CN103958641A - 产生用于改变岩石水文的自生岩石矿物的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开内容涉及通过诱导自生矿物沉淀细菌产生自生岩石矿物而可逆地改变体系例如油藏中的岩石水文的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年10月24日提交的美国临时申请第61/550,867号的权益，该申请以其整体并入本文作为参考。
对受联邦政府资助的研究或开发中所作出的发明的权益声明
本发明是在美国能源部向加利福尼亚大学伯克利分校授予的批准号为DE-FG02-98ER62689的政府支持下作出的。政府在本发明中享有一定权利。
技术领域
本公开内容涉及通过诱导自生矿物沉淀细菌可逆地产生自生岩石矿物而可逆地改变体系例如油藏中的岩石水文的方法。
背景技术
在含油储层的石油开采中，经常可以通过所谓的利用储层中存在的自然力量的一次采油方法来开采一部分包含在地下地层中的石油。采油率异常差可能是由于多种因素，包括上覆气体或者边缘或底部水体通过锥进或沟流突破到生产井。这在诸如断裂或高渗透性条痕的储层非均质性使油被选择性耗尽，导致邻近气体或水体过早进入生产区的情况下尤其明显。在稠油油田中，即使在均质储层中，由于水体沟流或指进经由相对固定的油相，相对较低粘度和较高移动性的水相允许这种突破。在建立高度透水性的通道时，稠油产量受损。
为提高自地下储层的采油率，已经采用多种强化开采技术(例如，二次和三次采油)。在一种形式的强化采油中，在压力下使驱流体通过一个或多个注入井注入油藏中，以保持、恢复或产生地层压力。最广泛使用的驱流体是水，然而，更复杂的含水体系，溶剂和气体也可用作驱流体。对稠油经常采用蒸汽。在等于或高于地层压力的压力下，驱流体被频繁地引入到地层底部附近的含油地下地层中，以驱出储层中的油。随着流体流经储层，其经由地层驱油或冲油。在移动的流体前方形成增加的油饱和度，且最终到达一个或多个生产井。
通常，含油的地下地层由具有不同渗透性的多个区域组成。移经储层的驱流体优先移动至并通过渗透性、断裂等较高的区域。驱流体主要通过这些通道，绕过渗透性较低的区域，因此，绕过这些渗透性较低的区域中包含的石油，因而降低驱替介质的波及效率。
用于使渗透性均质化由此提高波及效率的现有技术往往需要注入有毒的化学品和/或聚合物。
此外，当石油是存在于加拿大的劳埃德明斯特区域中和位于阿拉斯加州和委内瑞拉的某些储层中的高粘度的所谓“稠油”时，与强化采油相关的问题会特别严重。在这些稠油储层中，据估计一次采油和常规的注水(water flooding)操作有时仅仅制造4％～8％的储层中所含油。
此外，尽管美国专利第4,460,043号；4,561,500号；和5,143,155号公开了可以通过应用选择性微生物堵塞体系来提高石油产率，但这些微生物塞(plug)容易因经过该塞的高速流体流动或大的压降，蒸汽驱等情况下的热降解，和本源微生物群引起的生物堵塞材料降解而遭受损害。而且，这些塞可能难以去除。在低渗透性通道中的油被榨出时，这导致注入井源处的背压增加，使得注入井周围的局部环境永久性堵塞和不可预知的储层地层断裂的风险增加。
因此，对于改进的强化采油方法存在需求，该方法使储层渗透性均质化，引起采油率的显著改善而无论石油粘度和/或特性(即，轻油和稠油)如何；不容易因经过塞的大的压降而遭受热损坏或破坏；不容易因本源微生物群而遭受生物或化学降解；并且是可逆的，从而允许渗透性均质化作用连续扩大到储层基质中，以保持提高的波及效率而对储层完整性无风险。
发明内容
为了满足上述需求，本公开内容提供如下新方法，即通过提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物，并在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下，向包含岩石基质和自生矿物沉淀细菌的体系中添加该组合物，从而可逆地沉淀用于改变岩石水文的自生岩石矿物，减少采油中注水水压的下降，并提高油藏的采油率。有利的是，本公开内容的方法利用普遍存在且在所公开的体系例如油藏中有活性的自生矿物沉淀细菌。此外，本公开内容的方法有利地利用细菌介导的自生岩石矿物沉淀的可逆性，从而通过持续生成低渗透性通道而提高注水波及效率。自生岩石矿物沉淀的可逆性允许所生成的通道的溶解和注水的重定向。然后可以通过诱导细菌在体系的不同区域中沉淀自生岩石矿物来生成新的低渗透性通道，从而保持提高的注水波及效率。
因此，本公开内容的某些方面涉及通过可逆地沉淀自生岩石矿物而提高油藏的采油率的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质和自生矿物沉淀细菌的油藏体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物改变注水水文，从而提高采油率。
本公开内容的其他方面涉及可逆地沉淀自生岩石矿物的方法，该方法是通过：a)提供包含岩石基质和自生矿物沉淀细菌的体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下，使该体系与该组合物接触。
本公开内容的其他方面涉及通过可逆地沉淀自生岩石矿物而改变岩石水文的方法，该方法是通过：a)提供包含岩石基质和自生矿物沉淀细菌的体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物改变岩石水文。
本公开内容的其他方面涉及通过可逆地沉淀自生岩石矿物而减少采油中注水水压的下降的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质、注水和自生矿物沉淀细菌的体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物使注水水压的下降减少。
在任意上述方法的某些实施方式中，该体系是油藏。
在任意上述方法的某些实施方式中，该体系还包含地面污染物。在一些实施方式中，地面污染物选自放射性污染、放射性废料、重金属、卤化溶剂、杀虫剂、除草剂和染料。
本公开内容的其他方面涉及通过可逆地沉淀自生岩石矿物而形成屏障的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质、岩石基质材料和自生矿物沉淀细菌的体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物形成屏障，且该屏障降低岩石材料经由岩石基质的流动。在一些实施方式中，岩石材料包含CO2。在其它实施方式中，岩石材料包含一种或多种污染物。优选该一种或多种污染物选自放射性污染、放射性废料、重金属、卤化溶剂、杀虫剂、除草剂和染料。
在任意上述方法的某些实施方式中，在步骤a)之前，将自生矿物沉淀细菌加至体系中。在任意上述方法的某些实施方式中，自生矿物沉淀细菌选自铁还原菌、铁氧化菌、硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌、发酵菌、亚磷酸盐氧化菌、高氯酸盐还原菌、氯酸盐还原菌和硝酸盐还原菌。在任意上述方法的其他实施方式中，自生矿物沉淀细菌是铁氧化菌或硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌。
在任意上述方法的其他实施方式中，自生矿物前体溶液选自Fe(II)溶液、Fe(III)溶液、贵金属铁纳米颗粒溶液、氨溶液、磷酸盐溶液、亚磷酸盐溶液、钙溶液、碳酸盐溶液、镁溶液和硅酸盐溶液。优选自生矿物前体溶液是Fe(II)溶液。在任意上述方法的其他实施方式中，自生矿物沉淀诱导剂选自硝酸盐、亚硝酸盐、一氧化二氮、一氧化氮、高氯酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、二氧化氯、Fe(III)、碳酸盐和氧。优选自生矿物沉淀诱导剂是硝酸盐。
在任意上述方法的一些实施方式中，自生矿物沉淀是可逆反应的结果。在某些实施方式中，可逆反应是氧化还原反应。在任意上述方法的其他实施方式中，所沉淀的自生矿物通过逆向进行自生矿物沉淀反应而溶解。
在任意上述方法的其他实施方式中，该体系还包含自生矿物溶解细菌。在某些实施方式中，该体系与自生矿物溶解诱导剂在自生矿物溶解诱导剂得以诱导自生矿物溶解细菌溶解所沉淀的自生矿物的条件下接触。在其他实施方式中，自生矿物溶解诱导剂选自硝酸盐、亚硝酸盐、一氧化二氮、一氧化氮、高氯酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、二氧化氯、Fe(III)、碳酸盐、磷酸盐、亚磷酸盐、氧、H2、乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐、乳酸盐、苯甲酸盐、柠檬酸盐、己糖和磷酸盐。在任意上述方法的其他实施方式中，自生矿物溶解细菌通过逆向进行自生矿物沉淀反应而溶解所沉淀的自生矿物。在任意上述方法的其他实施方式中，该方法还包括将自生矿物溶解细菌加至体系中。在某些优选实施方式中，所添加的自生矿物溶解细菌是重组细菌。在任意上述方法的其他实施方式中，自生矿物溶解细菌选自铁还原菌、亚磷酸盐还原菌、高氯酸盐还原菌、氯酸盐还原菌、硝酸盐还原菌和产酸菌。优选自生矿物溶解细菌是铁还原菌。
在任意上述方法的一些实施方式中，该方法还包括将自生矿物沉淀细菌添加至体系。在某些实施方式中，所添加的自生矿物沉淀细菌是重组细菌。
附图说明
图1图解性地描画出通过经注入井将水注入到油藏中以保持储层压力并从注入井朝生产井驱扫石油的油藏三次采油。
图2图示性地描画出在加入U(VI)和Co(III)可溶盐之后生物形成的Fe(III)氧化物对铀和钴的吸附和沉淀。
图3描画出FRC硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌的MPN枚举结果。
图4显示硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌的16S rRNA基因序列的无根邻接系统发生树。
图5图示性地描画出菌株TPSY的与硝酸盐还原偶联的兼养Fe(II)氧化和利用乙酸盐的生长。
图6图示性地描画出分别使用Fe(II)和硝酸盐作为电子供体和受体且以CO2作为唯一碳源的Pseudogulbenkiania菌株2002的无机自养型生长。
图7图示性地描画出在以乙酸盐作为碳源且以硝酸盐作为唯一电子受体的缺氧培养基中的A.suillum的Fe(II)氧化。Fe(II)氧化仅在乙酸盐利用完成之后发生。
图8描画出初始时以及孵育一小时之后的在Fe(II)存在下的厌氧洗涤细胞悬浮液的氧化减还原的示差光谱。
图9显示当以乙酸盐作为碳源且以FeCl2作为铁形式的相同条件下在相同的培养基中兼养生长时Pseudogulbenkiania菌株2002和Diaphorobacter菌株TPSY的Fe(II)氧化的不同终产物。图9A显示Pseudogulbenkiania菌株2002。图9B显示Diaphorobacter菌株TPSY。
图10显示Pseudogulbenkiania菌株2002兼养生长的X射线荧光光谱结果。
图11显示Fe(II)氧化过程中的Pseudogulbenkiania菌株2002细胞的TEM图像。TEM图像无染色，且显示在革兰氏阴性细胞的周质空间中形成电子密集部分。
具体实施方式
定义
本文所使用的“自生矿物”、“自生岩石矿物”和“沉积岩”可互换使用并且是指由沉积物中的可溶化学品(例如离子和有机化合物)形成的矿床。
本文所使用的“自生矿物沉淀细菌”是指能够利用自生矿物前体溶液来沉淀自生矿物的细菌。例如，硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌是一种类型的“自生矿物沉淀细菌”，其将可溶Fe(II)氧化成Fe(III)沉淀物。
本文所使用的“自生矿物前体溶液”是指包含被自生矿物沉淀细菌使用以形成矿物沉淀的底物例如可溶离子的溶液。例如，Fe(II)溶液可被氮依赖性的Fe(II)氧化菌利用，以将可溶Fe(II)转化成Fe(III)沉淀物。
本文所使用的“自生矿物沉淀诱导剂”是指在自生矿物沉淀细菌中诱导可逆的自生矿物沉淀反应的组成，例如化学品、离子盐、电子供体、电子受体、氧化还原试剂等。例如，自生矿物沉淀诱导剂可以是允许细菌通过氧化前体溶液而使自生矿物从自生矿物前体溶液中沉淀出来的氧化剂(即，电子受体)。
本文所使用的“自生矿物溶解细菌”是指能够通过逆向进行经由自生矿物沉淀细菌诱导以沉淀自生矿物的自生矿物沉淀反应而溶解自生矿物的细菌。例如，自生矿物溶解细菌可以将自生矿物岩石的溶解矿物的组分还原(例如Fe(III)还原菌将不溶Fe(III)转化成可溶Fe(II))。
本文所使用的“自生矿物溶解诱导剂”是指在自生矿物溶解细菌中诱导自生矿物沉淀反应的逆反应的组成，例如化学品、离子盐、电子供体、电子受体、氧化还原试剂等。例如，自生矿物溶解诱导剂可以是允许细菌通过使沉淀物组分还原而使自生矿物沉淀物溶解的还原剂(即，电子供体)，例如乙酸盐。
本文所使用的“可逆地沉淀自生岩石矿物”是指可以被沉淀且随后可被溶解和/或增溶的自生岩石矿物。优选自生岩石矿物经由本公开内容的自生矿物沉淀细菌而沉淀。通常，所沉淀的自生岩石矿物可以通过逆向进行导致自生岩石矿物形成的反应而被溶解和/或增溶。例如，所沉淀的自生岩石矿物可以经由本公开内容的自生矿物溶解细菌而被溶解和/或增溶。
综述
以下描述阐述了示例性方法、参数等。然而，应当理解，这样的描述并不意在作为对本公开内容范围的限制，而是被提供作为对示例性实施方式的描述。
通过一个或多个注入井将水注入到油藏中是通过保持储层压力并从注入井朝生产井驱扫石油而在一次产率之外提高石油产率的司空见惯的做法(图1)。然而，随着时间推移，注水波及效率随注水压力下降而降低。该压力下降是承载注水的通道的渗透性增加的结果。本公开内容涉及提高含有岩石基质的体系例如油藏中的注水波及效率以便提高采油率的方法。本公开内容的方法通过利用自生矿物沉淀细菌来改变体系中的自生岩石水文而实现提高的注水驱扫。通过诱导这些细菌的自生矿物沉淀活性，所沉淀的自生矿物堵塞含有岩石基质的体系中的高渗透性水通道，这在储层中产生更均匀的流动基质，引起波及效率升高。该升高的波及效率使采油率升高。有利的是，当新注通道的油耗尽(即，通道被洗净)时，可以通过诱导自生矿物溶解细菌的活性以逆向进行经自生沉淀细菌诱导的自生沉淀反应而使自生矿物溶解。通过这种方式，可以通过在整个储层基质中将注水持续重定向到低渗透性区域中而保持升高的注水波及效率。
此外，本公开内容是基于，至少部分基于以下新发现，即在三次采油过程中，可以使用由硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌产生的自生岩石矿物沉淀物来改变岩石水文并改进注水波及效率，其中该硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌可以从可溶Fe2+的代谢作用中形成固相铁矿物(Lack,JG等人,Appl.Environ.Microbiol.68,2704-2710,2002；以及Weber,KA等人,Nat Rev Micro4,752-764,2006)。这些微生物能够改变所添加的可溶二价铁[Fe(II)]的价态，沉淀出不溶三价铁矿物[Fe(III)]，导致孔收缩和孔喉直径减小，致使形成低渗透性通道。或者，Fe(II)氧化有机体也可以将岩石基质中的原生矿物相Fe(II)的Fe(II)内容物(content)氧化，从而改变原始的矿物结构，导致岩石风化和矿物生物发生。有利的是，自生矿物沉淀细菌在地球上普遍存在，并且在适度和极端环境下均有活性。而且，可以通过在三次采油过程中向注水中添加自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂来利用这些细菌的自生矿物沉淀活性。
因此，本公开内容提供可逆地沉淀自生岩石矿物的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质和自生矿物沉淀细菌的体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触。
本公开内容还提供通过可逆地沉淀自生岩石矿物而改变岩石水文的方法，其是通过：a)通过包含岩石基质和自生矿物沉淀细菌的体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物改变岩石水文。
本公开内容还提供通过可逆地沉淀自生岩石矿物而减少采油中注水水压的下降的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质、注水和自生矿物沉淀细菌的体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物使注水水压的下降减少。
本公开内容还提供通过可逆地沉淀自生岩石矿物而提高油藏的采油率的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质和自生矿物沉淀细菌的油藏体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物改变注水水文，从而提高采油率。
本公开内容还提供通过可逆地沉淀自生岩石矿物而形成屏障的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质、岩石基质材料和自生矿物沉淀细菌的体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物形成屏障，且该屏障降低岩石材料经由岩石基质的流动。
自生矿物沉淀细菌
本公开内容的某些方面涉及通过诱导存在于含有岩石基质的体系中的自生矿物沉淀细菌使自生矿物可逆地沉淀到岩石基质中而可逆地沉淀自生岩石矿物的方法。包含岩石基质的体系的实例包括但不限于油藏、油田、含水层和地下地质构造。
适用于本公开内容的方法的自生矿物沉淀细菌包括古细菌和真细菌。合适的自生矿物沉淀细菌还包括嗜冷的、嗜温的、嗜热的、嗜盐的、耐盐的、嗜酸的、嗜碱的、嗜压的、耐压的需氧菌和厌氧菌或者是数种或所有这些及其中间型的混合物。优选本公开内容的自生矿物沉淀细菌是厌氧菌，因为厌氧菌对可能在本公开内容的含有岩石基质的体系的地下环境中遇到的受限的氧可得性、极端温度、极端pH值和盐度具有合适的耐性。
此外，先前已显示矿物沉淀细菌普遍存在并且在多种环境例如水生环境、陆地环境和地下环境中有活性。因此，本公开内容的自生矿物沉淀细菌能够保持在本公开内容的含有岩石基质的体系的地下环境中引起自生矿物沉淀的代谢活性。
合适的自生矿物沉淀细菌的其他实例包括但不限于，铁沉淀细菌、磷矿物沉淀细菌、钙矿物沉淀细菌、磷灰石矿矿物沉淀细菌、和碳酸铵矿物沉淀细菌、镁矿物沉淀细菌、和硅酸盐矿物沉淀细菌、锰矿物沉淀细菌、和硫矿物沉淀细菌。这些细菌的实例包括但不限于，变形杆菌(Proteobacterial)菌种、埃希氏杆菌(Escherichia)菌种、玫瑰杆菌(Roseobacter)菌种、食酸菌(Acidovorax)菌种、硫杆菌(Thiobacillus)菌种、Pseudogulbenkiania菌种、假单胞菌(Pseudomonas)菌种、脱氯单胞菌(Dechloromonas)菌种、固氮螺菌(Azospira)菌种、地杆菌(Geobacter)菌种、Desulfotignum菌种、希瓦氏菌(Shewanella)菌种、Rhodanobacter菌种、热单胞菌(Thermomonas)菌种、水杆菌(Aquabacterium)菌种、丛毛单胞菌(Comamonas)菌种、固氮弧菌(Azoarcus)菌种、Dechlorobacter菌种、丙酸弧菌(Propionivibrio)菌种、磁螺菌(Magnetospirillum)菌种、Parvibaculm菌种、副球菌(Paracoccus)菌种、厚壁菌(Firmicutal)菌种、脱亚硫酸菌(Desulfitobacterium)菌种、芽孢八叠球菌(Sporosarcina)菌种、芽孢杆菌(Bacillus)菌种、Acidobacterial菌种、地发菌(Geothrix)菌种、古菌(Archaeal)菌种和铁球菌(Ferroglobus)菌种。
这样的矿物沉淀细菌使多种矿物沉淀，包括但不限于碳酸钙、硫酸钙(石膏)、碳酸镁、氧化铁、三价铁羟基氧化物(如磁赤铁矿、赤铁矿、针铁矿等)、混合价铁矿物(如磁铁矿、绿锈等)、磷酸铁、碳酸铁、氧化锰和混合价锰矿物(如黑锰矿等)。
在一些实施方式中，自生矿物沉淀细菌选自铁还原菌、铁氧化菌、硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌、发酵菌、亚磷酸盐氧化菌、高氯酸盐还原菌、氯酸盐还原菌和硝酸盐还原菌。
通常，本公开内容的自生矿物沉淀细菌利用自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂来诱导导致自生矿物沉淀的可逆反应。在某些实施方式中，该可逆反应是氧化还原反应。
本公开内容的自生矿物沉淀细菌还可以包含一种或多种以下基因：b型细胞色素基因、c型细胞色素基因、a型细胞色素基因和RuBisCo基因。
在本公开内容的一些实施方式中，自生矿物沉淀细菌是硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌。硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌可以从可溶Fe2+的代谢作用中沉淀出固相铁矿物，其将Fe(II)氧化与硝酸盐还原偶联。这些细菌能够改变所添加的可溶二价铁[Fe(II)]的价态，沉淀出不溶三价铁矿物[Fe(III)]，导致孔收缩和孔喉直径减小。
因此，在本公开内容的方法的某些实施方式中，自生矿物沉淀细菌是在用Fe(II)溶液和硝酸盐诱导时使铁矿物沉淀的硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌。
另外，Fe(II)氧化菌可以氧化岩石基质中原生矿物相Fe(II)的Fe(II)内容物，由此改变原始矿物结构，导致岩石风化和矿物生物发生。例如，Fe(II)氧化菌可以氧化与矿物中的结构铁例如铁铝榴石、铁铝硅酸盐相关联的Fe(II)，产生无定形和结晶Fe(III)氧化物矿物。在一些实施方式中，Fe(II)氧化在约2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4、7.5或更高的pH下发生。
此外，除了硝酸盐之外，铁氧化菌还可以将亚硝酸盐、一氧化氮、一氧化二氮、高氯酸盐、氯酸盐、二氧化氯、或氧的还原与Fe(II)氧化偶联。
本公开内容的可以见于含有岩石基质的体系的铁氧化菌的实例包括但不限于，Chlorobium ferrooxidans、Rhodovulum robiginosum、万尼氏红微菌(Rhodomicrobium vannielii)、Thiodiction sp.、沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)、小红卵菌(Rhodovulum sp.)、金属还原地杆菌(Geobacter metallireducens)、Diaphorobacter sp.菌株TPSY和Pseudogulbenkiania sp.菌株2002、脱氯单胞菌、Dechloromonasaromatica、Dechloromonas agitata、固氮螺菌和Azospira suillum。
本公开内容的铁氧化菌可以沉淀多种铁矿物。这样的铁矿物的实例包括但不限于，氢(氧)化铁；碳酸铁；Fe(III)氧化物，如二线水铁矿、针铁矿、纤铁矿和赤铁矿；以及混合价铁矿物，如绿锈、磁赤铁矿、磁铁矿、蓝铁矿、铁铝榴石、砷黄铁矿、铬铁矿、菱铁矿和十字石。
本公开内容的Fe(II)氧化菌也可以氧化固相Fe(II)，包括但不限于表面结合Fe(II)、结晶Fe(II)矿物(菱铁矿、磁铁矿、黄铁矿、砷黄铁矿和铬铁矿)以及岛硅酸岩(铁铝榴石和十字石)和页硅酸盐(绿脱石)中的结构Fe(II)。缺氧环境中固相Fe(II)的这种可逆氧化转换提供了额外的用于改变自生岩石水文的岩石风化机制。
此外，经Fe(II)氧化菌沉淀的铁矿物也可以被用作沉积环境中重金属、准金属和放射性核素的汇(sink)，并且可以通过吸附和共沉淀而调节天然水中的可溶金属浓度，包括铀、铬和钴的浓度。
因此，在某些实施方式中，本公开内容的自生矿物沉淀细菌可以通过提供将含水层与污染物隔开的自生矿物屏障而用于保护地下含水层免受污染物影响。在其他实施方式中，Fe(II)氧化菌可以通过沉淀吸附重金属并使其固定化的铁氧化物而用于修复地面重金属污染物。
外源添加的自生矿物沉淀细菌
本公开内容的方法可以利用对于本公开内容的含有岩石基质的体系为本源的自生矿物沉淀细菌。然而，在自生矿物沉淀细菌的本源群不足以用于本公开内容的方法的体系中，可以向体系中添加外源的自生矿物沉淀细菌。例如，通过向油藏的注入井中添加含有外源自生矿物沉淀细菌的培养基，可以将外源自生矿物沉淀细菌引入油藏的地下岩石基质中。培养细菌的培养介质和方法是本领域熟知的。可以外源添加的合适的自生矿物沉淀细菌包括任何本文公开的自生矿物沉淀细菌。因此，在任何本公开内容的方法的某些实施方式中，在提供含有岩石基质和自生矿物沉淀细菌的体系例如油藏之前，向体系中添加自生矿物沉淀细菌。
在其他实施方式中，可以从广泛多样的环境包括水生环境、陆地环境和地下环境中分离外源添加的自生矿物沉淀细菌。这些分离的自生矿物沉淀细菌菌株(亲本株)的保留自生矿物沉淀活性的突变体和变体也可以用于所提供的方法中。为获得这样的突变体，可以使用化学品例如N-甲基-N'-硝基-N-亚硝基胍、乙基甲砜，或者通过使用伽马射线、x射线的辐照或UV辐照，或者通过其他本领域技术人员熟知的方式来处理亲本株。
本文所使用的术语“株系突变体”是指亲本株的变体。亲本株在本文中定义为突变之前的原始分离株。
术语“株系变体”可被识别为具有在高严格性条件下与亲本株基因组杂交的基因组。“杂交”是指基因组与另一基因组反应形成复合物的反应，其中该复合物通过构成基因组的核苷酸残基的碱基之间的氢键作用而稳定化。氢键作用可以通过沃森-克里克碱基配对、Hoogstein结合或以任何其他的序列特异性方式发生。复合物可以包括形成双链结构的两条链、形成多链复合物的三条或更多条链、单个自杂交链或其任意组合。杂交反应可以在不同“严格性”条件下进行。通常，低严格性杂交反应在约40℃在10X SSC或等离子强度/温度的溶液中进行。中等严格性杂交通常在约50℃在6X SSC中进行，且高严格性杂交反应通常在约60℃在1X SSC中进行。
在某些实施方式中，可以通过例如如上所述的突变来修饰外源添加的自生矿物沉淀细菌，以改善或增强自生矿物沉淀活性。譬如，可以修饰Fe(II)氧化菌以增强可以正调节Fe(II)氧化所涉及通路的内源基因的表达。实现这种增强的一个方式是提供额外外源拷贝的这种正调节子基因。同样地，可以移除对于细胞为内源的通路负调节子。
还可以将自生矿物沉淀细菌中的编码自生矿物沉淀所涉及的蛋白的基因优化以改进自生矿物沉淀活性。本文所使用的“优化”是指编码具有改变的生物学活性的蛋白的基因，例如通过基因的遗传改变以使所编码的蛋白相对于野生型蛋白具有改善的功能特性。优化基因的方法是本领域熟知的，包括但不限于，将点突变、缺失或异源序列引入到基因中。
因此，在某些实施方式中，外源添加的自生矿物沉淀细菌是可以包含至少一个改善或增强细菌的自生矿物沉淀活性的修饰的重组细菌。
自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂
自生岩石矿物沉淀由自生矿物沉淀细菌通过使该细菌与自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂接触而产生。在一些实施方式中，自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂提供于单一组合物中。或者，自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂可以分别提供。
在含有岩石基质的体系是油藏的实施方式中，通过将自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂加至注入井中，可以对本源的自生矿物沉淀细菌提供自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂。
在外源自生矿物沉淀细菌被添加至含有岩石基质的体系的实施方式中，自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂可以与细菌同时加至体系中。在其他实施方式中，在添加细菌之后添加自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂。
在其他实施方式中，添加至含有岩石基质的体系的自生矿物前体溶液与自生矿物沉淀诱导剂的比例为至少2:1、至少3:1、至少4:1、至少5:1、至少6:1、至少7:1、至少8:1、至少9:1、至少10:1或更高。在自生矿物前体溶液是Fe(II)溶液且自生矿物沉淀诱导剂是硝酸盐的实施方式中，添加至含有岩石基质的体系的Fe(II)溶液与硝酸盐的比例为至少2:1、至少3:1、至少4:1、至少5:1、至少6:1、至少7:1、至少8:1、至少9:1、至少10:1或更高。优选地，添加至含有岩石基质的体系的Fe(II)溶液与硝酸盐的比例为5:1。
自生矿物前体溶液
如本文所公开的，自生矿物前体溶液提供被自生矿物沉淀细菌利用来产生自生矿物的底物。例如，在Fe(II)氧化菌的情形中，Fe(II)溶液对铁氧化物矿物沉淀物的形成提供可溶Fe(II)底物。
本公开内容的自生矿物前体溶液在细菌得以利用溶液使自生矿物沉淀到本公开内容的含有岩石基质的体系中的条件下提供至自生矿物沉淀细菌。通常，条件将取决于存在于含有岩石基质的体系中的细菌类型、存在于体系中的自生岩石基质类型和含有岩石基质的体系的地下条件。
合适的自生矿物前体溶液的实例包括但不限于，Fe(II)溶液、Fe(III)溶液、贵金属铁纳米颗粒溶液、氨溶液、磷酸盐溶液、亚磷酸盐溶液、钙溶液、碳酸盐溶液、镁溶液和硅酸盐溶液。
自生矿物沉淀诱导剂
如本文所公开的，自生矿物沉淀诱导剂是诱导自生矿物沉淀细菌中的自生矿物沉淀活性的包含例如化学品、离子盐、螯合剂、电子供体、电子受体或氧化还原试剂的溶液。例如，在硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌的情形中，硝酸盐可以用作为诱导剂，因为其还原与细菌中的Fe(II)氧化偶联，这导致Fe(III)氧化物的沉淀。
本公开内容的自生矿物沉淀诱导剂在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从自生矿物前体溶液可逆地沉淀到本公开内容的含有岩石基质的体系中的条件下提供至自生矿物沉淀细菌。通常，条件将取决于存在于含有岩石基质的体系中的细菌类型、存在于体系中的自生岩石基质类型和含有岩石基质的体系的地下条件。
合适的自生矿物沉淀诱导剂的实例包括但不限于，硝酸盐、亚硝酸盐、一氧化二氮、一氧化氮、高氯酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、二氧化氯、Fe(III)、碳酸盐和氧。
自生矿物溶解细菌
本公开内容的其他方面涉及把由本公开内容的自生矿物沉淀细菌沉淀的自生矿物溶解。通常，通过逆向进行由自生矿物沉淀细菌诱导的反应而溶解所沉淀的自生矿物。优选地，通过自生矿物溶解细菌使自生矿物沉淀反应逆向进行。
如本文所公开的，自生矿物溶解细菌包含由自生矿物沉淀细菌所诱导的反应的逆反应介导的自生矿物溶解活性。通过向包含细菌的体系中添加自生矿物溶解诱导剂，可以在自生矿物溶解细菌中诱导逆反应。在某些实施方式中，由自生矿物溶解细菌诱导的逆反应是氧化还原反应。因此，本公开内容的自生矿物溶解细菌可以使任何由本公开内容的自生矿物沉淀细菌诱导的自生矿物沉淀反应逆向进行。
合适的自生矿物溶解细菌包括古细菌和真细菌。而且，自生矿物溶解细菌可以是嗜温或嗜热的需氧菌或厌氧菌。此外，本公开内容的自生矿物溶解细菌能够保持将本公开内容的含有岩石基质的体系的地下环境中的自生矿物沉淀溶解的代谢活性。
合适的自生矿物溶解细菌的其他实例包括但不限于溶解铁矿物沉淀物、磷灰岩矿物沉淀物、钙矿物沉淀物、磷灰石矿物沉淀物、碳酸铵矿物沉淀物、镁矿物沉淀物和硅酸盐矿物沉淀物的细菌。在一些实施方式中，自生矿物溶解细菌选自铁还原菌、高氯酸盐还原菌、氯酸盐还原菌、硝酸盐还原菌和产酸菌。
在一些实施方式中，自生矿物溶解细菌通过产生充分降低含有岩石基质的体系的pH以溶解自生矿物沉淀物的酸来溶解自生矿物沉淀物。例如，自生矿物沉淀物可以在约7.5、7.0、6.5、6.0、5.5、5.0、4.5、4.0、3.5、3.0、2.5、2.0或更低的pH下溶解。
合适的自生矿物溶解细菌可以包括但不限于，变形杆菌菌种、埃希氏杆菌菌种、希瓦氏菌菌种、地杆菌菌种、脱硫弧菌(Desulfovibrio)菌种、脱硫单胞菌(Desulfuromonas)菌种、假单胞菌菌种、Desulfotignum菌种、Dechlorobacter菌种、暗杆菌(Pelobacter)菌种、厚壁菌菌种、Thermincola菌种、热土杆菌(Thermoterrabacterium)菌种、Thermovenabulum菌种、热石杆菌(Thermolithobacter)菌种、Thermosinus菌种、脂环酸芽孢杆菌(Alicyclobacillus)菌种、厌氧分支杆菌(Anaerobranca)菌种、一氧化碳嗜热菌(Carboxydothermus)菌种、Tepidimicrobium菌种、嗜碱菌(Alkaliphilus)菌种、梭菌(Clostridium)菌种、脱亚硫酸菌菌种、脱硫芽孢弯曲菌(Desulfosporosinus)菌种、脱硫肠状菌(Desulfotomaculum)菌种、硫化杆菌(Sulfobacillus)菌种、芽孢杆菌菌种、放线菌(Actinobacterial)菌种、酸微菌(Acidimicrobium)菌种、纤维单胞菌(Cellulomonas)菌种、Ferrithrix菌种、亚铁微菌(Ferromicrobium)菌种、酸杆菌(Acidobacterial)菌种、地发菌(Geothrix)菌种、古菌菌种和铁球菌菌种。
在一个非限制性的实施例中，已显示Fe(III)还原菌Thermincolapotens菌株JR可以将不溶Fe(III)还原成可溶Fe(II)(参见，Wrighton等人,Appl.Environ.Microbiol.,2011)。
在一些实施方式中，本公开内容的方法利用对于本公开内容的含有岩石基质的体系为本源的自生矿物溶解细菌。然而，在自生矿物溶解细菌的本源群不足以用于本公开内容的方法的体系中，可以向体系中添加外源的自生矿物溶解细菌。例如，通过向油藏的注入井中添加含有外源自生矿物溶解细菌的培养基，可以将外源自生矿物溶解细菌引入油藏的地下岩石基质中。
在一些实施方式中，可以从广泛多样的环境包括水生环境、陆地环境和地下环境中分离待外源添加的自生矿物溶解细菌。这些分离的自生矿物溶解细菌菌株(亲本株)的保留自生矿物溶解活性的突变体和变体也可以用于所提供的方法中。为获得这样的突变体，可以使用化学品例如N-甲基-N'-硝基-N-亚硝基胍、乙基甲砜，或者通过使用伽马射线、x射线的辐照或UV辐照，或者通过其他本领域技术人员熟知的方式来处理亲本株。
在其他实施方式中，可以通过例如如上所述的突变来修饰外源添加的自生矿物溶解细菌，以改善或增强自生矿物溶解活性。譬如，可以修饰铁还原菌以增强可以正调节铁还原所涉及通路的内源基因的表达。实现这种增强的一个方式是提供额外外源拷贝的这种正调节子基因。同样地，可以移除对于细胞为内源的通路负调节子。在其他实施方式中，可以将自生矿物溶解细菌中的编码自生矿物溶解所涉及的蛋白的基因优化以改进自生矿物溶解活性。优化基因的方法是本领域熟知的，包括但不限于，将点突变、缺失或异源序列引入到基因中。
在一些实施方式中，外源添加的自生矿物溶解细菌是可以包含至少一个改善或增强细菌的自生矿物溶解活性的修饰的重组细菌。
自生矿物溶解诱导剂
通过在自生矿物溶解诱导剂得以诱导自生矿物溶解细菌将所沉淀的自生矿物溶解的条件下使该细菌与自生矿物溶解诱导剂接触，来诱导自生矿物溶解细菌的自生矿物溶解活性。在含有岩石基质的体系是油藏的实施方式中，可以通过向注入井中添加自生矿物溶解诱导剂对本源的自生矿物溶解细菌提供自生矿物溶解诱导剂。
在外源的自生矿物溶解细菌被添加至含有岩石基质的体系的实施方式中，自生矿物溶解诱导剂可以与细菌同时加至体系中。在其他实施方式中，在添加细菌之后添加自生矿物溶解诱导剂。
如本文所公开的，自生矿物溶解诱导剂是诱导自生矿物溶解细菌中的自生矿物沉淀反应的逆反应的包含例如化学品、离子盐、电子供体、电子受体或氧化还原试剂的溶液。
本公开内容的自生矿物溶解诱导剂在自生矿物溶解诱导剂得以诱导自生矿物溶解细菌以将本公开内容的含有岩石基质的体系的岩石基质中的已沉淀自生矿物溶解的条件下提供至自生矿物溶解细菌。通常，条件将取决于存在于含有岩石基质的体系中的细菌类型、存在于体系中的自生岩石基质类型和含有岩石基质的体系的地下条件。
合适的自生矿物溶解诱导剂的实例包括但不限于，硝酸盐、亚硝酸盐、一氧化二氮、一氧化氮、高氯酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、二氧化氯、Fe(III)、碳酸盐、磷酸盐、亚磷酸盐、氧、H2、乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐、乳酸盐、苯甲酸盐、柠檬酸盐、己糖和亚磷酸盐。
用途
本公开内容的可逆地沉淀自生岩石矿物的方法可应用于多种工业用途。例如，所公开的可逆地沉淀自生岩石矿物的方法可应用于改变岩石水文、改变采油中注水水压的下降、提高油藏的采油率、在岩石基质中形成屏障、防止含水层污染和修复受污染的含水层。
通常，水主要移经高空隙率的通道且不渗透低孔隙率区域。这样，仅小部分的岩石基质被驱扫。通过使岩石孔隙率均化，注水可以以相同分布移经所有通道，由此改善波及效率，使采油率增加。
如本文所公开的，可以利用本源的和/或外源添加的自生矿物沉淀细菌，以通过诱导细菌沉淀自生矿物来降低注水通道的渗透性，这通过使岩石基质孔隙率均化而改变岩石水文。该均化的岩石基质孔隙率导致低渗透性通道的形成，其通过提高注水波及效率而减少水压下降并提高采油率。
因此，本公开内容的某些方面提供通过可逆地沉淀自生岩石矿物而改变岩石水文的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质和自生矿物沉淀细菌的体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物改变岩石水文。在一些实施方式中，岩石水文的改变出现在诱导自生矿物沉淀细菌之后至少12天，至少11天，至少10天，至少9天，至少8天，至少7天，至少6天，至少5天，至少4天，至少2天或更少天数。
本公开内容的其他方面涉及通过可逆地沉淀自生岩石矿物而减少采油中注水水压的下降的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质、注水和自生矿物沉淀细菌的体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物使注水水压的下降减少。在一些实施方式中，水压减少出现在诱导自生矿物沉淀细菌之后至少12天，至少11天，至少10天，至少9天，至少8天，至少7天，至少6天，至少5天，至少4天，至少2天或更少天数。在其他实施方式中，与在细菌不与包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物相接触的情况下在包含岩石基质、注水和自生矿物沉淀细菌的体系的采油中注水水压的下降相比，水压下降减少多出至少5％，至少10％，至少15％，至少20％，至少25％，至少30％，至少35％，至少40％，至少45％，至少50％，至少55％，至少60％，至少65％，至少70％，至少75％，至少80％，至少85％，至少90％，至少95％，至少100％，至少200％，至少300％，至少400％，至少500％或更高的百分比。在其他实施方式中，在注水水压的下降开始增加时，可以通过用自生矿物溶解诱导剂诱导本源的和/或外源添加的自生矿物溶解细菌来逆向进行自生矿物沉淀作用，以去除注水通道堵塞。然后可以重复诱导自生矿物沉淀细菌沉淀自生矿物的过程，以在体系的不同区域中改变岩石水文。
此外，还可以利用本公开内容的方法在包含疏松基质的体系例如油藏中的疏松基质中生成自生矿物屏障，以增强水流特性并生成可预期的压力下降。因此，本公开内容的某些实施方式提供通过可逆地沉淀自生岩石矿物而增强包含疏松基质的体系中的水流的方法，其是通过：a)提供包含疏松基质和自生矿物沉淀细菌的体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到疏松基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物改变注水水文，增强水流。
本公开内容的其他方面涉及通过可逆地沉淀自生岩石矿物而提高油藏的采油率的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质和自生矿物沉淀细菌的油藏体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物改变注水水文，从而提高采油率。在一些实施方式中，采油率提高出现在诱导自生矿物沉淀细菌之后至少12天，至少11天，至少10天，至少9天，至少8天，至少7天，至少6天，至少5天，至少4天，至少2天或更少天数。在其他实施方式中，与在细菌不与包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物相接触的情况下从包含岩石基质和自生矿物沉淀细菌的油藏所采收的油量相比，采油率提高多出至少5％，至少10％，至少15％，至少20％，至少25％，至少30％，至少35％，至少40％，至少45％，至少50％，至少55％，至少60％，至少65％，至少70％，至少75％，至少80％，至少85％，至少90％，至少95％，至少100％，至少200％，至少300％，至少400％，至少500％或更高的百分比。在其他实施方式中，在采油率开始降低时，可以通过用自生矿物溶解诱导剂诱导本源的和/或外源添加的自生矿物溶解细菌来逆向进行自生矿物沉淀作用，以去除注水通道堵塞。然后可以重复诱导自生矿物沉淀细菌沉淀自生矿物的过程，以在油藏的不同区域中改变岩石水文。
如本文所公开的，还可以利用本公开内容的自生矿物沉淀细菌在含有岩石基质的体系中生成自生矿物屏障以便，例如隔离CO2、隔离污染物、容纳污染物流，并形成屏障创建用于地下CO2的反应容器。因此，本公开内容的一些方面涉及通过可逆地沉淀自生岩石矿物而形成屏障的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质、岩石基质材料和自生矿物沉淀细菌的体系；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，其中所沉淀的自生矿物形成屏障，且该屏障降低岩石材料经由岩石基质的流动。在一些实施方式中，岩石材料包含CO2。在其他实施方式中，岩石材料包含一种或多种污染物，包括但不限于放射性污染、放射性废料、重金属、卤化溶剂、杀虫剂、除草剂和染料。
在其他实施方式中，可以利用自生矿物沉淀细菌在含水层体系中生成自生矿物屏障，以防止地下水源污染或限制污染性化合物在含水层中的移动性。因此，本公开内容的其他方面涉及通过可逆地沉淀自生岩石矿物而防止含水层污染的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质和自生矿物沉淀细菌的含水层；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，从而防止含水层污染。
此外，在自生矿物沉淀细菌沉淀含铁矿物的实施方式中，可以利用这些细菌来修复被可溶重金属污染的含水层，因为所沉淀的含铁矿物可以结合含水层中的重金属并使其沉淀出来。因此，本公开内容的其他方面涉及通过可逆地沉淀自生岩石矿物而修复受污染的含水层的方法，其是通过：a)提供包含岩石基质和自生矿物沉淀细菌的含水层；b)提供包含自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；并且c)在诱导剂得以诱导细菌使自生矿物从溶液中可逆地沉淀到岩石基质中的条件下使该体系与该组合物接触，从而修复含水层污染。
提供以下实施例以说明所提供的实施方式，其并不意在限制本发明的范围。
实施例
微生物强化的烃类开采(MEHR)运用多种微生物代谢作用以通过改善三次开采过程中储层中的油流动和注水驱扫来提高烃类和能源收率。本文的实施例描述了通过微生物制造自生岩石矿物沉淀物来改变岩石水文和改善注水波及效率的独特方法。已知许多微生物过程涉及到固相矿物沉淀中，可以明智地应用这些过程以均化岩石基质孔隙率，随后改变和改善注水驱扫。然而，迄今为止，有关这些沉淀事件对于MEHR策略的适用性几乎没有研究。这些过程可以由微生物例如硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌介导，该菌可以从可溶Fe2+的代谢作用中沉淀出固相铁矿物1,2。这些微生物能够改变所添加的可溶二价铁[Fe(II)]的价态，沉淀出不溶三价铁矿物[Fe(III)]，其导致孔收缩和孔喉直径减小。或者，Fe(II)氧化有机体可以氧化岩石基质中原生矿物相Fe(II)的Fe(II)内容物，由此改变原始矿物结构，导致岩石风化和矿物生物发生。之前对这些微生物的研究已经表明其在极端和适度环境下的普遍性和活性，且许多纯培养例也是可得的。另外的自生矿物沉淀的机制还可包括磷灰岩矿物的生物发生，其可以通过刺激高速率的有机磷材料的微生物降解，释放出可溶的反应性无机磷酸盐而发生。因海水中的与许多油藏中所发现情况相似的高浓度反应性钙，已知这些自生反应在海洋环境中是重要过程。或者，磷与生物形成的二氧化碳可以反应形成磷灰石矿物例如碳酸盐氟磷灰石[Ca10(PO4,CO3)6F2]。
已知微生物群体介导水生、陆地和地下生态系统中的铁地球化学循环。作为地壳中第四最丰富元素，铁氧化还原反应具有对全球地球化学产生重大影响的潜力，导致有机物质矿化、矿物溶解和风化、地质学显著的矿物形成和各种阴离子和阳离子包括污染物的移动或固化3,4。铁的溶解性和反应性对于环境pH特别敏感。三价铁形式[Fe(III)]的溶解性与酸pH值成反比，并且在低于4.0的pH值，[Fe(III)]主要作为水性离子Fe3+物质存在5。在近中性pH(～pH7)和更高的pH值(例如通常见于油藏中的pH)，铁主要以二价铁[Fe(II)]和三价铁[Fe(III)]氧化态作为不溶固相矿物存在4。
微生物催化的Fe(II)与Fe(III)价态之间的氧化还原反应在低到高pH水平下在水生、陆地和地下生态系统的含氧和缺氧区域中在现代环境生物地球化学中发挥着重要作用。微生物催化的Fe(III)还原在近中性pH下在非硫化物生成(non-sulfidogenic)的沉积环境中的作用已较好地确立6-8。然而，仅在过去的十年中认识到微生物Fe(II)氧化不仅在含氧环境中也在没有分子氧(O2)的环境中促成铁氧化还原循环9,10。
实施例1：近中性pH下的铁氧化还原循环：微生物Fe(II)氧化的
作用
非生物的Fe(II)氧化
通过扩散或主动转运机制发生的Fe(II)aq跨越环境缺氧/含氧过渡区的转移且随后与溶解O2的快速非生物反应已被描述成天然环境中Fe(II)再氧化的可能机制12。缺氧氧化还原过程也可以在近中性pH下通过与被氧化的锰[Mn(IV)]13,14或氮的氧阴离子[硝酸盐(NO3 -)或亚硝酸盐(NO2 -)]5,15-18的非生物反应而促成铁生物地球化学循环。Fe(II)与硝酸盐的非生物反应可以通过数种机制发生。在高温(75℃)下，与硝酸盐还原成铵(NH4 +)偶联的Fe(II)氧化自发进行19。或者，在较低温度下，高反应性结晶混合价铁矿物例如绿锈的Fe(II)内容物会与硝酸盐进行非生物反应形成磁铁矿和氨作为仅有的终产物17。Fe(II)与硝酸盐间的反应可通过痕量金属例如Cu2+的催化16,20，通过在升高pH(>8.0)下结晶铁氧化物(纤铁矿和针铁矿)表面上的表面化学反应18，或通过与在铁硅酸盐溶解过程中形成的Fe(III)氧化物沉淀物的反应21而增强。然而，与NO3 -还原偶联的非生物Fe(II)氧化所需的相对极端特定条件(即，高温、高pH、或通过与催化剂反应)表明这些反应在典型天然环境中可能不是主要的氧化机制。或者，作为有机营养的NO3 -还原或硝化作用的中间体或终产物而产生的亚硝酸盐也可以化学氧化Fe(II)15。除了NO2 -以外，在与近中性pH下典型的富铁沉积环境相一致的地球化学条件下，经由被氧化的氮物质的非生物Fe(II)氧化反应被视为是相对不显著的22,23。
Fe(II)的生物氧化
与非生物Fe(II)氧化相反，近来的研究表明生物反应可能显著促成环境中的Fe(II)氧化。尽管需氧氧化生物机制的量化作用尚未建立24,25，但近来的研究已证实，低氧张力(即，微量需氧的)的区域中的细菌能够与非生物反应竞争，将Fe(II)氧化与需氧呼吸偶联26-28。这些代谢作用的终产物产生不溶的结晶差的源自生物的Fe(III)氧化物，其从溶液中沉淀出来25,29。与在一个世纪以前描述的第一种嗜中性需氧铁氧化菌铁锈色披毛菌(Gallionella ferruginea)相反30,31，Fe(II)的厌氧生物氧化仅在最近被识别，并且需要额外研究以确定能够进行这种代谢的有机体的普遍性和多样性程度9,10,32。光依赖性的光能自养的厌氧铁氧化菌的识别引入了微生物催化的Fe(II)氧化于缺氧环境中的潜在作用9。在透光区，Fe(II)氧化光养菌能够氧化Fe(II)，生成Fe(III)氧化物，包括混合价相矿物如磁铁矿33。随后对硝酸盐用作为不依赖光的铁氧化代谢中的末端电子受体10的识别使铁氧化还原循环中缺失的空缺闭合。在缺氧环境中，已证实与硝酸盐、高氯酸盐和氯酸盐的还原偶联的Fe(II)微生物氧化10,32。确定这些厌氧Fe(II)氧化微生物(FOM)的真实普遍性和多样性的新近研究表明，不依赖光的代谢反应诸如硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化具有促成全球范围的缺氧Fe(II)氧化过程的潜力，条件是充足浓度的电子受体容易可得34。这些FOM能够氧化固相Fe(II)23,35-37以及与矿物例如铁铝榴石、铁铝硅酸盐中的结构铁相关的Fe(II)35,38,39，产生无定形和结晶Fe(III)氧化物矿物。除了土壤和沉积生物地球化学、矿物学以及重金属和放射性核素固化23,35,42,43，这些生物形成的Fe(III)氧化物的形成还可以充当Fe(III)还原微生物的电子受体，保持动态的微生物介导的Fe铁循环40-42。
实施例2：铁矿物对金属移动性的作用
铁(氢)氧化物可以通过Fe(II)在近中性pH下的氧化以非生物形式和生物形式形成。可溶Fe(II)aq的非生物氧化可以通过与被氧化的锰[Mn(IV)]物质的反应或通过Fe(II)扩散到含氧环境中随后与分子氧(O2)反应而介导。生物学Fe(II)氧化和铁氢(氧)化物的形成可以通过大型植物和大型动物的底栖生物扰动而间接介导，其导致颗粒混合和通风，引起随后的Fe(II)氧化44-49。或者，源自生物的铁氢(氧)化物形成可以通过需氧或厌氧微生物的活动而直接介导2。微量需氧的Fe(II)氧化菌能够与O2和Fe(II)间的非生物氧化动力学竞争，并将该代谢作用与生长偶联26,50-53。或者，由呼吸或光养微生物进行的厌氧Fe(II)生物氧化可以代表许多环境中生物学铁(氢)氧化物形成的主要路线2,9,10,35,36，在没有氧的情况下直接影响土壤和沉积生物地球化学、矿物学以及重金属和放射性核素固化35,54-56。
尽管光养性Fe(II)氧化很可能在具有合适的透光度的环境中具有重要性，但其可能在土壤和含水层体系中并不普遍。相比之下，已经显示化能营养性Fe(II)氧化菌在绝氧土壤和沉积环境中普遍不在2,56,57。这些有机体产生广泛范围的不溶铁形式作为终产物，包括无定形水合Fe(III)氧化物和混合价铁矿物(如绿锈、磁赤铁矿和磁铁矿)2,35,36。这些铁矿物代表沉积环境中重金属和准金属的主要的汇(sink)，且其通过吸附和共沉淀而调节天然水中的可溶金属浓度，包括铀、铬和钴的浓度55,58,59。非生物研究已经显示，诸如钴、铬、镉、铅、铀和镭的金属很快被这些铁矿物吸附55,58,60-62，且这些金属中一些具有较低离子半径(如Co2+、Cd2+)的金属在Fe(III)氧化物结构随着时间而结晶时引入到其中。这些金属变得紧密结合到Fe(III)氧化物晶体58中，由此永久固化。我们早先的研究证实，诸如钴、镉和铀的金属也很快被通过硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌的活动所产生的源自生物的铁水合氧化物吸附(图2)。在这些研究中，微生物产生随着时间很快结晶的混合价Fe(II)-Fe(III)矿物55。在U(VI)的情形中，其优先结合(>80％)至大多数结晶相并形成稳定的不溶性双配位基和三配位基内球复合体55。这样，这些通常可溶的金属变得紧密结合到最稳定的铁矿物形式中并永久固化。
实施例3：Fe(II)氧化生物地球化学
在等于或高于近中性(～pH7)的pH值下，环境铁主要以二价铁[Fe(II)]或三价铁[Fe(III)]氧化态作为不溶固相矿物存在4。铁的溶解性随着pH值下降而增加5，且在低于pH4.0时，Fe(II)主要作为水性物质存在，即使在氧的存在下也如此。Fe氧化微生物在酸性环境中的生物地球化学作用已经较好地确立63。类似地，在近中性pH下，微生物Fe氧化还原循环可以显著影响水成土壤和沉积物的地球化学，引起地质学显著的矿物的形成、矿物风化和多种阴离子和阳离子的固化4,35,55。这样，现在认识到Fe(II)和Fe(III)价态间的微生物氧化还原转变在全球的土壤和沉积生物地球化学中起着重要作用。
尽管Fe(II)的需氧微生物氧化已被认识几十年，但1993年识别的厌氧Fe(II)生物氧化使铁氧化还原循环中缺失的空缺闭合2,9,10。此外，已经证实，厌氧Fe(II)氧化微生物普遍存在于许多不同环境中并且已被识别65。除了其在近代环境中的重要性，已提出，在富Fe(II)的前寒武纪环境中O2可得之前，厌氧微生物Fe(II)氧化已经进化成地球上早期的呼吸代谢，促成铁氧化物矿物包括磁赤铁矿和磁铁矿的沉淀9,35,66,67。多项研究已经表明，Fe(II)通常通过这些微生物的活动被氧化成作为不溶性无定形Fe(III)氧化物的沉淀36,68,69，其容易老化形成更多的结晶物质35,36,55,68,69。无定形Fe(III)氧化物[Fe2O3.H2O(am)]或水铁矿通常被用于研究痕量金属的吸附，因为其是均匀材料且具有公知的容易再生的表面特性58。其还代表现有环境中的金属氧化物，并且是结晶Fe(III)氧化物例如针铁矿和赤铁矿的许多天然形式的前体70-72。诸如铅和镭的金属很快被这种铁形式吸附55,58,60,61。我们早先的研究已经显示，重金属和放射性核素很快被通过Fe(II)氧化菌的活动而产生的源自生物的铁水合氧化物吸附并固化55。
实施例4：厌氧Fe(II)氧化微生物
1993年发现的光能自养的厌氧Fe(II)氧化是对缺氧环境中微生物介导的Fe(II)氧化的首次证实9。参与该过程的Fe(II)氧化微生物氧化可溶Fe(II)，利用光能将CO2固定到生物质中。尽管细菌域中的光养性Fe(II)氧化微生物在系统发生上是多样化的，包括Chlorobiumferrooxidans、Rhodovulum robiginosum、万尼氏红微菌(Rhodomicrobiumvannielii)、Thiodiction sp.、沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonaspalustris)和小红卵菌(Rhodovulum sp.)，其代谢在天然陆地环境中的重要性受光线对土壤和沉积物最大渗透200mm的深度所限73。此外，近来的研究已经表明，光养性Fe(II)氧化微生物不能促进Fe(II)矿物溶解，且受矿物溶解性所限74。因此，这种微生物过程对Fe氧化还原循环、矿物风化的影响在陆地和沉积环境中可能具有轻微作用。
相比之下，化能无机营养性厌氧Fe(II)氧化并不局限于暴露至光线的环境。在近中性pH下，已在各种淡水和盐水环境体系包括水稻土、池塘、溪流、沟渠、咸水泻湖、湖泊、湿地、含水层、热液和深海沉积物中证实不依赖光的微生物介导的与硝酸盐还原偶联的可溶和不溶Fe(II)的氧化10,35,53,54,56,57,66,75-79。这些环境体系供养1x103～5x108细胞/g沉积物量级的大量硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化微生物群体65。使用地下沉积物和地下水样本的最大或然数(MPN)枚举研究反映出范围为0～2.4×103细胞.cm3的相似种群大小的厌氧硝酸盐依赖性Fe(II)氧化有机体(图3)。
通过将来自各个沉积物岩芯间隔的1g沉积物一式三份地连续稀释至9ml缺氧(80:20N2:CO2顶空)、碳酸氢盐缓冲的(pH6.8)淡水基础培养基中并纳入5mM硝酸盐和0.1mM乙酸盐分别作为电子受体和额外碳源来进行MPN枚举研究。从缺氧(100％N2氛)、过滤灭菌的(0.22μm无菌尼龙滤膜)储备溶液(1M)添加氯化亚铁作为电子供体，以达到10mM的终浓度。在添加1g沉积物之后，向沉积物浆液中添加焦磷酸钠(终浓度，0.1％)，在室温下将其轻轻振摇1h。然后在如前所述制备的基础培养基中连续稀释沉积物浆液。在30℃于暗处孵育8周后，通过是否存在褐红色或褐绿色沉淀物来识别对铁氧化呈阳性的管。使用最大或然数计算器版本4.05(Albert J.Klee,RiskReduction Engineering Laboratory,U.S.Environmental Protection Agency,Cincinnati,Ohio,1996；在EPA网址可得的免费软件)来枚举硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化微生物群体并计算置信界限。
还已证实厌氧Fe(II)氧化微生物在Fe(OH3)/Fe(II)和硝酸盐还原氧化还原对(NO3 -/1/2N2，NO3 -/NO2 -，NO3 -/NH4 +)10,57,66,68以及高氯酸盐(ClO4 -/Cl-)和氯酸盐(ClO3 -/Cl-)68之间开拓有利的热力学。通常，亚硝酸盐(NO2 -)和氮气(N2)被视为仅有的硝酸盐还原终产物10,35,66。然而，可能并不总是这样，因为近来已证实由模型Fe(III)还原有机体金属还原地杆菌(Geobacter metallireducens)进行的硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化导致铵的产生56。
如图4所示，硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化微生物在系统发生上是多样化的，并且在古生菌和细菌中均有代表者。为构建图4所示的系统发生树，将可用质量的16s rRNA基因序列与MUSCLE(Edgar,2004)比对，并使用MrBayes3.2(Ronquist and Huelsenbeck,2003)计算系统发生。图4中的比例尺表示0.2变化/位置。
这些分离株在系统发生上也是多样化的并且反映了嗜冷经嗜温至极端嗜热的一系列最佳热生长条件65。这些有机体的普遍性和多样性表明硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化是全球范围的重要代谢。
尽管已经描述数种在环境上普遍不在且在系统发生上多样化的嗜温菌能够进行硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化65，但在大多数情况下，在近中性pH下在没有额外的电子供体或有机碳作为能源的情况下，显示生长与该代谢不相关，或者未证实有生长10,35,68,79。为了识别其他已知的能够通过该代谢生长的嗜温菌，我们已研发出简易的平板覆盖技术来富集和分离Fe(II)氧化有机体。在该技术中，将样本划线至R2A琼脂板(Difco catalog no.218263)上，其为未限定的低营养培养基，且用绝氧手套袋(95:5N2:H2氛)中的10mM硝酸盐加以改变。将平板在30℃下在绝氧罐中孵育120h以形成异养菌落。在菌落形成之后，将Fe(II)覆盖层(5ml含2mM FeCl2的R2A琼脂)倾倒至各个平板上，并在缺氧氛下进行孵育。选择表现出Fe(II)氧化的菌落(通过在菌落上或菌落周围形成褐红色Fe(III)氧化物沉淀物而识别)并将其转移至含10mM硝酸盐、10mM Fe(II)和0.1mM乙酸盐的碳酸氢盐缓冲的缺氧淡水基础培养基中。在30℃下于暗处孵育1周后，将阳性培养物转移至含10mM Fe(II)和5mM硝酸盐且以CO2作为唯一碳源的碳酸氢盐缓冲的新鲜缺氧淡水基础培养基中。
使用该平板覆盖技术，我们分离出两株新的细菌Diaphorobacter sp.菌株TPSY和Pseudogulbenkiania sp.菌株2002。
Diaphorobacter sp.TPSY菌株是变形菌门β亚纲的成员，与丛毛单孢菌科(Comamonadaceae)中的Diaphorobacter nitroreducens紧密相关。而且，Diaphorobacter sp.TPSY菌株代表来自该菌科的第一例厌氧Fe(II)氧化菌。显示该有机体以Fe(II)作为电子供体、乙酸盐(0.1mM)作为碳源且硝酸盐作为唯一电子受体以兼养方式生长(图5)。
Pseudogulbenkiania sp.菌株2002是变形菌门β亚纲中近来描述的Pseudogulbenkiania菌属成员80。其最接近的完全表征的近亲是紫色色杆菌(Chromobacterium violaceum)，一种已知的产HCN的病原菌。与紫色色杆菌相比，Pseudogulbenkiania菌株2002是非发酵性的且不产生游离氰化物(CN-)或指示紫色杆菌素产生的紫色/紫罗兰色色素，其是色杆菌菌种的特征。尽管在测试时，紫色色杆菌能够与不完全硝酸盐还原(硝酸盐还原成亚硝酸盐)偶联地氧化Fe(II)，但不能通过该代谢作用生长57。
相比之下，显示Pseudogulbenkiania菌株2002容易通过硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化作用而生长(图6)。此外，除了能以乙酸盐作为碳源基于Fe(II)以兼养方式生长，Pseudogulbenkiania菌株2002还能以CO2作为唯一碳源基于Fe(II)以无机自养型(lithoautotrophic)方式生长(图6)57。
通过离心(6,000g，10min)收集基于乙酸盐(10mM)和硝酸盐(10mM)以厌氧方式生长的Pseudogulbenkiania菌株2002的细胞，用绝氧(100％N2氛)PIPES[哌嗪-N,N’-双(2-乙磺酸)]缓冲液(10mM,pH7.0)洗涤两次，并重悬以用作为非生长实验的接种物。使用在营养肉汤、葡萄糖(10mM)和硝酸盐(5mM)上厌氧生长的细胞(100％N2氛)制备紫色色杆菌的洗涤细胞悬浮液。
将制得的洗涤细胞悬浮液(菌株2002或紫色色杆菌)添加至以Fe(II)(10mM)作为唯一电子供体并以硝酸盐(4mM或2.5mM)或亚硝酸盐(2.5mM)作为电子受体加以改变的绝氧PIPES(10mM,pH7.0)缓冲液中。通过在热水浴中对接种物进行巴氏灭菌(80℃，10min)来制备热杀灭的对照。所有细胞悬浮液孵育在暗处在30℃下进行，并收集样本以监测Fe(II)、硝酸盐和亚硝酸盐的浓度。
在有或没有以0.1mM乙酸盐加以改变的含10mM Fe(II)和2.2mM硝酸盐的淡水基础培养基中对Pseudogulbenkiania菌株2002在硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化条件下的生长进行检验。含2.2mM硝酸盐且没有Fe(II)源的淡水基础培养基用作为阴性对照。菌株2002接种物在对于硝酸盐(10mM)和乙酸盐(6.25mM)化学计量平衡的培养基中在异养硝酸盐还原性条件下生长，以便消除还原当量[Fe(II)]向阴性对照中的转移。
通过接种含1mM Fe(II)-氨三乙酸(NTA)和0.25mM硝酸盐且有或没有碳源改变(1.0mM HCO3-或0.5mM乙酸盐)的无CO2(100％N2氛)的PIPES缓冲的(20mM，pH7.0)绝氧培养基，来确定Pseudogulbenkiania菌株2002在硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化条件下生长所需的碳化合物。如上所述，菌株2002在绝氧的PIPES缓冲的培养基中生长。对接种物的顶空以100％N2无菌喷射15min，以在临实验开始之前消除CO2。
通过用H14CO3 -(终浓度，1μmol)改变硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化生长培养基(PIPES缓冲的基础淡水培养基，5mM FeCl2，2mM硝酸盐，1mM碳酸氢盐；100％He氛)，来检验Pseudogulbenkiania菌株2002将CO2同化成生物质的能力。深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)在缺氧氛围(50:50He:H2氛)下光能无机自养地生长，用作为阳性对照培养物。在暗处静态孵育一式三份的培养物60h。通过离心(6,000g，10min)将子样本(5ml)浓缩至0.5ml的终体积。通过在珠磨器(Mini-Bead-Beater-8；Biospec Products,Bartlesville,OK)中用0.1-mm硅石珠(Lysing Matrix B,Qbiogene product no.6911-100)进行三个30秒脉冲，从浓缩样本中制备细胞提取物。在各个脉冲之后，将裂解物在冰浴中冷却1min。然后将样本离心(10,000g,10min)，以去除不溶细胞碎片，并取出可溶细胞提取物以确定蛋白浓度和14C标记的内容物。
将Fe(II)氧化培养物顶空中的N2替换成He并未提高细胞收率。将相对于每转移电子的细胞收率变化标准化，表明自养型生长(1.45×10-11细胞mL-1/转移电子)的细胞收率是兼养型(以0.25mM乙酸盐作为碳源进行的Fe(II)氧化)生长(2.3×10-11细胞mL-1/转移电子)的约63％57。迄今为止，仅在一例其他有机体——极端嗜热的古细菌Ferroglobusplacidus中证实了硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化条件下的自养型生长66。这样，Pseudogulbenkiania菌株2002是在纯培养中描述的第一例淡水嗜温性自养型硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌。
在严格厌氧条件下，以硝酸盐作为电子受体，A.suillum容易氧化FeCl2形式的(10mM)Fe(II)(图7)。以10mM乙酸盐作为辅底物，多于70％的所添加的铁在7天内被氧化。在没有细胞或如果硝酸盐被省略的情况下，没有Fe(II)被氧化(数据未示出)。Fe(II)氧化在乙酸盐被完全矿化成CO2之后开始，且生长与该代谢作用不相关。在整个孵育过程中，Fe(II)氧化伴随硝酸盐还原进行，且4.2mM Fe(II)的氧化导致0.8mM硝酸盐被还原，其根据等式是与Fe(II)氧化偶联的硝酸盐还原的理论化学计量的95％。
尽管A.suillum在以硝酸盐作为电子受体且以Fe(II)作为唯一电子供体的缺氧生长培养中容易氧化Fe(II)，但在整个孵育过程中未观察到细胞密度增加，表明有机体没有通过该代谢作用生长35,36。当添加乙酸盐作为额外碳源和能源时，细胞密度伴随乙酸盐氧化而增加。乙酸盐被耗尽后出现Fe(II)氧化，且培养物达到稳定期(图7)。在整个孵育过程中，硝酸盐还原伴随Fe(II)氧化(图7)，且4.2mM Fe(II)的氧化导致0.8mM硝酸盐被还原，其根据式(I)是与Fe(II)氧化偶联的硝酸盐还原的理论化学计量的95％：
10Fe2++12H++2NO3 -→10Fe3++N2+6H2O
尽管认为高氯酸盐和氯酸盐不是天然丰富的化合物，但不能低估其用作为环境体系中的电子受体的潜力81。此外，鉴于近来关于火星的发现，最近的证据表明天然高氯酸盐可能比最初认定的要普遍的多。而且，将高氯酸盐排放到天然水体中已经在整个美国引起广泛的人源污染81。鉴于高氯酸盐还原菌的普遍性81和这些微生物的能力，特别是环境上占优势的固氮螺菌和脱氯单胞菌82，为氧化Fe(II)，厌氧(高)氯酸盐依赖性的Fe(II)氧化可能影响环境中暴露至污染水体的铁生物地球化学循环。
实施例5：微生物固相Fe(II)氧化
与光养性Fe(II)氧化微生物所进行的反应相反，已知固相Fe(II)，包括表面结合的Fe(II)54,56，结晶Fe(II)矿物(菱铁矿、磁铁矿、黄铁矿、砷黄铁矿和铬铁矿)35,54以及岛硅酸岩(铁铝榴石和十字石)35和页硅酸盐(绿脱石)79中的结构Fe(II)，进行直接的硝酸盐依赖性微生物氧化。我们之前已经证实，A.suillum的洗涤绝氧全细胞悬浮液快速氧化各种天然铁矿物包括硅质(silicaceous)矿物铁铝榴石和十字石中的Fe(II)内容物35(表1)。
这些矿物的Fe(II)氧化速度和程度均不相同，据信是归因于矿物基质中Fe(II)的生物利用度的差异。在非生物对照中或在没有合适的电子受体的情况下没有观察到Fe(II)氧化。
表1：与硝酸盐还原偶联的由A.suillum的缺氧洗涤全细胞悬浮液进行的存在在不同天然铁矿物中的Fe(II)微生物氧化
尽管已知硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化微生物在结构上引入至硅酸盐矿物中的Fe(II)的氧化中起作用，并且有助于Fe(II)矿物溶解，但还需要额外研究以完全理解所形成的矿物结构和剩余物质的稳定性。缺氧环境中的固相Fe(II)的氧化转换对缺氧土壤和沉积物中的岩石风化和Fe(III)氧化物矿物沉淀提供另外的机制，产生新的反应性表面。迄今为止，少量的水性Fe(II)和无定形固相Fe(II)的生物氧化产物已被表征。多种源自生物的Fe(III)氧化物矿物(包括二线水铁矿36,75、针铁矿56、纤铁矿和赤铁矿35)以及混合相Fe(II)-Fe(III)矿物(磁铁矿、磁赤铁矿和绿锈35)被识别为氧化产物。由于磁铁矿和赤铁矿的生物形成，表明硝酸盐依赖性Fe(II)氧化在前寒武纪地球中带状铁形成的起源中有直接作用35,66。
实施例6：硝酸盐依赖性Fe(II)氧化的生物化学和遗传学
对于近中性pH下的厌氧硝酸盐依赖性Fe(II)氧化的生物化学或遗传学调节知之较少。可能的Fe(III)/Fe(II)氧化还原对的还原电势范围为-0.314V至+0.014V，表明电子可以容易地提供给电子传递链中带更多正电的b、c或a型细胞色素组分。为支持该结论，使用已知的Fe(II)氧化微生物(Dechloromonas aromatica菌株RCB，D.agitata菌株CKB，A.suillum菌株PS，Diaphorobacter菌株TPSY和Pseudogulbenkiania菌株2002)进行示差光谱研究，证实在Fe(II)氧化条件下c型细胞色素参与电子分别向氯酸盐或硝酸盐的传递35,68(图8)。c型细胞色素是参与许多有机体的呼吸电子传递链中的电子传递的常见氧化还原活性成分。这些化合物在氧化态和还原态下不同地吸收光。从还原的c型细胞色素的吸收光谱中减去氧化的c型细胞色素的吸收光谱，得到425、525和552nm处的特征吸收最大值。类似地可以对已暴露至O2(氧化)或经H2脱气(还原)的全细胞进行示差光谱。在厌氧条件下，在生理学电子受体例如高氯酸盐的存在下对洗涤全细胞的H2还原的c型细胞色素的再氧化可以诊断这些细胞色素在将电子传递至该电子受体中的作用。
经证实的一些Fe(II)氧化微生物利用CO2作为唯一碳源的能力需要CO2固定通路。在基于CO2生长的古细菌Ferroglobus placidus的情形中，还原性乙酰辅酶A通路被表达，表明其参与碳同化83。有趣的是，我们在Dechloromonas aromatica的完成基因组序列中识别出与还原性磷酸戊糖循环相关的基因，RuBisCo57。然而，未能证实与Fe(II)氧化相关的自养型生长，且这些基因表达的条件也未确定。相比之下，使用Pseudogulbenkiania菌株2002基因组DNA的RuBisCo简并引物进行PCR扩增并不产生PCR产物57。
实施例7：Fe(II)氧化终产物
使用Pseudogulbenkiania菌株2002和Diaphorobacter菌株TPSY进行的实验反映出，这些有机体在非生长硝酸盐还原条件下产生相同的无定形Fe(III)羟基氧化物特有的红黄色沉淀物。
然而，非直观而言，这些有机体在相同条件下在相同培养基中兼养生长显示为产生两种显著不同的铁终产物(图9)。为确定铁终产物，在厌氧基础培养基中以硝酸盐作为唯一电子受体且以Fe(II)(添加为FeCl2)和乙酸盐作为组合的电子供体培养有机体。在这些条件下，两种培养物均显示为最初产生蓝绿色的混合价Fe(II)-Fe(III)羟基盐(绿锈II)和带PO4 3-的Fe(II)相(例如蓝铁矿[Fe3(PO4)2.8H2O])。然而，在Diaphorobacter sp.菌株TPSY的情形中，这些初始的蓝绿色产物逐渐转化成褐红色沉淀物(图9B)。据信生长培养研究中的蓝铁矿沉淀是因为在用于生长培养的淡水基础培养基中存在5mM NaH2PO4。
如先前的X射线粉末衍射(XPRD)研究所显示的，源自生物的绿锈的三维层间阴离子可以是SO4 2-或PO4 3-。然而，X射线荧光光谱(XRF)分析(图10)、化学计量计算和新的穆斯堡尔数据表明，PO4 3-可能是层间阴离子。Fe(II)和Fe(II)-Fe(III)相的组合似乎是Pseudogulbenkiania菌株2002生长培养的热力学稳定的终产物，因为数月的老化在沉淀物上并未表现出变化。如早先所报道的84-87，由Pseudogulbenkiania菌株2002进行的Fe(II)氧化的终产物为何不与NO2 -/NO3 -还原偶联经由GRII相的非生物氧化转化成更结晶化的Fe(III)氢氧化物，仍然有待明确。鉴于以下事实尤其如此，即Pseudogulbenkiania菌株2002在异养和兼养生长过程中在厌氧硝酸盐还原条件下短暂产生高度反应性的亚硝酸盐57,88，这应当使得GRII相能够随着时间非生物转化成更结晶化的Fe(III)羟基氧化物。
实施例8：Fe(II)氧化活性的细胞定位
我们的结果已表明，与Diaphorobacter sp.菌株TPSY成对比，无论是否存在过量的硝酸盐或乙酸盐，Pseudogulbenkiania菌株2002的生长培养物不完全地氧化培养基中的Fe(II)内容物。氧化程度取决于初始的Fe(II)浓度和存在的细胞总数。此外，对Fe(II)氧化过程中的Pseudogulbenkiania菌株2002的透射电子显微镜(TEM)分析表明，在细胞周质中沉积有可溶Fe(II)氧化的源自生物的针状终产物(图11)。
为确定Fe(II)氧化终产物细胞沉积，细胞在以硝酸盐作为唯一电子受体的基础碳酸氢盐培养基中生长。培养基以不同量的FeCl2(1～13mM)形式的Fe(II)改变，并对其接种Pseudogulbenkiania菌株2002的活性培养物。在各个处理下通过亚铁嗪(ferrozine)检定暂时监测Fe(II)氧化直至完成，并就Fe(II)氧化程度相对于初始Fe(II)浓度制图。
这些结果表明，Pseudogulbenkiania菌株2002产生的源自生物的矿物通过周质空间中的沉淀而装入有机体中并抑制进一步的活性。这与我们在使用其他将培养基中的Fe(II)内容物完全氧化的Fe(II)氧化有机体例如PS或TPSY菌株而进行的类似研究中的发现相反。
如Coby和Picardal89所建议的，吸附到细胞和矿物表面上的Fe(II)(用作为催化剂)引起的NO2 -和NO3 -非生物还原也可以导致细胞表面上Fe(III)(氢)氧化物矿物的进一步产生，并且可能对可溶电子受体输送到细胞中有额外的抑制作用。这可能还影响Fe(II)的氧化程度，并有助于解释使用Pseudogulbenkiania菌株2002时所观察到的有限程度的Fe(II)氧化。这些研究表明，该有机体并未在进化上适应于利用这些研究中使用的大量可溶Fe2+，而是可能适应于以更加受控的速率利用不溶矿物相Fe(II)。此外，据信这些观察结果表明，Pseudogulbenkiania菌株2002和Diaphorobacter sp.菌株TPSY对于输出其代谢作用的氧化终产物在所采用的机制上存在不同。
参考文献
1Lack,J.G.et al.Immobilization of radionuclides and heavy metals throughanaerobic bio-oxidation of Fe(II).Appl.Environ.Microbiol.68,2704-2710(2002).
2Weber,K.A.,Achenbach,L.A.&Coates,J.D.Microorganisms pumpingiron:anaerobic microbial iron oxidation and reduction.Nat Rev Micro4,752-764(2006).
3Stumm,W.&Sulzberger,B.The cycling of iron in natural environments-considerations based on laboratory studies of heterogeneous redox processes.Geochim.Cosmochim.Acta56,3233-3257(1992).
4Cornell,R.M.&Schwertmann,U.The iron oxides:Structure,properties,reactions,occurrences and uses.2edn,(WILEY-VCH,2003).
5Stumm,W.&Morgan,J.J.Aquatic Chemistry:Chemical Equilibria andRates in Natural Waters.3rd edn,(John Wiley&Sons,1996).
6Lovley,D.R.Dissimalatory Metal Reduction.Annu.Rev.Microbiol.47,263-290(1993).
7Nealson,K.H.&Saffarini,D.Iron and Manganese in AnaerobicRespiration:Environmental Significance,Physiology,and Regulation.Annu.Rev.Microbiol.48,311-348(1994).
8Lovley,D.R.,Holmes,D.E.&Nevin,K.P.Dissimilatory Fe(III)andMn(IV)Reduction.Advances in Microbial Physiology49,219-286(2004).
9Widdel,F.et al.Ferrous iron oxidation by anoxygenic phototrophic bacteria.Nature362,834-836(1993).
10Straub,K.L.,Benz,M.,Schink,B.&Widdel,F.Anaerobic,nitrate-dependent microbial oxidation of ferrous iron.Appl.Environ.Microbiol.62,1458-1460(1996).
11Thamdrup,B.in Adv.Micro.Ecol.Vol.16(ed Schink B.)41–84(KluwerAcademic/Plenum Publishers,2000).
12Davison,W.&Seed,G.The kinetics of the oxidation of ferrous iron insynthetic and natural waters.Geochim.Cosmochim Acta47,67–79(1983).
13Einsele,W.Versuch einer Theorie der Dynamik der Mangan undEisenschichtung in eutrophen See.Naturwissenschaften28,257-264,280-285(1940).
14Postma,D.Concentration of Mn and Separation from Fe in Sediments--I.Kinetics and Stoichiometry of the Reaction Between Birnessite and Dissolved Fe(II)at10C.Geochim.Cosmochim.Acta49,1023-1033(1985).
15Sorensen,J.&Thorling,L.Stimulation by Lepidocrocite(γ-FeOOH)ofFe(II)-dependent nitrite reduction.Geochimica et Cosmochimica Acta55,1289-1294(1991).
16Buresh,R.J.&Moraghan,J.T.Chemical Reduction of Nitrate by FerrousIron.J Environ Qual5,320-325(1976).
17Hansen,H.C.B.,Koch,C.B.,Nancke-Krogh,H.,Borggaard,O.K.&Srensen,J.Abiotic Nitrate Reduction to Ammonium:Key Role of Green Rust.Environmental Science and Technology30,2053-2056(1996).
18Ottley,C.J.,Davison,W.&Edmunds,W.M.Chemical catalysis of nitratereduction by iron(II).Geochimica et Cosmochimica Acta61,1819-1828(1997).
19Petersen,H.J.S.Reduction of Nitrate by Iron(II).Acta Chem Scand A33,795-796(1979).
20Van Hecke,K.,Van Cleemput,O.&Baert,L.Chemo-denitrification ofNitrate-Polluted Water.Environmental Pollution63,261-274(1990).
21Postma,D.Kinetics of Nitrate Reduction by Detrital Fe(II)-silicates.Geochimica et Cosmochimica Acta54,903-908(1990).
22Kluber,H.D.&Conrad,R.Effects of Nitrate,Nitrite,NO and N2O onMethanogenesis and Other redox Processes in Anoxic Rice Field Soil.FEMS MicrobiolEcol25,301-318(1998).
23Weber,K.A.,Picardal,F.W.&Roden,E.E.Microbially CatalyzedNitrate-Dependent Oxidation of Biogenic Solid-Phase Fe(II)Compounds.Environmental Science and Technology35,1644-1650(2001).
24Emerson,D.&Weiss,J.V.Bacterial iron oxidation in circumneutralfreshwater habitats:Findings from the field and the laboratory.Geomicrobiology J.21,405-414(2004).
25Roden,E.E.,Sobolev,D.,Glazer,B.&Luther,G.W.Potential forMicroscale Bacterial Fe Redox Cycling at the Aerobic-Anaerobic Interface.Geomicrobiology Journal21,379-391(2004).
26Emerson,D.&Moyer,C.L.Isolation and characterization of noveliron-oxidizing bacteria that grow at circumneutral pH.Applied and EnvironmentalMicrobiology63,4784-4792(1997).
27Edwards,K.J.,Rogers,D.R.,Wirsen,C.O.&McCollom,T.M.Isolationand Characterization of Novel Psychrophilic,Neutrophilic,Fe-Oxidizing,Chemolithoautotrohicα-andγ-Proteobacteria from the Deep Sea.Appl EnvironMicrobiol69,2906-2913(2003).
28Sobolev,D.&Roden,E.E.Characterization of a Neutrophilic,Chemolithoautotrophic Fe(II)-Oxidizing？β-Proteobacterium from Freshwater WetlandSediments.Geomicrobiology Journal21,1-10(2004).
29Sobolev,D.&Roden,E.E.Evidence for rapid microscale bacterial redoxcycling of iron in circumneutral environments.Anton van Leeuw81,587-597(2002).
30Ehrenberg,C.G.Vorlaufige mitteilungen uber das wirkliche vokommenfossiler infusorien und ihre grosse vergreitung.Ann.Phys.Chem.38(1836).
31Winogradsky,S.Eisenbakterien als anorgoxydanten.Zentralblatt furBakteriologie57,1-21(1922).
32Bruce,R.A.,Achenback,L.A.&Coates,J.D.Reduction of(per)chlorateby a novel organism isolated from paper mill waste.Environ Microbiol1,319-329(1999).
33Jiao,Y.Y.Q.,Kappler,A.,Croal,L.R.&Newman,D.K.Isolation andcharacterization of a genetically tractable photo autotrophic Fe(II)-oxidizing bacterium,Rhodopseudomonas palustris strain TIE-1.Appl.Envir.Microbiol.71,4487-4496(2005).
34Weber,K.A.,Achenbach,L.A.&Coates,J.D.Microbes Pumping Iron:Anaerobic Microbial Iron Oxidation and Reduction.Nature Microbiology Reviews(2006).
35Chaudhuri,S.K.,Lack,J.G.&Coates,J.D.Biogenic magnetite formationthrough anaerobic biooxidation of Fe(II).Appl.Environ.Microbiol.67,2844-2848(2001).
36Lack,J.G.,Chaudhuri,S.K.,Chakraborty,R.,Achenbach,L.A.&Coates,J.D.Anaerobic biooxidation of Fe(II)by Dechlorosoma suillum.Microb Ecol43,424-431(2002).
37Senko,J.M.,Dewers,T.A.&Krumholz,L.R.Effect of oxidation rate andFe(II)state on microbial nitrate-dependent Fe(III)mineral formation.Appl.Environ.Microbiol.71,7172-7177(2005).
38Sheloblina,E.S.,VanPraagy,C.G.&Lovley,D.R.Use of Ferric andFerrous Iron Containing Minerals for Respiration by Desulfitobacterium frappieri.Geomicrobiology Journal20,143–156(2003).
39Shelobolina,E.,Pickering,S.&Lovely,D.Fe-CYCLE bacteria fromindustrial clays mined in Georgia,USA.CLAYS AND CLAY MINERALS53,580-586(2005).
40Senn,D.B.&Hemond,H.F.Nitrate controls on iron and arsenic in anurban lake.Science296,2373-2376(2002).
41Straub,K.L.,Schonhuber,W.,Buchholz-Cleven,B.&Schink,B.Diversityof Ferrous Iron-Oxidizing,Nitrate-Reducing Bacteria and their Involvement inOxygen-Independent Iron Cycling.Geomicrobiol.J.21,371-378(2004).
42Weber,K.A.,Urrutia,M.M.,Churchill,P.F.,Kukkadapu,R.K.&Roden,E.E.Anaerobic Redox Cycling of Iron by Freshwater Sediment Microorganisms.Environ Microbiol8,100-113(2006).
43Lack,J.G.et al.Immobilization of Radionuclides and Heavy Metalsthrough Anaerobic Bio-Oxidation of Fe(II).Appl Environ Microbiol68,2704-2710(2002).
44Armstrong,W.Oxygen diffusion from the roots of some British bog plants.Nature204,801-802(1964).
45Mendelssohn,I.A.,Kleiss,B.A.&Wakeley,J.S.Factors controlling theformation of oxidized root channels-a review.Wetlands15,37-46(1995).
46Kostka,J.E.,Roychoudhury,A.&Van Cappellen,P.Rates and controls ofanaerobic microbial respiration across spatial and temporal gradients in saltmarshsediments.Biogeochemistry60,49-76(2002).
47Colmer,T.D.Long-distance transport of gases in plants:a perspective oninternal aeration and radial oxygen loss from roots.Plant Cell Environ.26,17-36(2003).
48Ferro,I.,Van Nugteren,P.,Middelburg,J.J.,Herman,P.M.J.&Heip,C.H.R.Effect of macrofauna,oxygen exchange and particle reworking on iron andmanganese sediment biogeochemistry:A laboratory experiment.Vie Miliue53,211-220(2003).
49Furukawa,Y.,Smith,A.C.,Kostka,J.E.,Watkins,J.&Alexander,C.R.Quantification of macrobenthic effects on diagenesis using a multicomponent inversemodel in salt marsh sediments.Limnol.Oceanogr.49,2058-2072(2004).
50Ghiorse,W.C.Biology of iron-depositing and manganese-depositingbacteria.Ann.Rev.Microbiol.38,515-550(1984).
51Sobolev,D.&Roden,E.E.Suboxic deposition if ferric iron by bacteria inopposing gradients of Fe(II)and oxygen at circumneutral pH.Appl.Environ.Microbiol.,1328-1334(2001).
52Neubauer,S.C.,Emerson,D.&Megonigal,J.P.Life at the energetic edge:Kinetics of circumneutral iron oxidation by lithotrophic iron-oxidizing bacteria isolatedfrom the wetland-plant rhizosphere.Appl.Environ.Microbiol.68,3988-3995(2002).
53Edwards,K.J.,Rogers,D.R.,Wirsen,C.O.&McCollom,T.M.Isolationand characterization of novel psychrophilic,neutrophilic,Fe-oxidizing,chemolithoautotrohicα-andγ-Proteobacteria from the deep sea.Appl.Environ.Microbiol.69,2906-2913(2003).
54Weber,K.A.,Picardal,F.W.&Roden,E.E.Microbially catalyzednitrate-dependent oxidation of biogenic solid-phase Fe(II)compounds.Environ.Sci.Technol.35,1644-1650(2001).
55Lack,J.G.Immobilization of radionuclides and heavy metals throughanaerobic biooxidation of Fe(II).Appl.Environ.Microbiol.68,2704-2710(2002).
56Weber,K.A.,Urrutia,M.M.,Churchill,P.F.,Kukkadapu,R.K.&Roden,E.E.Anaerobic redox cycling of iron by freshwater sediment microorganisms.Environ.Microbiol.8,100-113(2006).
57Weber,K.A.et al.Anaerobic nitrate-dependent iron(II)bio-oxidation by anovel,lithoautotrophic,Betaproteobacterium,Strain2002.Appl.Environ.Microbiol.72,686-694(2006).
58Ainsworth,C.,Pilon,J.,Gassman,P.&Van der Sluys,W.Cobalt,cadmium,and lead sorption to hydrous iron oxide:residence time effect.Soil Sci Soc Am J58,1615-1623(1994).
59Hansel,C.M.,La Force,M.J.,Fendorf,S.&S.,S.Spatial and temporalassociation of As and Fe species on aquatic plant roots.Environ Sci Technol.36,1988-1994.(2002).
60Ames,L.,McGarrah,J.,Walker,B.&Salter,P.Uranium and radiumsorption on amorphous ferric oxyhydroxide.Chemical Geology40,135-148(1983).
61Salomons,W.&Forstner,U.Metals in the Hydrocycle.(Springer-Verlag,1984).
62Charlet,L.&Manceau,A.X-ray Absorption Spectroscopic Study of theSorption of Cr(III)at the Oxide-Water Interface.Journal of colloid and InterfaceScience148,443-457(1992).
63Baker,B.J.&Banfield,J.F.Microbial communities in acid mine drainage.FEMS Microbiol.Ecol.44,139-152(2003).
64Straub,K.L.,Schonhuber,W.,Buchholz-Cleven,B.&Schink,B.Diversityof ferrous iron-oxidizing,nitrate-reducing bacteria and their involvement inoxygen-independent iron cycling.Geomicrobiol.J.21,371-378(2004).
65Weber,K.A.,Achenbach,L.A.&Coates,J.D.Microbes Pumping Iron:Anaerobic Microbial Iron Oxidation and Reduction.Nature Rev.Microbiol.(2006).
66Hafenbradl,D.et al.Ferroglobus placidus gen.nov.,sp.nov.a novelhyperthermophilic archaeum that oxidizes Fe2+at neutral pH under anoxic conditions.Arch.Microbiol.166,308-314(1996).
67Jiao,Y.,Kappler,A.,Croal,L.R.&Newman,D.K.Isolation andcharacterization of a genetically tractable photoautotrophic Fe(II)-oxidizing bacterium,Rhodopseudomonas palustris strain TIE-1.Appl.Environ.Microbiol.71(2005).
68Bruce,R.A.,Achenbach,L.A.&Coates,J.D.Reduction of(per)chlorateby a novel organism isolated from a paper mill waste.Environ Microbiol1,319-331(1999).
69Coates,J.D.,Michaelidou,U.,O’Connor,S.M.,Bruce,R.A.&Achenbach,L.A.in Perchlorate in the Environment(ed E.D.Urbansky)257-270(KluwerAcademic/Plenum,2000).
70Cowan,C.E.,Zachara,J.M.&Resch,C.T.Cadmium adsorption on ironoxides in the presence of alkaline-earth elements.Environ Sci Technol25,437-446(1991).
71Schwertmann,U.&Taylor,R.M.in Minerals in the soil environment Vol.1(eds J.B.Dixon&S.B.Weed)379-438(Soil Science Society of America,1989).
72Zachara,J.M.,Girvin,R.L.,Schmidt,R.L.&Resch,C.T.Chromateadsorption on amorphous iron oxyhydroxide in the presence of major groundwater ions.Environ.Sci.Technol.21,589-594(1987).
73Ciania,A.,Gossa,K.-U.&Schwarzenbach,R.P.Light penetration in soiland particulate minerals.Eur.J.Soil Sci.0,doi:10.1111/j.1365-2389.2005.00688.x(2005).
74Kappler,A.&Newman,D.K.Formation of Fe(III)-minerals byFe(II)-oxidizing photoautotrophic bacteria.Geochim.Cosmochim.Acta68,1217–1226(2004).
75Straub,K.L.&Buchholz-Cleven,B.E.E.Enumeration and detection ofanaerobic ferrous iron-oxidizing,nitrate-reducing bacteria from diverse Europeansediments.Appl.Envir.Microbiol.64,4846-4856(1998).
76Kluber,H.D.&Conrad,R.Effects of nitrate,nitrite,NO and N2O onmethanogenesis and other redox processes in anoxic rice field soil.FEMS Microbiol.Ecol.25,301-318(1998).
77Ratering,S.&Schnell,S.Nitrate-dependent Iron(II)oxidation in paddy soil.Environ.Microbiol.3,100-109(2001).
78Finneran,K.T.,Housewright,M.E.&Lovley,D.R.Multiple influences ofnitrate on uranium solubility during bioremediation of uranium-contaminatedsubsurface sediments.Environ.Microbiol.4,510-516(2002).
79Shelobolina,E.S.,VanPraagy,C.G.&Lovley,D.R.Use of ferric andferrous iron containing mineralsfor respiration by Desulfitobacterium frappieri.Geomicrobiol.J.20,143–156(2003).
80Weber,K.A.et al.Physiological and taxonomic description of the novelautotrophic,metal oxidizing bacterium,Pseudogulbenkiania sp.strain2002.Appl.Microbiol Biotechnol.(in press)(2009).
81Coates,J.D.&Achenbach,L.A.Microbial perchlorate reduction:Rocket-fuelled metabolism.Nature Rev.Microbiol.2,569-580(2004).
82Coates,J.D.et al.The ubiquity and diversity of dissimilatory(per)chlorate-reducing bacteria.Applied and Environmental Microbiology65,5234-5241(1999).
83Vorholt,J.A.,Hafenbradl,D.,Stetter,K.O.&Thauer,R.K.Pathways ofautotrophic CO2fixation and dissimilatory nitrate reduction to N2O in Ferroglobusplacidus.Arch.Microbiol.167,19-23(1997).
84Hansen,H.C.B.,Koch,C.B.,NanckeKrogh,H.,Borggaard,O.K.&Sorensen,J.Abiotic nitrate reduction to ammonium:Key role of green rust.Jun30,2053-2056(1996).
85Hansen,H.C.B.&Koch,C.B.Reduction of nitrate to ammonium bysulphate green rust:activation energy and reaction mechanism.Mar33,87-101(1998).
86Hansen,H.C.B.,Guldberg,S.,Erbs,M.&Koch,C.B.Kinetics of nitratereduction by green rusts-effects of interlayer anion and Fe(II):Fe(III)ratio.Jan18,81-91(2001).
87Hansen,H.C.B.,Borggaard,O.K.&Sorensen,J.Evaluation of theFree-Energy of Formation of Fe(II)-Fe(III)Hydroxide-Sulfate(Green Rust)and ItsReduction of Nitrite.Geochimica Et Cosmochimica Acta58,2599-2608(1994).
88Prietzel,J.,Thieme,J.,Eusterhues,K.&Eichert,D.Iron speciation in soilsand soil aggregates by synchrotron-based X-ray microspectroscopy(XANES,mu-XANES).European Journal of Soil Science58,1027-1041(2007).
89Coby,A.J.&Picardal,F.W.Inhibition of NO3-and NO2-reduction by microbialFe(III)reduction:Evidence of a reaction between NO2-and cell surface-bound Fe2+.Applied and Environmental Microbiology71,5267-5274(2005).
Claims (31)
1.一种通过可逆地沉淀自生岩石矿物而提高油藏的采油率的方法，所述方法包括：
a)提供包括岩石基质和自生矿物沉淀细菌的油藏体系；
b)提供包括自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；以及
c)在所述诱导剂得以诱导所述细菌使自生矿物从所述溶液可逆地沉淀到所述岩石基质中的条件下使所述体系与所述组合物接触，其中所沉淀的自生矿物改变注水水文，从而提高采油率。
2.一种可逆地沉淀自生岩石矿物的方法，所述方法包括：
a)提供包括岩石基质和自生矿物沉淀细菌的体系；
b)提供包括自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；以及
c)在所述诱导剂得以诱导所述细菌使自生矿物从所述溶液可逆地沉淀到所述岩石基质中的条件下使所述体系与所述组合物接触。
3.一种通过可逆地沉淀自生岩石矿物而改变岩石水文的方法，所述方法包括：
a)提供包括岩石基质和自生矿物沉淀细菌的体系；
b)提供包括自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；以及
c)在所述诱导剂得以诱导所述细菌使自生矿物从所述溶液可逆地沉淀到所述岩石基质中的条件下使所述体系与所述组合物接触，其中所沉淀的自生矿物改变岩石水文。
4.一种通过可逆地沉淀自生岩石矿物而减少采油中注水水压的下降的方法，所述方法包括：
a)提供包括岩石基质、注水和自生矿物沉淀细菌的体系；
b)提供包括自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；以及
c)在所述诱导剂得以诱导所述细菌使自生矿物从所述溶液可逆地沉淀到所述岩石基质中的条件下使所述体系与所述组合物接触，其中所沉淀的自生矿物减少注水水压的下降。
5.如权利要求2～4中任一项所述的方法，其中所述体系是油藏。
6.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其中所述体系还包括地面污染物。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述地面污染物选自放射性污染、放射性废料、重金属、卤化溶剂、杀虫剂、除草剂和染料。
8.一种通过可逆地沉淀自生岩石矿物而形成屏障的方法，所述方法包括：
a)提供包括岩石基质、岩石基质材料和自生矿物沉淀细菌的体系；
b)提供包括自生矿物前体溶液和自生矿物沉淀诱导剂的组合物；以及
c)在所述诱导剂得以诱导所述细菌使自生矿物从所述溶液可逆地沉淀到所述岩石基质中的条件下使所述体系与所述组合物接触，其中所沉淀的自生矿物形成屏障，且其中所述屏障降低岩石材料经由所述岩石基质的流动。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述岩石材料包括CO2。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述岩石材料包括一种或多种污染物。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述一种或多种污染物选自放射性污染、放射性废料、重金属、卤化溶剂、杀虫剂、除草剂和染料。
12.如权利要求1～11中任一项所述的方法，其中在步骤a)之前，将所述自生矿物沉淀细菌添加至所述体系中。
13.如权利要求1～12中任一项所述的方法，其中所述自生矿物沉淀细菌选自铁还原菌、铁氧化菌、硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌、发酵菌、亚磷酸盐氧化菌、高氯酸盐还原菌、氯酸盐还原菌和硝酸盐还原菌。
14.如权利要求1～12中任一项所述的方法，其中所述自生矿物沉淀细菌是铁氧化菌或硝酸盐依赖性的Fe(II)氧化菌。
15.如权利要求1～14中任一项所述的方法，其中所述自生矿物前体溶液选自Fe(II)溶液、Fe(III)溶液、贵金属铁纳米颗粒溶液、氨溶液、磷酸盐溶液、亚磷酸盐溶液、钙溶液、碳酸盐溶液、镁溶液和硅酸盐溶液。
16.如权利要求1～14中任一项所述的方法，其中所述自生矿物前体溶液是Fe(II)溶液。
17.如权利要求1～16中任一项所述的方法，其中所述自生矿物沉淀诱导剂选自硝酸盐、亚硝酸盐、一氧化二氮、一氧化氮、高氯酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、二氧化氯、Fe(III)、碳酸盐和氧。
18.如权利要求1～16中任一项所述的方法，其中所述自生矿物沉淀诱导剂是硝酸盐。
19.如权利要求1～18中任一项所述的方法，其中所述自生矿物沉淀是可逆反应的结果。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述可逆反应是氧化还原反应。
21.如权利要求1～20中任一项所述的方法，其中所沉淀的自生矿物通过逆向进行自生矿物沉淀反应而溶解。
22.如权利要求1～21中任一项所述的方法，其中所述体系还包括自生矿物溶解细菌。
23.如权利要求22所述的方法，其中使所述体系与自生矿物溶解诱导剂在所述自生矿物溶解诱导剂得以诱导所述自生矿物溶解细菌溶解所沉淀的自生矿物的条件下接触。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述自生矿物溶解诱导剂选自硝酸盐、亚硝酸盐、一氧化二氮、一氧化氮、高氯酸盐、氯酸盐、亚氯酸盐、二氧化氯、Fe(III)、碳酸盐、磷酸盐、亚磷酸盐、氧、H2、乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐、乳酸盐、苯甲酸盐、柠檬酸盐、己糖和亚磷酸盐。
25.如权利要求23或24所述的方法，其中所述自生矿物溶解细菌通过逆向进行所述自生矿物沉淀反应而溶解所沉淀的自生矿物。
26.如权利要求22～25中任一项所述的方法，其中所述方法还包括向所述体系中添加自生矿物溶解细菌。
27.如权利要求26所述的方法，其中所添加的自生矿物溶解细菌是重组细菌。
28.如权利要求22～27中任一项所述的方法，其中所述自生矿物溶解细菌选自铁还原菌、亚磷酸盐还原菌、高氯酸盐还原菌、氯酸盐还原菌、硝酸盐还原菌和产酸菌。
29.如权利要求22～27中任一项所述的方法，其中所述自生矿物溶解细菌是铁还原菌。
30.如权利要求1～29中任一项所述的方法，其中所述方法还包括向所述体系中添加自生矿物沉淀细菌。
31.如权利要求30所述的方法，其中所添加的自生矿物沉淀细菌是重组细菌。
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|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160017208A1 (en) * | 2013-03-15 | 2016-01-21 | The Regents Of The University Of California | Microbial concretion as a method for controlling wormhole events during oil recovery from unconsolidated matrices |
| US9739129B2 (en) * | 2014-01-21 | 2017-08-22 | Montana Emergent Technologies, Inc. | Methods for increased hydrocarbon recovery through mineralization sealing of hydraulically fractured rock followed by refracturing |
| CN104404086A (zh) * | 2014-10-27 | 2015-03-11 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种调控油藏微生物代谢产生物气的方法 |
| WO2018140908A1 (en) * | 2017-01-30 | 2018-08-02 | Schlumberger Technology Corporation | Evaluation of pressure-transient behavior of wells |
| CA3069503A1 (en) | 2017-07-10 | 2019-01-17 | Exxonmobil Upstream Research Company | Methods for deep reservoir stimulation using acid-forming fluids |
| DE102018103952A1 (de) * | 2018-02-21 | 2019-08-22 | Universität Duisburg-Essen | Nano-Goethit als Agglomerisations- und Dekontaminationspartikel |
| JP7323881B2 (ja) * | 2020-03-09 | 2023-08-09 | 独立行政法人エネルギー・金属鉱物資源機構 | 炭化水素回収方法及び炭化水素回収システム |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4799545A (en) * | 1987-03-06 | 1989-01-24 | Chevron Research Company | Bacteria and its use in a microbial profile modification process |
| US5143155A (en) * | 1991-03-05 | 1992-09-01 | Husky Oil Operations Ltd. | Bacteriogenic mineral plugging |
| US5337820A (en) * | 1992-12-22 | 1994-08-16 | Phillips Petroleum Company | Injection of scale inhibitors for subterranean microbial processes |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2807570A (en) * | 1953-01-16 | 1957-09-24 | Socony Mobil Oil Co Inc | Recovery of petroleum oil |
| US3118500A (en) * | 1959-04-13 | 1964-01-21 | Texaco Inc | Treatment of underground formations to render them less permeable |
| US3730272A (en) * | 1971-05-17 | 1973-05-01 | Shell Oil Co | Plugging solution precipitation time control |
| US4460043A (en) | 1982-08-05 | 1984-07-17 | Nova/Husky Research Corporation Ltd. | Method of enhancing oil recovery by use of exopolymer producing microorganisms |
| US4558739A (en) * | 1983-04-05 | 1985-12-17 | The Board Of Regents For The University Of Oklahoma | Situ microbial plugging process for subterranean formations |
| JPS63270458A (ja) | 1987-04-27 | 1988-11-08 | Mitsubishi Electric Corp | 化合物薄膜形成装置 |
| US6244346B1 (en) * | 1996-12-17 | 2001-06-12 | Global Biosciences, Inc. | Method and apparatus for reducing fouling of injection and recovery wells |
| GB9926157D0 (en) * | 1999-11-04 | 2000-01-12 | Norske Stats Oljeselskap | Method of microbial enhanced oil recovery |
| GB2392460B (en) * | 2002-08-29 | 2006-02-08 | Schlumberger Holdings | Delayed-gelation solution |
| CA2531963C (en) * | 2003-07-14 | 2013-01-08 | The Energy Research Institute | A process for enhanced recovery of crude oil from oil wells using novel microbial consortium |
| TWI466458B (zh) * | 2009-12-22 | 2014-12-21 | Chi Mei Comm Systems Inc | 無線訊號接收器 |
| US20130075085A1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-03-28 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Use of glutamate for microbial enhanced oil recovery |
-
2012
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4799545A (en) * | 1987-03-06 | 1989-01-24 | Chevron Research Company | Bacteria and its use in a microbial profile modification process |
| US5143155A (en) * | 1991-03-05 | 1992-09-01 | Husky Oil Operations Ltd. | Bacteriogenic mineral plugging |
| US5337820A (en) * | 1992-12-22 | 1994-08-16 | Phillips Petroleum Company | Injection of scale inhibitors for subterranean microbial processes |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RICHARD A. RAIDERS等: "Microbial selective plugging and enhanced oil recovery", 《JOURNAL OF INDUSTRIAL MICROBIOLOGY,》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112698422A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-23 | 核工业北京地质研究院 | 一种草原覆盖区快速定位砂岩型铀成矿远景区的水文方法 |
| CN112698422B (zh) * | 2020-12-31 | 2024-01-16 | 核工业北京地质研究院 | 一种草原覆盖区快速定位砂岩型铀成矿远景区的水文方法 |
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