油藏条件下CO2生物转化为甲烷的群落结构与功能

In-reservoir conversion of CO2 to methane is a forefront topic in the field of biogeochemical research. Taking into consideration of the setting state and the possible transformation of CO2 injected into oil reservoir, this project focuses on microbial conversion of CO2 under oil reservoirs conditions. With techniques of molecular biology and combination with enrichment experiments, this study will be conducted on identification and characterization of microbial communities, the mechanisms and pathways involved in the bioconversion of CO2 to methane, as well as the impact of biological factors on the anaerobic conversion rate of CO2 to methane. Based on above researches, the mechanisms and laws for in-reservoir bioconversion of CO2 to methane will be proposed and the regulation techniques for enhancement of microbial conversion of CO2 to methane will be estabolished. The results abtained will provide theoretical basis on in-situ bioconversion of CO2 to methane in oil reservoir, and therefor be of great importance in the sequestration and transformation of CO2 to methane as a natural resources.

油藏环境中CO2就地转化为甲烷是目前生物地球化学研究的前沿课题。本项目以注入及埋存在油藏中的CO2为对象，以CO2在油藏环境中赋存状态与转化为甲烷及其资源化利用为背景，应用分子生物学原理与方法，并结合富集培养实验，重点研究油藏环境中CO2生物转化为甲烷的微生物群落结构与功能、微生物功能菌群的组成及物质转化途径与转化机制，解析厌氧环境中CO2转化为甲烷的生物因素和物质要素及其对转化速率的影响，揭示油藏环境中CO2生物转化的机制和规律，探索建立CO2生物转化的调控模式，为油藏中CO2就地生物转化为甲烷、实现CO2油藏埋存减排与资源化转化利用奠定理论基础。

地下油藏环境中CO2就地固定及转化为甲烷是目前生物地球化学研究的前沿课题，也是解决CO2排放问题的有效途径之一，具有重要的理论意义和应用价值。自然状态下油藏中微生物活性低，难以实现工业化应用。对固定转化功能菌及调控机制认识不足是影响其理论研究和技术开发的关键。本研究以代表性不同温度的注水开发油藏和长期经历CO2驱油藏为对象，从功能基因角度分析了CO2固定和转化为甲烷的微生物多样性及长期负荷CO2引起的菌群变化、油藏微生物对注营养物的响应，分析了关键性菌种-产氢菌的多样性、代谢特性及其激活利用潜力。研究发现，油藏环境中普遍存在固定及转化CO2为CH4的微生物群系，且具有丰富的多样性；注营养物对油藏微生物还原CO2产甲烷具有促进作用；油藏产氢菌丰富多样且可被常规营养物激活，表明油藏具有固定及转化CO2的生物学基础。构建了模拟培养装置，建立了典型产甲烷菌检测方法，以油藏产出液中微生物为菌源，构建CO2生物转化产CH4菌系；以甲酸、乙醇等作为调控物质进行厌氧模拟培养，采用16S rRNA 基因克隆文库和同位素分析研究菌群结构及转化途径。研究发现，负荷CO2使微生物群落向有利于转化CO2产CH4方向演变；在油藏采出水本身物质和微生物条件下，随NaH13CO3浓度增大，固定转化CO2能力增强；明确了甲酸、乙醇及Fe0对固定转化CO2的激励作用及以CO2还原产甲烷为主的物质转化途径。本研究获得了油藏中CO2固定和转化菌群的系统数据，为油藏中CO2固定和转化理论研究和调控技术的建立提供了理论支撑和借鉴。. 项目组针对油藏固定及转化CO2，系统开展了功能微生物组成、转化途径及调控研究，完成了预定的研究内容，获得了第一手资料，深化了对油藏中 CO2 生物固定转化的认识。在国际学术刊物发表论文9篇 (SCI 收录6篇)，申请发明专利3项（已经授权2项），先后1名博士后和4名博士研究生及3名硕士研究生参加了研究工作，同时，邀请4名本领域国际著名专家到课题组学术交流。