添加铬、铁及葡萄糖对土壤中异化铁还原的影响

采用水稻土为供试土壤,通过添加氧化铁、铬酸盐和葡萄糖的模拟试验,在厌氧培养条件下测定了土壤中可浸提态的亚铁和铬( )浓度的变化,探讨了有机碳源及Cr( )、Fe对厌氧条件下水稻土中微生物铁还原的影响及Fe( )和Cr( )还原的竞争关系。结果表明,添加碳源和氧化铁后,能有效促进厌氧条件下水稻土中铁的异化还原过程,显著减小土壤中铬( )浓度;添加Cr( ),将导致土壤中铁还原滞后;厌氧水稻土中Fe( )和Cr( )的竞争还原机制为,有机电子供体导致氧化铁发生微生物还原,产生的Fe( )引起土壤中Cr( )的化学还原。     

淹水培养时间对水稻土中Fe（Ⅲ）异化还原能力的影响

为了模拟水稻土淹水过程,探讨不同淹水培养时间水稻土中铁还原微生物群落利用不同碳源的活性变化特征,以接种不同淹水时期的浙江水稻土浸提液作为微生物群落来源,以人工合成的Fe(OH)3为惟一的电子受体,不同碳源作为惟一电子供体,在30℃恒温条件下厌氧培养,定期测定Fe(Ⅱ)含量和pH值变化,采用Logistic 模型进行动力学分析.研究结果表明,葡萄糖作为电子供体时,不同淹水时期的微生物群落总体上对Fe(OH)3还原反应有较快的响应;丙酮酸盐作为碳源时,铁还原反应启动的时间整体迟于葡萄糖,Fe(Ⅱ)累积量在反应30d才表现出显著累积并逐渐趋于稳定;淹水20d的微生物群落能最先利用乳酸盐还原Fe(Ⅲ),反应15 d的Fe(Ⅱ)累积量达到601.60 mg·L-1;淹水30 d的铁还原微生物群落对乙酸盐的利用能力增强,最大Fe(Ⅱ)累计量升高到538.47 mg·L-1,Fe(Ⅲ)还原率达到75.8l%.不同淹水时期利用各种碳源的体系pH表现为葡萄糖从中性下降至酸性,丙酮酸盐和乳酸盐中性偏酸,乙酸盐的pH略微偏碱,不同淹水时期出现的水稻土微生物群落结构不同是导致Fe(OH)3还原能力不同的主要原因.不同的碳源利用可以指示不同的铁还原微生物群落变化:淹水培养早期的铁还原微生物群落对葡萄糖和丙酮酸盐的利用较为迅速和显著,同一时期出现的微生物群落不能以乙酸盐作为电子供体;淹水培养后期的铁还原微生物群落以乳酸盐和乙酸盐为优势碳源来还原Fe(OH)3.     

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。     

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。     

铁还原菌株P4的碳源利用特征及其系统发育学分析

【目的】从水稻土中分离铁还原微生物,研究不同碳源对其铁还原特征的影响,对分离的铁还原微生物进行系统发育学分析。【方法】对采自四川的水稻土进行厌氧恢复培养,通过PTYG选择性夹层培养基分离纯化及LB液体培养基扩繁后,接种到Fe(OH)3培养基中进行铁还原能力鉴定,筛选出具有铁还原功能的铁还原菌株。通过对6种碳源利用的纯培养比较,确定分离菌株利用不同碳源时的铁还原特征。采用通用引物进行PCR扩增,对PCR产物进行16S rDNA序列分析,建立系统发育进化树。【结果】分离得到1株具有铁还原功能的革兰氏阳性杆状厌氧菌株P4,其在培养的10~30 h达到对数生长期。菌株P4利用不同碳源时,铁还原的最大反应速率(Vmax)大小顺序为:葡萄糖>丙酮酸盐>乳酸盐>琥珀酸盐>丙酸盐>乙酸盐。菌株P4利用葡萄糖和丙酮酸盐的Fe(Ⅲ)还原率分别为63.79%和22.19%,而其他几种碳源的铁还原率均在10%以下。采用PCR技术获得了1 325 bp的铁还原菌株P4的部分16S rDNA序列。菌株P4与多种不可培养的厌氧菌株及丁酸梭状芽孢杆菌具有98%的同源性。【结论】从四川水稻土中分离得到了G+、杆状、圆末端的铁还原菌P4,其在培养10~30 h能够达到对数生长期。葡萄糖和丙酮酸盐可作为菌株P4的优势碳源。菌株P4可归属为厌氧丁酸梭状芽胞杆菌。     

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.     

添加V(Ⅴ)对厌氧水稻土中Fe(Ⅲ)还原的影响

采用厌氧恒温培养体系,研究添加氧化铁、葡萄糖和V(Ⅴ)对水稻土中铁还原的影响,同时测定土壤中V(Ⅴ)质量分数的变化,探讨Fe(Ⅲ)与V(Ⅴ)还原间的竞争关系。结果表明,添加碳源能有效促进厌氧条件下微生物的Fe(Ⅲ)还原与V(Ⅴ)还原;添加氧化铁后,体系的铁还原潜势显著提高,但被铁悬液和土壤吸附的V(Ⅴ)释放受到抑制,还原量降低,Fe(Ⅲ)与V(Ⅴ)还原的进程均被延长;添加V(Ⅴ)可加快微生物Fe(Ⅲ)还原过程,但不会改变其最终还原量。V(Ⅴ)还原量的大小与土壤中异化铁还原体系的建立有密切关系。     

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。