纤维素作为电子供体对异化铁还原过程的影响

【目的】明确不同来源的铁还原微生物对纤维素的利用特征,探讨不同水稻土中铁还原微生物群落利用纤维素功能的差异,以及电子供体浓度与氧化铁还原的关系。【方法】以来源于吉林、天津、四川的水稻土为供试材料,分别采用土壤泥浆培养、水稻土微生物群落厌氧培养及纯培养试验方法,研究了添加纤维素作为电子供体对氧化铁微生物还原过程的影响。【结果】土壤泥浆厌氧恒温培养试验表明,与不添加纤维素的对照相比,添加5~40 g/L纤维素后,四川、吉林和天津水稻土中Fe(Ⅲ)还原的最大潜势分别增加10.5%~16.0%,-1.9%~0.6%及5.3%~14.4%,反应速率常数分别增加19%~89%,53%~96%及75%~164%,最大反应速率(Vmax)分别增加37%~109%,41%~79%及74%~148%。不同纤维素处理间的pH值有明显变化。在接种吉林、天津、四川和湖南水稻土微生物群落的处理中,当纤维素质量浓度为2~10 g/L时,其Fe(Ⅱ)的累积量分别为341.62~493.87,90.75~246.78,164.02~540.16和235.47~488.75 mg/L。随着添加纤维素浓度的增大,Vmax亦呈增大趋势。12株铁还原菌株的纯培养试验中,有4株菌的Fe(Ⅲ)还原率达到20.9%~23.6%,6株菌的Fe(Ⅲ)还原率为16.17%~19.94%,2株菌的Fe(Ⅲ)还原率仅为9.64%和9.66%。【结论】添加纤维素可使Fe(Ⅲ)还原的最大反应速率及速率常数增加,添加的纤维素浓度越大,其增加幅度越大。不同水稻土微生物群落,利用纤维素还原铁的能力具有明显差异。与接种不同水稻土微生物群落的铁还原过程相比,纯培养试验的Fe(Ⅱ)累积量明显较低,12株铁还原菌株直接利用纤维素的能力也较为有限。     

硫酸盐作为共存电子受体对微生物Fe(Ⅲ)还原过程的影响

Fe(Ⅲ)和SO42-都是水稻土中主要的电子受体,对厌氧过程中的电子传递起着重要作用。本研究采用土壤浸提液厌氧培养和纯培养的试验方法,探讨了SO42-作为电子竞争受体对不同水稻土微生物群落和铁还原细菌的Fe(Ⅲ)还原过程的影响。土壤浸提液培养试验结果表明,添加SO42-后Fe(Ⅲ)还原受到显著的抑制,Fe(Ⅲ)反应速率随着浓度的增加而降低。随着培养时间延长,Fe(Ⅲ)还原反应依然可以进行,Fe(Ⅱ)最终累积量达到与CK2相同的水平。在利用铁还原菌的纯培养试验中,添加SO42-对供试的四株铁还原菌的Fe(Ⅲ)还原过程并未产生抑制效应,表明铁还原菌本身并不受SO42-的影响。     

不同浓度硫酸盐对水稻土中异化铁还原过程的影响

研究不同电子受体之间的竞争关系对揭示厌氧水稻土中微生物作用导致的氧化还原过程变化机理具有重要的理论意义.本研究采用土壤泥浆厌氧培养、人工合成氧化铁体系接种土壤浸提液厌氧培养及接种铁还原菌纯培养等试验方法,通过向培养体系中添加SO2-4,探讨了硫酸盐作为竞争电子受体对不同铁还原体系中Fe(Ⅲ)还原的影响.结果表明,在2种水稻土的泥浆培养过程中,Fe(Ⅲ)还原速率均随着SO2-4浓度增加而降低,但Fe(Ⅱ)的最终累积量却较对照处理有明显的增加.添加硫酸盐对Fe(Ⅲ)还原速率(k)的影响表现为:石灰性水稻土＞酸性水稻土;而最终Fe(Ⅱ)累积增加率则为:酸性水稻土＞石灰性水稻土.由接种不同水稻土浸提液的培养试验看出,添加SO2-4后Fe(Ⅲ)还原受到显著的抑制,但随着培养时间延长Fe(Ⅲ)还原反应依然可以进行,并且Fe(Ⅱ)累积量最终达到与CK相同的水平.在接种铁还原菌的纯培养试验中,添加SO2-4对供试的4株铁还原菌的Fe(Ⅲ)还原过程并未产生抑制效应,表明铁还原菌本身并不受硫酸盐的影响.     

土壤微团聚体中氧化铁的异化还原能力

选取有代表性的吉林、湖南、四川和广东4个省份的水稻土,采用超声波分散提取不同粒级的微团聚体,通过30℃恒温厌氧培养,测定培养过程中Fe( )产生量的变化。结果表明,不同土壤中铁还原程度大小与土壤的地带性分布有一定关系,吉林和四川水稻土中铁还原量大,而湖南和广东水稻土中铁还原量较小;对不同大小的微团聚体来说,除广东水稻土外,不同大小的微团聚体之间的铁还原程度均表现为:<0.001mm的微团聚体(14～35mg/g)>0.001～0.05mm的微团聚体(5～15mg/g)>0.05～0.25mm的微团聚(<6mg/g);不同组分中的铁还原主要由盐酸可溶性氧化铁的数量决定,不同土壤及不同团聚体中铁还原差异主要是由不同组分中氧化铁的化学形态决定。对于广东水稻土,其<0.001mm和0.05～0.25mm的微团聚体中的有机质数量可能是限制铁还原的关键因素。     

有机碳源对水稻土中微生物铁还原特征的影响

水稻土中的Fe(Ⅲ)还原过程是微生物介导的生物学过程,是地球化学循环中重要的一部分。为了探讨不同的电子供体对水稻土异化铁还原过程的影响,采用厌氧泥浆的培养方式,向水稻土中添加葡萄糖、乙酸钠、丙酮酸钠、乳酸钠作为碳源,定期测定Fe(Ⅱ)的累积量和pH变化,并用Logistic方程对结果进行拟合分析。结果表明,供试的4种水稻土均能较好地利用葡萄糖、丙酮酸盐和乳酸盐还原Fe(Ⅲ),而乙酸盐则不同程度的抑制了铁还原过程的发生,特别是吉林水稻土添加乙酸盐后,这种抑制作用更明显。4种水稻土添加丙酮酸盐的处理具有最大铁还原速率(Vmax),并且达到最大铁还原速率的时间(TVmax)最短。不同来源水稻土微生物在利用碳源时具有一定的选择性。影响不同水稻土铁还原潜势的主要因素是水稻土中无定形铁的含量,土壤全磷含量过高时对铁还原过程也有一定的抑制作用,添加碳源后体系pH同Fe(Ⅱ)累积量之间表现出显著负相关。     

不同水稻土中氧化铁的微生物还原特征

采用厌氧恒温培养试验,比较了4种水稻土中氧化铁的微生物还原状况。结果表明,4种不同来源水稻土中Fe( )生成量有较大差异,其中吉林和四川水稻土中铁还原迅速,而江西和广东水稻土相对较慢;还原反应达到平衡时的Fe( )积累量及铁还原快速期的平均反应速率由土壤中氧化铁的数量决定,并与无定形氧化铁和游离氧化铁的数量有关;4种水稻土中可还原铁占全铁及游离氧化铁的比例分别为7.73%～21.6%及10.0%～74.6%;广东水稻土的铁还原90%是利用无定型铁,而在四川和江西水稻土中,近乎50%的铁还原来自于晶体氧化铁;升高温度可促进土壤中Fe( )产生量,并且吉林水稻土对温度的响应最敏感;不同土壤的铁还原启动期、快速期和稳定期的时间有明显区别,并且与土壤中微生物菌数、土壤有机质及有机电子供体的数量密切相关。     

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。     

AQDS和腐植酸对微生物介导铁还原过程的影响

为探讨异化铁还原过程中电子传递物质的影响,研究了在腐败希瓦氏菌（希瓦氏菌属）介导下,腐植酸、腐殖质同类物蒽醌-2,6-二磺酸盐（anthraquione-2,6-disulfonate,AQDS）在厌氧条件下对异化铁还原过程的影响,并进行Logistics方程拟合;同时对不同来源腐植酸进行了元素分析、紫外-可见光吸收光谱分析和傅里叶红外吸收光谱分析。结果表明：添加低质量浓度（10~100 mg·L^-1）土壤腐植酸对异化铁还原过程的促进效果不明显,而高质量浓度（200~500 mg·L^-1）促进效果显著;与对照组（添加2 mL无菌水处理）相比,添加了泥炭湿地腐植酸的体系中Fe（Ⅱ）最终产生量增加,但各质量浓度处理间Fe （Ⅱ）产生量差别较小; AQDS促进Fe （Ⅲ）还原,其添加浓度越高,还原效果越好。Logistics方程显示,腐植酸和AQDS均能加快Fe （Ⅲ）还原速率,有效提高Fe （Ⅲ）还原率。两种不同来源腐植酸的分析结果显示,两者均有大量含氧活性官能团和芳香族、脂肪族物质,但与泥炭湿地腐植酸相比,土壤腐植酸腐殖化和芳香化程度更强。研究表明,腐植酸和AQDS作为电子传递物质,对促进微生物介导的铁还原过程有重要作用,且芳香化程度越强,促进效果越显著。     

不同重金属离子对异化铁(Ⅲ)还原过程的影响

以水稻土土壤浸提液作微生物接种液,人工合成的F e(OH)3为唯一电子受体,测定了厌氧培养过程中F e(Ⅱ)浓度的变化,探讨了添加Cu2+,Zn2+,Pb2+,Cd2+,Hg2+和A s5+对铁还原过程的影响及添加不同浓度Cu2+和Hg2+对F e(Ⅱ)浓度的影响,并以土壤中添加不同浓度的Cu2+试验作为对比。结果表明,不同重金属对异化铁还原影响不同,在同一浓度的几种重金属中,Cu2+和Hg2+对异化铁还原抑制最强;不同浓度Cu2+和Hg2+对异化铁还原有不同程度的抑制,主要表现在增加异化铁还原发生前的时间,减慢异化铁还原的速率,当Cu2+和Hg2+浓度增加到一定程度时异化铁还原几乎不发生;水稻土中含有大量铜时,铁还原也会被抑制;添加外源氧化铁可以减轻铜对水稻土铁还原的影响。     

不同碳源对水稻土泥浆中铁还原特征的影响

以四川省典型水稻土（SC）和浙江省典型水稻土（ZJ）为供试土壤,通过泥浆厌氧培养试验,测定添加葡萄糖、乙酸盐及乳酸等碳源处理下土壤泥浆中Fe(Ⅱ)含量变化,采用Logistic模型对Fe(Ⅲ)的还原特征进行拟合。结果表明,2种水稻土中利用不同碳源的铁还原能力具有明显差异,不同碳源对ZJ的铁还原特征影响较为明显,而对SC的铁还原影响有限;在SC中,添加不同碳源后最大铁还原速率为葡萄糖>乳酸> +Fe >乙酸盐;在ZJ中为葡萄糖>+Fe>乙酸盐>乳酸。通过添加乳酸和乳酸盐处理的比较发现,体系的pH对铁还原的影响显著,其中石灰性水稻土SC酸碱缓冲能力强,表现为对乳酸和乳酸盐处理的铁还原差异不显著,而在酸性水稻土ZJ中的差异明显。葡萄糖对供试土壤中铁还原过程具有明显的促进作用,而添加乙酸盐则具有一定抑制作用,乳酸的作用则因土壤酸碱度而异。较乳酸而言,乳酸盐对水稻土的酸碱性没有选择性,且能够对铁还原过程起到促进作用。     

不同施肥处理对水稻土微生物生态特性的影响

采用室内恒温培养研究不同施肥处理水稻土微生物生物量C、微生物数量、群落结构的变化特征.发现施秸杆(RS)和施厩肥(PM)处理的微生物生物量C明显高于不施肥(CK)和施化肥(CF)处理(P＜0.05).不同处理微生物生物量C在培养期内都呈现出先上升后下降的趋势,但达到峰值时间不同.施用有机肥后土壤中细菌、真菌数量明显增加,放线菌数量略有减少.应用磷脂脂肪酸(PLFA)法分析微生物群落结构,发现不同施肥处理条件下,各个单体磷脂脂肪酸的相对百分含量有明显差别,其PLFA谱图差异很大.表征细菌、真菌、放线菌的磷脂脂肪酸相对含量在各个施肥处理中有明显的不同.CK和CF处理的G+/G-值显著高于RS和PM处理(P＜0.05).主成分分析结果也表明微生物群落结构发生了很大改变,施肥对水稻土微生物生态特征产生了明显的影响.     

外源物质对水稻土铁还原的影响

在厌氧恒温培养条件下 ,测定了添加 EDTA、黄腐酸及醋酸盐对 4种不同水稻土中铁还原的影响。为了探讨不同土壤中微生物对铁的还原能力 ,以添加人工合成的 Fe(OH ) 3作为对比。结果表明 ,添加黄腐酸及醋酸盐对铁还原的影响在不同水稻土中表现不同 ,其中吉林和广东水稻土的变化明显 ,并且醋酸盐的作用大于黄腐酸 ;四川和江西水稻土添加黄腐酸及醋酸盐后铁还原量与对照没有显著差异。添加 Fe(OH) 3在吉林水稻土中能够引起铁还原的滞后现象 ,但最终的铁还原量与四川及江西水稻土相似 ,都较对照有明显的增加。在 2 5℃条件下培养 ,不同土壤中易还原氧化铁的数量不同 ,表现为吉林水稻土 >四川水稻土 >广东水稻土 >江西水稻土 ,其中广东水稻土中具有很大的铁还原潜力。     

尿素浓度、培养时间和温度对3种土壤尿素水解过程的影响

采用较宽幅度尿素浓度、不同温度和不同培养时间对潮土、灰钙土和黄棕壤中尿素水解过程进行了研究。结果表明,尿素水解速率深受土壤类型、尿素浓度、温度和培养时间的影响。在２５～４５℃范围内,当土壤溶液中尿素浓度大于３．６６１ｍｏｌ／Ｌ以上时,灰钙土的尿素水解速率剧烈下降,培养时间越长,降幅越大。潮土在尿素浓度大于５．００８ｍｏｌ／Ｌ时也有类似现象。潮土和黄棕壤中存在高亲和性和低亲和性尿素水解反应,而灰钙土     

低温下牛粪接种发酵剂对堆肥温度与微生物的影响

试验针对北方寒区特殊地理环境条件,采用牛粪好氧堆肥发酵,研究室外温度低于0℃时,接种复合发酵剂对堆肥温度、微生物数量及区系变化特征的影响。结果表明,牛粪接种复合发酵剂24h和48h堆温分别升至40.1℃和55.6℃;高温期持续6d;发酵周期缩短至12d。细菌对堆肥升温起主要作用;细菌和放线菌是高温阶段主要作用菌群;腐熟阶段细菌、放线菌和真菌共同作用,且细菌作用强于放线菌和真菌。     

异化铁还原对水稻土CH4,CO2及N2O形成的抑制

采用厌氧泥浆恒温培养实验,测定了4种不同水稻土及添加外源氧化铁后土壤中CH4,N2O和CO2分压及Fe()浓度的变化,探讨了影响温室气体产生的土壤化学及生物学因素。结果表明:不同土壤中甲烷产生量有很大差异,其产甲烷能力的顺序表现为四川水稻土>江西水稻土>吉林水稻土>广东水稻土,添加氧化铁可显著抑制土壤中甲烷的形成。培养过程中不同土壤产生的CO2浓度相近,变化趋势也基本相同,添加氧化铁后均可导致CO2浓度显著降低。广东水稻土中N2O气体分压显著大于其他土壤,并且释放高峰期持续时间长,不同水稻土N2O产生能力的顺序为广东水稻土>四川水稻土>江西水稻土>吉林水稻土。添加Fe(OH)3后,江西、四川和吉林水稻土中N2O气体分压明显降低,而广东水稻土表现为释放高峰期推后。吉林、四川和江西水稻土中铁还原比较迅速,而广东水稻土中铁还原有明显滞后现象。添加乙酸盐和H2对广东水稻土中甲烷生成有明显的促进作用,证实了乙酸盐及H2浓度是限制广东水稻土甲烷生成的重要条件,添加氧化铁可有效抑制外源乙酸盐及H2的产甲烷过程。     

预培养温度对稻田土壤氮素矿化影响

为明确预培养温度对氮素矿化影响,选择南北方典型稻田土壤,经12、25和35℃预培养2周后,与风干土一起恒温培养28 d(25℃),测定培养前后铵态氮含量,分析预培养过程中土壤有机氮组分变化。结果表明,随预培养温度升高,初始铵态氮含量逐渐增加,矿化氮含量逐渐减少,当预培养温度为35℃时,矿化氮含量甚至降为负值。虽然12和25℃预培养不会影响土壤总矿化氮含量,但模型拟合显示,风干土矿化过程与经预培养的土壤矿化过程明显不同。风干土直接培养2周或经25℃预培养2周后,可酸解氮含量均有所增加,难酸解氮含量明显降低;与风干土相比,12℃预培养有机氮组分变化不明显;而随预培养温度升高,酸解氮含量先增后减,难酸解氮先减后增。可见,难酸解氮在矿化过程中可能也发挥重要作用。35℃预培养温度会改变土壤供氮过程,12℃预培养后土壤有机氮组分变化较小,矿化过程更符合实际。因此,测定土壤氮素矿化应以12℃作为预培养条件。     

酸菜汁中厌氧微生物的初步分离与鉴定

以甘肃传统酸菜菜汁(浆水)为研究对象,采用改良的MRS培养基对浆水中厌氧微生物进行了分离纯化,得到了7株菌株,发现浆水中的优势厌氧菌群为乳酸菌和酵母菌;通过鉴定分析,7株菌株中有2株酵母菌,5株乳酸菌(分别为乳杆菌2株,肠球菌1株,乳球菌1株,待定菌1株).