岩石圈微生物组在全球生物地球化学循环中扮演着重要的角色，然而当前对于地下岩石圈环境的微生物群落及其参与关键元素循环过程了解尚不清晰。稠油油藏储层矿物和流体中具有丰富的碳元素、杂原子化合物，以及丰富物种和代谢功能多样性，是我们了解微生物-岩石圈生物化学循环的重要窗口。
稠油占据超过一半可采石油储量，而当前仅有不到3%的已发现的稠油得到开采和利用。随着传统、容易获得的化石燃料的殆尽，亟待有效的微生物技术开发稠油资源。传统通过直接注入营养剂以加强微生物代谢活动的微生物提高采收率的方法，存在无法实现功能菌群定向激活的弊端。稠油开采所面临的巨大挑战是其具有高粘度，难以回收的沥青质、胶质等杂环化合物。如果能将胶质沥青质中氮硫元素化学状态进行调控，实现电子受体转换，将实现稠油粘度大幅度降低，实现稠油或者超稠油的高效开发。
2023年5月16日，南开大学夏文杰和马挺课题组在微生物学领域国际权威期刊《Microbiome》上发表了题为“N/S element transformation modulating lithospheric microbial communities by single-species manipulation”的文章。该研究提出了一种新的调控油藏内源功能菌群和提高重油开采的策略，即通过注入外源杂环降解菌来促进杂环化合物降解和驱动油藏N/S元素循环和潜在电子受体转换。本研究选取了典型稠油油藏，收集了油藏原始岩心、和外源干扰前后全过程采出流体等样品，利用多组学技术和生物地球化学指标的测定，解析了储层矿物和流体中氮硫元素的化学状态转化和微生物群落组成与功能的动态演替过程。本项研究不仅揭示了微生物在岩石圈生物地球化学循环中的作用及调控机制，同时初步验证了氮硫元素化学态控制是稠油降黏增渗的新技术方向，为稠油资源开发提供了新的工程化的微生物调控方案并展现出良好的应用前景。
南开大学生命科学学院夏文杰研究员和马挺教授为该论文通讯作者，博士生姚舜等为本文第一作者。该研究得到国家重点研发计划、天津自然科学基金委项目的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-023-01553-7
