多糖对水稻土中异化Fe(Ⅲ)还原过程的影响

本研究通过土壤泥浆厌氧培养的方法,在水稻土中添加不同质量浓度淀粉和纤维素,探讨多糖作为电子供体对异化Fe(Ⅲ)还原过程的影响。结果表明,在2种水稻土泥浆的厌氧培养过程中,淀粉、纤维素可以促进水稻土中的异化Fe(Ⅲ)还原,其质量浓度在0～20 g/L时,Fe(Ⅱ)最大累积量和速率常数随质量浓度增加而增大,其对土壤中Fe(Ⅲ)氧化物异化还原的促进作用与土壤pH、有机质和无定形铁含量有关。对培养过程中pH与异化铁还原动力学数据的比较发现,在微生物正常生长的pH范围内,较低的pH利于Fe(Ⅲ)的还原。     

聚磷菌厌氧释磷性能及其模型的拟合

生物除磷的主要途径是利用除磷菌(包括PAOs和DPB)的过量吸磷作用。PAOs在厌氧阶段的释磷量越多,在好氧阶段的吸磷量也就越多。厌氧阶段的污泥浓度越高、释磷时间越长,PAOs的释磷效果越好,释磷量越多;有机物种类直接影响PAOs厌氧释磷效率。针对聚磷菌厌氧释磷性能建立模型Pt=Pm/[1+(Pm-P0)e-KPmt/P0],利用1stOpt软件和Excel软件进行拟合,效果良好。在污泥性状、进水水质基本一致的情况下,污泥浓度越高,PAOs含量越高,PAOs体内的最大可释磷的质量浓度Pm越高,厌氧释磷速率常数K基本相当。     

微生物Fe(Ⅲ)还原过程与磷酸盐质量浓度的关系

【目的】探讨水稻土中微生物Fe(Ⅲ)还原过程与磷酸盐质量浓度之间的关系。【方法】以6种不同来源(吉林永吉、黑龙江东宁、天津宝坻、天津塘沽、四川邛崃和江西南昌)的水稻土为材料,对水稻土浸提液和泥浆进行厌氧培养试验,向培养体系中添加磷酸盐后,使土壤浸提液中磷酸盐质量浓度分别为30.97,61.94,123.88,247.66和371.64mg/L,泥浆培养体系中最终磷含量分别为52,103,206,413和619mg/kg,均以不添加磷酸盐为对照,测定培养期间土壤浸提液和泥浆中Fe(Ⅱ)、有效磷含量的变化。【结果】在土壤浸提液培养试验中,添加30.97mg/L的磷酸盐对微生物Fe(Ⅲ)还原过程有明显促进作用,而高质量浓度(371.64mg/L)磷酸盐对Fe(Ⅲ)还原具有明显抑制作用;采自江西南昌和四川邛崃的水稻土浸提液中Fe(Ⅲ)还原比较迅速,而采自吉林永吉和天津塘沽的土壤浸提液中Fe(Ⅲ)还原较为缓慢;采自天津宝坻和四川邛崃的土壤浸提液中Fe(Ⅲ)还原微生物对磷酸盐质量浓度的适应范围较大,采自江西南昌、吉林永吉、黑龙江东宁的酸性水稻土浸提液中Fe(Ⅲ)还原微生物对磷酸盐质量浓度变化比较敏感;有效磷质量浓度在不同pH值的土样中表现出不同的变化趋势,采自江西南昌、吉林永吉、黑龙江东宁的酸性土壤浸提液体系中有效磷质量浓度没有明显改变,而采自天津宝坻、四川邛崃、天津塘沽的石灰性土壤浸提液体系中有效磷质量浓度在培养初期呈降低趋势。在泥浆厌氧培养试验中,磷酸盐对Fe(Ⅲ)还原的影响程度与土壤浸提液的培养试验相比明显减弱,通过Fe(Ⅲ)还原特征参数可以看出,不同磷酸盐处理间仍然存在一定的显著性差异。在酸性水稻土中,被固持的有效磷随Fe(Ⅲ)还原过程的进行被不断释放,有效磷的增加幅度与Fe(Ⅲ)还原能力的排序一致;在碱性水稻土中,加入的磷酸盐在培养前期被大量固定,有效磷含量均明显降低。【结论】厌氧环境中的微生物Fe(Ⅲ)还原过程与磷酸盐质量浓度相互影响,高质量浓度磷酸盐对Fe(Ⅲ)还原均具有明显的抑制作用。磷酸盐对Fe(Ⅲ)还原的影响与pH值有关,在酸性条件下,随着Fe(Ⅲ)被微生物还原成Fe(Ⅱ),被吸附的磷得以释放,有效磷质量浓度增加;在碱性条件下,有效磷质量浓度随Fe(Ⅲ)被还原而降低。     

奥奈达希瓦氏菌MR-1的Fe(Ⅲ)还原特性及其影响因素

研究奥奈达希瓦氏菌MR-1的Fe(Ⅲ)还原特性,并考察不同电子供体、不同形态Fe(Ⅲ)、溶解氧、pH等对奥奈达希瓦氏菌MR-1还原Fe(Ⅲ)的影响。结果表明,奥奈达希瓦氏菌MR-1对Fe(Ⅲ)有还原能力,以乙酸盐、乳酸盐和丙酮酸盐作为Fe(Ⅲ)还原的唯一电子供体,Fe(Ⅲ)还原率分别达到39.12%、50.89%和44.98%;以FeCl3、Fe(OH)3和柠檬酸铁等不同形态Fe(Ⅲ)为菌株MR-1的唯一电子受体,Fe(Ⅲ)还原率分别达到44.72%、51.54%和10.45%;溶解氧的存在可抑制Fe(Ⅲ)异化还原;菌株MR-1可在pH 5.0～9.0范围内进行Fe(Ⅲ)还原;两种不同的蛋白质变性剂SDS和OGP作用下的Fe(Ⅲ)还原结果表明,菌株MR-1的Fe(Ⅲ)还原功能蛋白主要位于细胞外膜;同时,投加一定量的单宁酸和焦性没食子酸可提高Fe(Ⅲ)还原率,螯合铁的还原率分别达到76.37%和68.73%。     

土壤Fe(Ⅲ)异化还原的环境效益

异化Fe(Ⅲ)还原微生物是厌氧环境中广泛存在的一类主要微生物类群,它们的共同特征是可以利用Fe(Ⅲ)作为末端电子受体而获得能量。鉴于土壤Fe(Ⅲ)异化还原是厌氧环境中影响碳、氮、磷及金属元素生物地球化学循环的重要因素,对Fe(Ⅲ)异化还原在环境中的作用进行评述,系统介绍了国内外有关Fe(Ⅲ)还原环境效益的研究现状及其发展趋势。     

异化Fe(Ⅲ)还原菌及其还原机制的环境意义

异化Fe(Ⅲ)还原菌具有强大的代谢功能和适应恶劣环境的能力,其所具有的还原功能对于环境的生物修复具有重要的意义,在地球生态循环过程中具有举足轻重的作用。厌氧条件下,它可以Fe(Ⅲ)为末端电子受体,还原许多有毒重金属,降解利用有机和无机污染物,对土壤中痕量金属元素和磷的释放产生重要影响,在微生物燃料电池、环境除臭、防止钢铁腐蚀等方面有较好的应用前景和研究价值。当前无论是基础还是应用研究方面,国内微生物异化Fe(Ⅲ)还原菌的相关工作仍近空白。结合国外的最新研究进展,介绍了微生物异化Fe(Ⅲ)还原菌特性、还原机制及其还原的环境意义,旨在引起国内相关人员的重视,加快我国在该领域的研究。     

土壤Fe(Ⅲ)异化还原的环境效益

异化Fe(Ⅲ)还原微生物是厌氧环境中广泛存在的一类主要微生物类群,它们的共同特征是可以利用Fe(Ⅲ)作为末端电子受体而获得能量。鉴于土壤Fe(Ⅲ)异化还原是厌氧环境中影响碳、氮、磷及金属元素生物地球化学循环的重要因素,对Fe(Ⅲ)异化还原在环境中的作用进行评述,系统介绍了国内外有关Fe(Ⅲ)还原环境效益的研究现状及其发展趋势。

     

3株铁还原细菌利用不同碳源的还原特征分析

【目的】在纯培养方式下,研究水稻土中铁还原菌利用葡萄糖、果糖、心肌糖、淀粉和纤维素作为惟一碳源时对异化Fe(Ⅲ)还原的影响。【方法】以Fe(OH)3为惟一电子受体,不同单糖及多糖为惟一碳源,在30℃厌氧培养过程中,测定了3株铁还原细菌的Fe(Ⅲ)还原能力,及体系中剩余还原糖含量。【结果】铁还原菌株SC-a13、SC-a18和SC-a19在LB培养基中厌氧扩繁24 h,均可达到最大生长量。3株铁还原细菌总体上利用葡萄糖、果糖和淀粉的铁还原率分别为71.03%~82.86%,80.31%~85.77%和50.81%~73.21%,而心肌糖和纤维素难以被利用。在利用葡萄糖、果糖和淀粉时,体系pH在培养2~5 d急剧降低,然后稳定在3.5~4.5,而心肌糖和纤维素几乎没有变化。Fe(Ⅲ)反应潜势总体表现为菌株SC-a18>SC-a13>SC-a19,Fe(Ⅲ)反应速率常数和最大反应速率出现的时间表现为SC-a13>SC-a18>SC-a19。【结论】葡萄糖和果糖均能作为铁还原菌株SC-a13、SC-a18和SC-a19还原Fe(OH)3的优势碳源,淀粉的利用能力次之,心肌糖和纤维素则难以被直接利用。不同铁还原菌株之间利用不同糖源的Fe(OH)3还原反应速率常数具有较大差异。体系pH降低和剩余还原糖含量,可分别作为铁还原菌是否利用糖源进行Fe(Ⅲ)还原反应及其反应能力大小判定的特征。     

腐植酸、EDTA、Cr(Ⅵ)调控猪粪尿废水异化Fe(Ⅲ)还原偶联VFAs的转化能力比较

以人工合成Fe(OH)3作为电子受体,在猪粪尿废水中添加具有铁还原能力的菌株,厌氧恒温培养,通过对猪粪尿废水中添加不同浓度腐植酸、EDTA、Cr(Ⅵ),揭示3种典型理化因素调控猪粪尿废水中异化Fe(Ⅲ)还原偶联挥发性脂肪酸(Volatile fatty acids,VFAs)转化能力。结果表明,电子穿梭体腐植酸促进Fe(Ⅲ)还原,加速VFAs降解,而络合剂EDTA和重金属Cr(Ⅵ)则会阻碍Fe(Ⅲ)还原,减缓VFAs降解。虽然三种影响因子影响机理不同、途径不同,但最终Fe(Ⅲ)还原和VFAs平衡点不变。     

水稻土中铁还原菌的分离纯化及铁还原能力分析

【目的】对水稻土中铁还原菌进行分离纯化,比较不同培养基的分离效果,研究不同菌株的铁还原特征。【方法】以四川和江西水稻土为材料,采用PTYG固体平板培养基及柠檬酸铁固体培养基(斜面)分离出兼性厌氧和严格厌氧的菌株,并通过柠檬酸铁液体培养基及Fe(OH)3培养基进行铁还原能力测定,比较不同菌株的Fe(Ⅲ)还原率大小、铁还原特征曲线,以及分别在LB液体培养基和柠檬酸铁液体培养基中的生长曲线。【结果】在以葡萄糖为碳源时,来源于江西水稻土的8个菌株对柠檬酸铁的利用率较高,铁还原率为84.34%~93.81%,而对Fe(OH)3的还原率为71.07%~90.90%;来源于四川水稻土的8个菌株对柠檬酸铁的还原率为83.78%~93.52%,而对Fe(OH)3的还原率为88.19%~99.84%。严格厌氧菌株的铁还原速率较快,在培养3 d后20个菌株的铁还原率都在90%以上,利用柠檬酸铁的铁还原率为90.49%~97.93%,利用Fe(OH)3的为94.03%~99.57%。在LB液体培养基及柠檬酸铁液体培养基中,不同菌株的对数生长期为10~25 h,前者的延滞期较短,而后者的细胞产量较大。【结论】由四川和江西水稻土中获得了对柠檬酸铁和Fe(OH)3具有高效利用率的铁还原菌株,其中严格厌氧菌株对2种铁源的利用率均明显大于兼性厌氧菌株。兼性厌氧铁还原菌株为革兰氏阴性芽孢杆菌,严格厌氧铁还原菌株为革兰氏阳性,有芽孢,属梭状杆菌。铁还原菌的生长与Fe(Ⅲ)的还原具有耦合关系。     

Bacterial Methanogenesis and Growth from CO2 with Elemental Iron as the Sole Source of Electrons

Previous studies of anaerobic biocorrosion have suggested that microbial sulfur and phosphorus products as well as cathodic hydrogen consumption may accelerate anaerobic metal oxidation. Methanogenic bacteria, which normally use molecular hydrogen (H(2)) and carbon dioxide (CO(2)) to produce methane (CH(4)) and which are major inhabitants of most anaerobic ecosystems, use either pure elemental iron (Fe(0)) or iron in mild steel as a source of electrons in the reduction of CO(2) to CH(4). These bacteria use Fe(0) oxidation for energy generation and growth. The mechanism of Fe(0) oxidation is cathodic depolarization, in which electrons from Fe(0) and H(+) from water produce H(2), which is then released for use by the methanogens; thermodynamic calculations show that significant Fe(0) oxidation will not occur in the absence of H(2) consumption by the methanogens. The data suggest that methanogens can be significant contributors to the corrosion of iron-containing materials in anaerobic environments.     

铁·磷对太湖水华微囊藻FACHB1028生长的影响及相互作用

[目的]研究铁、磷对太湖水华微囊藻（Microcystis flos-aquae）FACHB1028生长的影响,并观察其与微囊藻的相互作用。[方法]采用柠檬酸铁铵[Fe3（C6H5O7）2]和磷酸二氢钾（KH2PO4）作为培养基的外加铁源和磷源,考察不同浓度铁、磷对水华微囊藻FACHB1028生长的影响、铁对磷吸收的影响以及微囊藻生长过程中各指标和影响因素的相关性。[结果]水华微囊藻达最佳生长状态时,铁、磷的浓度分别为0.54、50.00μmol/L;不同浓度的铁影响着微囊藻对磷的吸收率,铁影响下微囊藻处于最佳生长时对磷的吸收速率也最高,但高浓度铁则抑制磷的吸收速率。在微囊藻的生长过程中,波长680nm处吸光度值、叶绿素和蛋白质含量等与藻个数呈显著相关,可以表示FACHB1028微囊藻的生长过程中生物量的变化。磷在浓度小于175.00μmol/L时与微囊藻的生长呈显著相关,但是当浓度大于175.00μmol/L时则不呈现显著相关。[结论]该研究可为蓝藻水华爆发机制以及进一步研究提供理论依据。     

春玉米磷吸收累积与土壤磷库对不同磷素激活剂的响应

在淡灰钙土条件下,利用盆栽试验研究了不同磷素激活剂对春玉米地上部和根系生物产量、磷素吸收累积以及土壤全磷与速效磷含量动态的影响。结果表明:施用有机无机复混肥有利于玉米生长发育,相对于味精发酵液和商品腐植酸,显著促进地上部和根系磷素的吸收累积;不同磷素激活剂对土壤全磷含量动态的影响不大,而土壤速效磷含量动态差异较大,土壤磷素促释效果表现为味精发酵液有机无机复混肥商品腐植酸。因此,味精发酵液和有机无机复混肥都是比较理想的土壤磷素激活剂,但味精发酵液必须注意合理的施用方法才能达到效果。     

过渡金属离子Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用

25 ℃和pH 30～50条件下,研究了Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用.结果表明:避光条件下,Mn(Ⅱ)对草酸还原Cr(Ⅵ)有显著的催化作用,光照下其催化作用进一步得到提高.然而,避光条件下Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(VI)的影响甚微,但在光照条件下,Fe(Ⅲ)表现出极优越的催化作用.溶液pH值和照射光波长对反应有显著影响,Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的催化作用随pH值提高而减弱;紫外光照射下两金属离子的催化作用大于模拟日光照射的.因此,本研究结果对由Cr(Ⅵ)引起的土壤和水的污染治理具有理论和实践指导意义.     

不同菜地土壤中磷积累的形态变化特征研究

长期施用化肥和畜禽粪可导致土壤中磷的积累,从而影响土壤中磷的生物有效性和可移动性,后者与土壤中磷存在的化学形态有关。为了解蔬菜地土壤磷积累过程中其化学形态的演变与土壤性状的关系,选择了红粘泥、黄筋泥、泥质田、淡涂泥和油黄泥等5种不同性状的土壤,通过添加化肥和猪类模拟构建了不同磷积累的系列土壤,采用Hedley磷形态分析方法鉴定了土壤磷的化学形态及释放法潜力。结果表明,与未加磷处理土壤相比,所有蔬菜地土壤中磷的积累对H₂O-P和NaHCO₃-IP增幅影响最大;在中性和石灰性土壤中,磷积累可明显促进HCl-P的形成,但对NaOH-IP的影响较小;在富铝化土壤中,磷的积累有利于NaOH-IP的形成,但对HCl-P形成的影响较小。无论是施化肥还是有机肥,土壤中积的累磷主要为无机态,对有机态磷的贡献较小;随着土壤磷的不断积累,磷积累对H₂O-P和NaHCO₃-IP的影响更为明显。     

青海解磷菌菌株的分离筛选

以青海省主要农耕区海东区和海南区的小麦、洋芋、油菜、蚕豆、辣椒、葱等16种作物的根际土壤为试验材料,通过解磷圈试验对土壤样品进行解磷菌的初筛和复筛。结果表明：共得到具有明显解磷圈的解磷菌28株。通过对解磷圈大小测定,筛选出y8-4、y5．1和w4．1等9株菌表现较好,解磷圈直径（D）与菌落直径（d）比值（D／d）均≥1．5。通过摇瓶复筛得出,y8-4解磷能力较强,菌液中磷含量达95μg／mL,其次是菌株y16-4和y9-4;其中菌株y9-4培养液的pH值有所降低。综合评价认为菌株y9-4的彤d较大,培养液中磷含量较高,且pH值有所降低,最后确定其作为适合青海农作区推广的高效解磷菌。