasti mohou degradovat uhlí podobnou lignocelulózu, aby poskytly zdroje methylotrofním methanogenům. Tato jednoduchá mikrobiální komunita nemůže poskytnout dostatečné substráty pro methanogeny, které konzumují H2. Cesta produkce biometanu v této oblasti je založena na spotřebě methylových sloučenin.
stafylokok byl také detekován v oblasti C3. Nedávno byl Staphylococcus AntiMn-1 izolován z hlubinných sedimentů v oblasti Clarion-Clipperton s vysokým obsahem manganu. Obsahoval geny s vysokou odolností vůči manganu, což je považováno za adaptaci na mořské sedimentární prostředí . Obsah těžkých kovů v oblasti C3 je relativně vysoký. Může se stát, že uhelné sloje prostředí může účinně indukují expresi genů rezistence, které mohou mít antagonistický a detoxikační účinky na dopravu a toxicita těžkých kovů v rámci mikroorganismy. Stafylokoky v této oblasti mohou obsahovat geny rezistence, které se přizpůsobí prostředí uhelných slojí, takže se mohou také podílet na fermentačním metabolismu uhlí. Existuje mnoho různých druhů methanogens v C7, a vodík produkující bakterie dominují Clostridium, Bacillus, Citrobacter, a jiné anaeroby, které poskytují podklady pro acetoclastic methanogens a také H2, CO2, a mravenčanu pro hydrogenotrophic methanogens. Kromě toho akumulace kyseliny octové snižuje bakterie snižující síran, včetně Desulfosporosinu a Desulfitobakterií. SRB mají silnější afinitu k kyselině octové než acetoklastické methanogeny, ale nekonkurují s metylotrofními methanogeny pro určité substráty, jako je methanol. Metabolizmy bakterií snižujících síran a methanogenů tak mohou v této oblasti probíhat současně . Metabolismu v C7 dominovaly metylotrofní methanogeny, následované fermentací kyseliny octové a následnou redukcí oxidu uhličitého.