Análise de fatores que afetam a comunidade microbiana estrutura
Para investigar possíveis relações entre os fatores ambientais e da comunidade de variância, RDA análise foi criado (Fig. 7). No total, oito fatores ambientais, incluindo oligoelementos Fe, Co, Ni, temperatura, salinidade, profundidade, umidade e RO. A profundidade e a temperatura do reservatório foram medidas no local de amostragem e outras informações foram obtidas a partir dos dados geológicos das minas locais (Ver quadro 2). Dados apresentados na Fig. 7a revelou que as composições da comunidade bacteriana encontradas neste estudo foram significativamente afetadas por Fe, Ni, umidade, salinidade e RO. Todas as comunidades, exceto C4, C7, C10, estão positivamente correlacionadas com RO; C4, C7, e C10 positivamente correlacionadas com Fe, Ni e umidade. O Co é necessário para a co-enzima m metil-transferase, que é uma enzima importante no metabolismo bioquímico de metanogénios ; por conseguinte, o efeito do Co na comunidade archaeal é maior do que o da comunidade bacteriana. Os elementos Fe, Co e Ni, bem como a umidade, pareciam ser os fatores ambientais mais significativos seguidos por RO e salinidade na comunidade archaeal. Existe uma correlação positiva significativa entre as comunidades Co e C1, C8, C9 e C10. Todas as comunidades exceto C2, C4, C6 e C5 foram negativamente correlacionadas com a salinidade (Fig. 7b).
a RDA (análise de redundância) baseada no nível de bactérias (a) e archaea (B) com os fatores ambientais do leito de carvão e características do carvão. A duração do fator de impacto é maior, a contribuição do impacto é maior e, inversamente, quando o Fator de impacto é menor, a contribuição do impacto é mais leve. Quando o fator ambiental é profundamente inclinado com o exemplo, há uma correlação positiva, e quando o fator ambiental e o exemplo de ângulo são obtusos, há uma correlação negativa
Carvão rank
O coalification “salto” refere-se a uma série de alterações físicas e químicas em que a temperatura e a pressão de carvão durante a história geológica. O carvão sofreu, assim, um processo de mudança gradual a súbita. Os quatro saltos correspondem a RO de 0,6, 1.3, 2.5 e 3.0%. Independentemente do arcaico ou da comunidade bacteriana em consideração, a camada de carvão tem uma certa influência na diversidade e abundância das bactérias. Com um aumento da camada de carvão, tanto nas comunidades arcaicas como nas bactérias, a diversidade da comunidade mostra uma certa tendência para a baixa global (Fig. 8). Além disso, os microrganismos podem ter impacto na composição do carvão controlado pelas fileiras do carvão. Os carvões médios e de baixo grau contêm grandes quantidades de substâncias vegetais evoluídas no Grupo 1, que contém um monte de substâncias vegetais evoluídas. Aqui, há um maior teor de hidrogênio, oxigênio e nitrogênio; e os nutrientes necessários pelas bactérias são abundantes. No processo de coalificação, substâncias orgânicas geram muita umidade e hidrocarbonetos líquidos. Ao mesmo tempo, as cadeias laterais de hidrogênio e oxigênio contidas no carvão também são abundantes. Estas substâncias líquidas e sólidas constituem a base da vida das bactérias. Como resultado, a abundância e diversidade de bactérias produtoras de hidrogênio e metanógenos nesta região são relativamente altas. Com o aumento da Ro, o teor de cadeia lateral de hidrogênio e oxigênio no carvão é drasticamente reduzido e os componentes disponíveis para os microorganismos também são reduzidos. Portanto, a abundância de espécies e a diversidade das comunidades bacterianas e arcaicas do Grupo 2 e do Grupo 3 são reduzidas em geral. Até agora, as fileiras de carvão de metano calcinado biogênico têm sido encontrados na natureza para ter uma refletividade de 2,0% (C4 Hebi). Após RO > 2,5%, os compostos orgânicos que podem ser convertidos em pequenas moléculas têm sido muito raros, mas tem havido uma maior diversidade e abundância no Grupo 4. Especula-se que os nutrientes introduzidos pela água subterrânea neste momento estão disponíveis para a reprodução bacteriana. Os componentes nutritivos produzidos pelas águas subterrâneas em diferentes regiões e em diferentes estações do ano podem ter contribuído para a diversidade das espécies. Uma razão para a maior diversidade da flora no Grupo 4 pode ser que C8 Jiaozuo Jiulishan área tem melhores condições de escoamento de água subterrânea e recarga mais forte. Pode transportar nutrientes para a flora, de modo que a diversidade e abundância são superiores ao Grupo 2. Vale a pena notar que a diversidade e abundância das Comunidades arcaicas estão negativamente correlacionadas com as fileiras de carvão, em certa medida. No entanto, a abundância de espécies nas comunidades bacterianas está positivamente correlacionada com as fileiras de carvão, e a diversidade mostra uma tendência descendente. Com o aumento das fileiras de carvão, alguns grupos bacterianos gradualmente adaptados ao ambiente de várias fileiras de carvão e pode crescer e se multiplicar em grande número, e metanógenos são difíceis de se adaptar às fileiras de carvão.
Chao1 do (cinza escuro) e Shannon (cinza claro) índice para os quatro grupos (amostras de Carvão foram divididos em quatro grupos, de acordo com o valor de RO para a comunidade bacteriana (um) e archaea comunidade (b), o Grupo 1 representa um valor inferior a 0,6%, o Grupo 2 representa o valor entre 0,8 e 1,1%, Grupo 3 representa o valor entre 1,4 e 1,8%, Grupo 4 representa o valor entre 2.67 e de 3,15%), derivados de regiões. 25º e 75º percentil são indicados pelas extremidades das caixas, enquanto os valores máximo e mínimo são mostrados pelas extremidades do o whiskers e a mediana por uma linha horizontal dentro de cada caixa
Rastreamento de elementos metálicos
Rastreamento de elementos metálicos podem promover o crescimento de microorganismos dentro de um determinado intervalo, onde a célula mantém a homeostase dos elementos através metabólica regulamento. Os oligoelementos metálicos também podem existir em várias enzimas, que podem ser absorvidas e utilizadas por microorganismos no processo de metabolismo anaeróbico, que tem uma influência na estrutura comunitária de bactérias produtoras de hidrogénio e metanogénios (Quadro 3).
Fe e Ni têm um efeito maior nas bactérias produtoras de hidrogénio do que Co . Fe e Ni podem participar na síntese e metabolismo de hidrogenases e outras metaloenzimas em microorganismos. À medida que o conteúdo de Fe e Ni aumenta dentro de uma determinada gama, também aumenta a abundância e diversidade das populações bacterianas produtoras de hidrogénio. O conteúdo de Fe e Ni Em C7 é muito maior do que em outras regiões, e este trabalho descobriu que Clostridium são bactérias produtoras de hidrogênio. Este resultado indica que os níveis excessivos dos oligoelementos podem ter um efeito tóxico no crescimento dos microrganismos e inibir a actividade dos metaloenzimas. Os níveis de Fe EM C4, C6 e C9 não foram significativamente diferentes e foram estáveis a 3500 mg Kg-1 (Fig. 9). A abundância relativa de Ni nas três áreas é C6 > C9 > C4, o que corresponde a abundância de ordem (também C6 > C9 > C4), mas a ordem de diversidade é C6 > C4 > C9. Membros de gêneros: Clostridium, Klebsiella, Enterobacter e Citrobacter foram detectados nas comunidades C4, C6 e C9; incluindo aqueles em maior abundância e níveis de diversidade do que de outras regiões.
O rastreamento de elementos metálicos conteúdo de Fe, Co, Ni em amostras de carvão
Na comunidade de bactérias, a influência de Fe, Co e Ni no metanogénicos é ainda mais importante. Co é um elemento chave na síntese da coenzima metanogénica F430 , e o teor de Co nos três primeiros é C8 > C7 > C10, sendo as espécies metanogénicas e a abundância C8 > C7 > C10. O conteúdo de Co está positivamente correlacionado com a abundância e diversidade de metanógenos em certa medida. Embora o conteúdo de Fe em C7 seja muito superior ao de outras regiões, não afeta a distribuição de metanógenos na região. Existem apenas alguns tipos de metanógenos que podem conter Fe—em estudos anteriores, apenas uma espécie, chamada Metanotermobacter, foi descoberta. A presença de monoferric hidrogenase em metanogénicos de M. marburgensis catalisa a reação reversível de methenyl-H4MPT+ e H2 para gerar metileno-H4MPT e H+; produção de metano a partir de CO2 e H2 . Metanogénios que utilizam metabolismo hidrogenotrófico também podem conter enzimas semelhantes. Além disso, uma grande proporção de metanógenos metilotróficos também são especulados de abrigar tais enzimas, exceto o Metanóculo e Metanobactérias. Especula-se que possa existir uma metaloenzima associada à Fe nos metanogénios metilotróficos.
as condições das Águas Subterrâneas
as águas subterrâneas fornecem directa ou indirectamente uma base ecológica para o crescimento e metabolismo dos extremófilos na costura do carvão. Por um lado, a recarga de água subterrânea fornece grandes quantidades de nutrientes para as comunidades bacterianas e arcaicas; por outro lado, as condições ambientais das águas subterrâneas (Eh, pH, salinidade, composição iónica e oligoelementos) afectam directamente o crescimento microbiano e a actividade enzimática metabólica. As condições ambientais das águas subterrâneas estão directamente relacionadas com a utilização e degradação do carvão, e os microrganismos localizados na camada de carvão apresentam diferentes estruturas comunitárias e características funcionais.Substratos de nutrientes microbianos são geralmente dissolvidos . A zona de escoamento na área de mineração pode permitir a sobrevivência das costuras de carvão. Os reservatórios de elevada permeabilidade têm um impacto positivo no crescimento e reprodução de bactérias produtoras de hidrogénio e metanogénios, enquanto o metamorfismo tem um impacto negativo significativo na permeabilidade do carvão nos reservatórios de carvão . Em áreas com CBM biogênico, as comunidades C2, C4, C6 e C7 foram bem documentadas. Estas comunidades pertencem ao baixo e médio nível de carvão, a porosidade do carvão é relativamente maior do que o carvão de alto nível, as águas subterrâneas podem fornecer nutrientes para os micróbios na costura do carvão no tempo. A atual zona de desenvolvimento CBM dentro da bacia do Rio Pó, nos Estados Unidos. concentra-se principalmente na zona de escoamento das águas subterrâneas. Os dados de isótopos estáveis de gás a partir de um poço de CBM raso na área de mineração C6 também confirmaram a presença de CBM biogenético na área. No entanto, dados de isótopos estáveis de gás de outra CBM profunda bem indicaram que a CBM é principalmente termogênica. Estes resultados mostram que à medida que a profundidade do sepultamento aumenta, as condições de escoamento enfraquecerão e será difícil transportar nutrientes para o microorganismo, o que resultará em uma diminuição na abundância e diversidade da comunidade. The roof and floor of the No. 2 a costura de carvão na área C2 tem camadas relativamente estáveis de arenito de lama e rocha de argila, o que torna difícil para as bactérias produtoras de hidrogênio e metanógenos na costura de carvão para obter nutrientes líquidos, e limita o seu crescimento e metabolismo e, portanto, sua diversidade comunitária e abundância. Note que nesta área o índice Chao1 é 240 e o índice Shannon é 1,38 na comunidade bacteriana. O índice Chao1 de metanógenos é 82, o Índice de Shannon é 0,56. The sandstone fissured aquifer roof in C4 area of the No. 21 a costura de carvão tem melhores condições de recarga e enche a costura de carvão com água. É possível que a comunidade microbiana tenha efeitos cumulativos a partir da disponibilidade suficiente de diferentes nutrientes, o que afeta o transporte, em comparação com a abundância e diversidade da comunidade de microrganismos na área C2, que melhorou muito. Nesta área, o índice Chao1 de bactérias produtoras de hidrogênio é 148, o índice Shannon é 1.52; o índice Chao1 de metanógenos é 368, e o índice Shannon é 2.35. O aquífero fissurado de arenito da área C6 é um aquífero diretamente cheio de água de No. 3 costura de carvão. O desenvolvimento de fraturas dentro da camada e aqueosidade moderada também desempenha um papel ativo na abundância e diversidade da comunidade. Aqui, o índice Chao1 de bactérias produtoras de hidrogênio é 472, o índice Shannon é 1.56; o índice Chao1 de metanógenos é 384 e o índice Shannon é 1.08. Este é também o caso na área C7, A costura de carvão No. 5 tem um aquífero diretamente fracturado com boas condições de recarga, o índice de abundância da bactéria produtora de hidrogênio é 458, o índice Shannon é 1.98; e o índice Chao1 dos metanógenos é 256 e o Índice de Shannon é 2,47. Portanto, a diversidade de espécies de bactérias produtoras de hidrogênio e metanógenos EM C4, C6 e C7 é maior do que a em C2.As condições ambientais das Águas Subterrâneas irão afectar directamente o crescimento e o metabolismo dos microrganismos. O valor do pH das águas subterrâneas do leito do carvão é geralmente neutro, mas o valor do pH varia entre 6,5 e 8,4 em arenito aquífero fracturado na área C4 nº 21 costura de carvão e a salinidade é de 1,0 g L−1. In the direct aquifer layer of the No. 3 costura de carvão na área C6, o pH varia entre 6,8 a 8,0, e a salinidade é de 0,7 g L−1. O pH da água subterrânea na área C7 é de 6,1-7,3, e a salinidade é de 1,25 g L-1. O valor de pH em C4, C6 e C7 está próximo do neutro e o grau de mineralização é baixo, onde a comunidade de microorganismos tem melhor crescimento, maior abundância e maior diversidade. Além disso, a salinidade da água subterrânea e a composição iônica estão intimamente relacionadas com o ambiente de redução anaeróbica da costura de carvão. Por exemplo, SO42− é usado para avaliar as condições fechadas das águas subterrâneas, e HCO3− é o produto da reação de dessulfurização anaeróbica de SO42−, tão alto HCO3− pode ser usado como um sinal de boa vedação e forte redução das águas subterrâneas do leito de carvão . A química da água na área C4 é HCO3 * SO4-Ca * Mg, a química da água na área C7 é semelhante à área C4, HCO3·SO4–Ca·Na, e fornece um ambiente anaeróbico relativamente fechado. Neste caso, o índice Chao1 de bactérias produtoras de hidrogênio em C4 é 148, o Índice de Shannon é 1.52; o índice Chao1 de metanógenos é 368, o Índice de Shannon é 2,35. O índice Chao1 de bactérias produtoras de hidrogênio em C7 é 458, o índice Shannon é 1.98, o índice Chao1 é 256, e o índice Shannon é 2.47. In C6, the water chemistry is SO4·HCO3–K·Na, and SO42− is dominant, whereas the Chao1 index of hydrogen-producing bacteria in C6 is 472, the Shannon index is 1.56, the Chao1 index of metanogens is 384, and the Shannon index is 1.08. Os dados mostram que a diversidade em C6 é ligeiramente menor que C4 e C7.Algumas bactérias produtoras de hidrogênio e metanógenos foram detectados em áreas C8 e C9 na área onde não foi encontrado biometano. Era também digno de nota que as águas subterrâneas condições de estas duas áreas são semelhantes aos mencionados acima metano biogênico áreas, que estão localizados nas águas de escorrência de zona e da recarga de água subterrânea é mais capaz de transportar certa quantidade de matéria orgânica para o leito de carvão, de modo que um grande número de bactérias crescem e se multiplicam, que é uma das razões para a maior abundância de espécies e diversidade de C8 e C9.
temperatura
temperatura e oligoelementos metálicos influenciam a abundância e a diversidade das comunidades microbianas, alterando diretamente o crescimento e o metabolismo dos microrganismos e do seu ambiente metabólico. Assim, do ponto de vista microbiológico, a temperatura óptima é um dos factores mais importantes que influenciam o crescimento e o metabolismo dos microrganismos. A figura 5b mostra que a temperatura exerce uma influência relativamente fraca na abundância e diversidade de metanógenos, apesar de bactérias produtoras de hidrogênio existirem dentro de uma estreita amplitude ecológica e serem sensíveis à mudança de temperatura. Esta variável está correlacionada com a abundância e diversidade das espécies, e os resultados deste estudo mostram que a temperatura da costura de carvão (isto é, entre 25 e 27 °C) está positivamente correlacionada com a abundância da população bacteriana. Em C8, a temperatura foi de 27,2 ° c, a temperatura mais alta registrada neste estudo. O índice Chao1 de bactérias produtoras de hidrogênio era de 510 E o Índice de Shannon de 2,61, também o mais alto entre as amostras (C1-C8). A temperatura mais baixa, 24,9 ° c, foi encontrada em C1, onde o índice Chao1 de comunidade bacteriana era o mais baixo. A abundância e diversidade de espécies microbianas aumenta com a temperatura em C3 > C6 > C2 > C7 > C5 > C4. As anomalias do gradiente geotérmico Em C9 e C10 causaram temperaturas muito mais altas; as temperaturas ambientes Em C9 e C10 foram 34,60 °C, e 40,10 °C, respectivamente. O índice Chao1 de bactérias produtoras de hidrogênio em C9 foi de 176, e o índice Shannon foi de 1,28; o índice Chao1 é de 237, o índice de Shannon é de 1,58. Em comparação com as oito primeiras áreas, a abundância e a diversidade diminuíram ligeiramente. Aqui, tanto as bactérias produtoras de hidrogénio como os metanogénios podem crescer e reproduzir-se à temperatura ambiente.No ambiente extremo da costura do carvão, consórcios de bactérias são formados entre os microorganismos da costura do carvão. Através do intercâmbio de metabolitos e de simbiose controlada em termos micro-ambientais, a concorrência e a afectação de recursos mantêm as funções específicas da comunidade microbiana, que determina a via de produção de biometano na camada de carvão. Metanotrix, que converte ácido acético em metano, é o gênero dominante na comunidade metanogênica da área C1. As bactérias associadas ao Alcalibaculum e ao Dessulfosporosinus são bactérias homoacetogénicas que utilizam o H2 como dador de electrões para produzir ácido acético. Eles são os principais competidores de metanógenos hidrogenotróficos e também fornecem substrato metabólico para metanógenos. Bactérias produtoras de hidrogênio como Clostridium e Tissierella também fornecem ácido acético, e assim a alta abundância de bactérias produtoras de hidrogênio fornece um rico substrato metabólico para Metanotrix. Juntos, os metanógenos e as bactérias produtoras de hidrogênio estão em interação sintrófica e a via de geração de metano nesta área é determinada pela decomposição do ácido acético. Os metanógenos em C2, C4 e C6 são principalmente hidrogenotróficos metanógenos. Bactérias de fermentação hidrolítica e acetogénios contribuem para a produção de ácido acético e H2. Eles também produzem enzimas, cofactores e sinais metabólicos para regular a produção de hidrogênio. Além disso, as bactérias homoacetogénicas e os acetogénios não competem nestas áreas. Metanógenos hidrogenotróficos podem produzir metano a partir de CO2 e H2 produzidos na fase anterior. Por conseguinte, as vias metabólicas nestas áreas são principalmente utilizadas para H2, formato e outras substâncias.
mais de 99% da área de C3 contém metanógenos metilotróficos, tais como: Metanolobus. Brevibacter, Paenibacillus, Brochothrix, e Lactococcus. Estudos anteriores mostraram que os compostos metoxiaromáticos (uma parte importante da lignocelulose) são degradados para produzir metanol e outras substâncias . Os microrganismos desta região podem degradar a matéria lignocelulose de carvão para fornecer recursos a metanogénios metilotróficos. Esta comunidade microbiana simples não pode fornecer substratos suficientes para os metanogénios que consomem H2. A via de produção de biometano nesta área baseia-se no consumo de compostos de metilo.Staphylococcus também foi detectado na área C3. Recentemente, Staphylococcus AntiMn-1 foi isolado de sedimentos de alto mar na área Clarion-Clipperton com elevado teor de manganês. Continha genes com alta resistência ao manganês, que se pensa ser uma adaptação ao ambiente sedimentar marinho . O teor de metais pesados na área C3 é relativamente alto. Pode ser que o ambiente da costura de carvão possa efetivamente induzir a expressão de genes de resistência, que podem ter efeitos antagónicos e desintoxicantes no transporte e toxicidade de metais pesados dentro dos microrganismos. Staphylococcus nesta área pode conter genes de resistência para se adaptar ao ambiente da costura de carvão, de modo que também pode participar no metabolismo da fermentação do carvão. Existem muitas espécies diferentes de metanogénicos em C7 e o hidrogênio, produzindo bactérias é dominado por Clostridium, Bacillus, Citrobacter, e outros anaeróbios, que fornecem substratos para acetoclastic metanogénicos e também H2, CO2, e formate para hydrogenotrophic metanogénicos. Além disso, a acumulação de ácido acético reduz as bactérias redutoras de sulfato, incluindo Dessulfosporosinus e Dessulfitobacterium. O SRB tem uma afinidade mais forte para o ácido acético do que os metanógenos acetoclásticos, mas eles não competem com metanógenos metilotróficos para certos substratos, como o metanol. Assim, os metabolismos de ambas as bactérias redutoras de sulfato e metanógenos podem prosseguir simultaneamente nesta área . O metabolismo em C7 foi dominado por metanógenos metilotróficos, seguido pela fermentação do ácido acético e, em seguida, a redução do dióxido de carbono.