論文題目：Non-syntrophic methanogenic hydrocarbon degradation by an archaeal species

論文作者：周卓  張翠景  劉鵬飛  付琳

獲獎(jiǎng)等次：第三屆川渝科技學(xué)術(shù)大會(huì)優(yōu)秀論文特等獎(jiǎng)

說(shuō)到石油，想必大家并不陌生，它作為日常生活中常見(jiàn)的一種能源，用途十分廣泛，既能被用來(lái)作為燃油和汽油，也能當(dāng)成很多化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品的原料，所以有著“工業(yè)的血液”之稱(chēng)。然而經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)采，如今已經(jīng)出現(xiàn)了大量靠常規(guī)手段無(wú)法有效開(kāi)采的“老舊”油井。有沒(méi)有辦法變廢為寶？利用微生物將石油轉(zhuǎn)化為天然氣，就是其中一種途徑。

周卓進(jìn)行hungate厭氧操作培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)    

為了讓石油轉(zhuǎn)化為天然氣，位于成都的農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所的科學(xué)家們已經(jīng)持續(xù)研究了16年，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)、論證后，終于將實(shí)驗(yàn)成果發(fā)表在了國(guó)際學(xué)術(shù)界頂尖雜志《自然》上。同時(shí)，該項(xiàng)研究成果“Non-syntrophic methanogenic hydrocarbon degradation by an archaeal species”（《單一古菌降解石油烴產(chǎn)甲烷》）獲得了第三屆川渝科技學(xué)術(shù)大會(huì)優(yōu)秀論文特等獎(jiǎng)。

近日，記者在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所見(jiàn)到了論文第一作者“90后”研究實(shí)習(xí)員周卓。

走進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所其中一間實(shí)驗(yàn)室，三排超過(guò)3米長(zhǎng)的工作臺(tái)依次排開(kāi)。工作臺(tái)上有三層架子，上面擺滿(mǎn)了各種儀器，有玻璃瓶、試管、注射器等。周卓每天早上8點(diǎn)就準(zhǔn)時(shí)走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始制作產(chǎn)甲烷古菌的培養(yǎng)基，和其他同事一樣，實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跏撬X(jué)之外唯一去的地方。

“你知道什么是產(chǎn)甲烷古菌嗎？”見(jiàn)到記者，周卓隨即拋出了第一個(gè)問(wèn)題，也由此打開(kāi)了話(huà)匣子。

“產(chǎn)甲烷古菌其實(shí)和我們息息相關(guān)，就存在于我們身體內(nèi)，人體腸道產(chǎn)生的氫氣是產(chǎn)甲烷古菌產(chǎn)生甲烷的底物。而且產(chǎn)甲烷古菌是地球上最早出現(xiàn)的一種生命形式，它們通常只能生活在沒(méi)有氧氣的環(huán)境中。”周卓的解釋勾起了記者的興趣。

周卓介紹，產(chǎn)甲烷古菌是一種獨(dú)特的厭氧微生物，對(duì)氧氣敏感，通常在空氣中暴露幾分鐘就會(huì)死亡。它之所以被稱(chēng)為“古菌”，是因?yàn)檫@種獨(dú)特的生命早在35億年前就存在于地球上。因此它擁有很多頭銜：地球上最早的生命形式之一、全球大氣甲烷排放的主要貢獻(xiàn)者、缺氧環(huán)境有機(jī)質(zhì)降解產(chǎn)甲烷（俗稱(chēng)“沼氣發(fā)酵”）的關(guān)鍵功能微生物。

過(guò)去的觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為這種沼氣發(fā)酵過(guò)程需要細(xì)菌和產(chǎn)甲烷古菌的互營(yíng)代謝，才能協(xié)同完成復(fù)雜有機(jī)質(zhì)的降解與甲烷的產(chǎn)生，產(chǎn)甲烷古菌僅能通過(guò)乙酸發(fā)酵、CO2還原、甲基裂解和氧甲基轉(zhuǎn)化等四條途徑產(chǎn)生甲烷。該項(xiàng)研究通過(guò)穩(wěn)定碳同位素標(biāo)記培養(yǎng)、宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和高分辨質(zhì)譜分析，證實(shí)了一種新型的產(chǎn)甲烷古菌Ca. Methanoliparum，可以直接氧化長(zhǎng)鏈烷基烴，并通過(guò)β-氧化、Wood-Ljungdahl途徑進(jìn)入產(chǎn)甲烷代謝，而不需要通過(guò)互營(yíng)代謝來(lái)完成?；谶@些發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所的科學(xué)家們提出了第五條甲烷產(chǎn)生途徑。

“你知道產(chǎn)甲烷古菌是怎么被發(fā)現(xiàn)的嗎？”當(dāng)記者正感嘆這種獨(dú)特厭氧微生物的奇特之處時(shí)，周卓提出了他的第二個(gè)問(wèn)題。

“找到這種新的產(chǎn)甲烷古菌是一個(gè)意外的發(fā)現(xiàn)。”周卓說(shuō)，通過(guò)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所能源微生物創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與深圳大學(xué)、中石化采油微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位合作，從我國(guó)勝利油田的一處地下油藏中發(fā)現(xiàn)了這種獨(dú)特的古菌。“課題組通過(guò)同位素標(biāo)記培養(yǎng)等技術(shù)發(fā)現(xiàn)，這種古菌在生長(zhǎng)過(guò)程中‘繞過(guò)’了所有傳統(tǒng)代謝步驟，可不與其他微生物合作，獨(dú)立‘吃掉’復(fù)雜有機(jī)物，產(chǎn)生甲烷氣體。而石油的主要成分正是比較復(fù)雜的有機(jī)物，實(shí)驗(yàn)證明，這種古菌可以直接‘吃掉’石油，生成甲烷。”周卓進(jìn)一步解釋道。

這一發(fā)現(xiàn)令產(chǎn)甲烷古菌的基礎(chǔ)研究邁出了一大步，更指向了未來(lái)的應(yīng)用前景。為此，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所提出了“地下沼氣工程”計(jì)劃——經(jīng)大量培養(yǎng)后，將產(chǎn)甲烷古菌注入已枯竭或低品質(zhì)油藏，使難以開(kāi)采的石油部分轉(zhuǎn)化為易于開(kāi)采的甲烷氣體，并最終處理為天然氣，讓國(guó)內(nèi)眾多油田可實(shí)現(xiàn)油氣共采。

“加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”是黨的二十大報(bào)告對(duì)能源領(lǐng)域的新部署。長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所一直從事著厭氧微生物保藏與利用、沼氣發(fā)酵工藝及裝置裝備、農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用、農(nóng)村能源與農(nóng)村生態(tài)環(huán)境發(fā)展政策等方面的基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作，以及沼氣技術(shù)推廣、國(guó)際國(guó)內(nèi)培訓(xùn)、科普宣傳、質(zhì)量監(jiān)測(cè)等行業(yè)服務(wù)工作，承擔(dān)著國(guó)家沼氣科學(xué)領(lǐng)域戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、公益性科研項(xiàng)目任務(wù)，支撐和保障我國(guó)沼氣行業(yè)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，助力能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。周卓表示，該項(xiàng)研究由于省去了原油開(kāi)采煉化加工等巨大的排碳過(guò)程，代之以綠色可持續(xù)的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程，直接獲得甲烷這一清潔能源，減少了碳排放，也是一項(xiàng)綠色環(huán)保的低碳技術(shù)。

“習(xí)近平總書(shū)記在黨的二十大報(bào)告中還強(qiáng)調(diào)了‘深入推進(jìn)能源革命’‘確保能源安全’。能源是工業(yè)的糧食、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，關(guān)系人類(lèi)生存和發(fā)展，攸關(guān)國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安全。我相信，在未來(lái)，如能將這種新型古菌應(yīng)用于我國(guó)現(xiàn)存的地下枯竭油藏開(kāi)采，利用微生物將石油轉(zhuǎn)化為天然氣，其所產(chǎn)油氣的總量可相當(dāng)于再造一個(gè)大慶油田，這對(duì)保障我國(guó)能源安全也將具有重要意義。”周卓表示，中國(guó)科技的發(fā)展離不開(kāi)“新時(shí)代科學(xué)家精神”，作為一名青年科技工作者，將秉承農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所“求真 鼎新 篤行 致用”的所訓(xùn)，繼續(xù)傳承和發(fā)揚(yáng)前輩“追求真理，勇于創(chuàng)新”的正能量和“勤于鉆研，勇攀高峰”的優(yōu)秀品質(zhì)，在奮力推進(jìn)能源革命上譜寫(xiě)新時(shí)代的青春之歌。