苯系物作为唯一碳源对异化铁还原过程的影响

以水稻土浸提液为接种液、人工合成的无定形氧化铁为唯一的电子受体、添加的苯系物(甲苯、苯胺、苯酚、苯甲酸)为唯一碳源,在适量无机N,P,K营养供给条件下,采用厌氧恒温混合培养方法,研究了厌氧微生物对氧化铁还原的影响。结果表明,由水稻土中提取的微生物可以利用苯系物作为唯一碳源,在厌氧降解的同时将电子转移给F e(Ⅲ),使其还原为F e(Ⅱ);利用不同苯系物的铁还原过程难易程度有所差异,铁还原率表现为苯甲酸最高(53.99%),甲苯最低(19.55%),利用苯系物的铁还原率均低于以葡萄糖为碳源时的铁还原率(71.16%);不同浓度苯系物对氧化铁还原过程有不同程度的影响,在一定浓度范围内,随着苯系物浓度的增加其对氧化铁还原过程具有促进作用,而高浓度苯系物则对氧化铁还原过程表现出抑制趋势;以2.0 mm o l/L苯系物作为碳源时,蒽醌-2,6二-磺酸盐(AQDS)可明显增加F e(Ⅱ)的累积量。     

温度及AQDS对氧化铁微生物还原过程的影响

【目的】研究水稻土中微生物铁还原过程的温度效应,揭示不同铁还原微生物的作用机理。【方法】采用5种水稻土为供试材料,分别提取微生物群落或分离铁还原菌株;以人工合成氧化铁作为惟一电子受体,在无机盐培养体系中接种土壤浸提液或具有铁还原功能的菌株,厌氧恒温培养;通过对接种液的不同温度处理(40,50,60,70℃)、对培养温度的控制(30和50℃)以及向体系中添加AQDS,探讨温度及AQDS对氧化铁微生物还原过程的影响。【结果】将来源于吉林、天津和湖南水稻土的浸提液在40~70℃处理1 h后作为接种液,随着处理温度的升高,其Fe(Ⅱ)产生量和反应速率均呈逐渐降低趋势。在30和50℃培养温度下,来源于吉林、天津和四川的3种水稻土微生物群落添加AQDS可使Fe(Ⅲ)还原的反应速率常数增加10%~288%,而温度变化的增加幅度仅为6%~17%;对分离自四川和江西水稻土中的6株铁还原菌的纯培养试验发现,菌株JX-a08的Fe(Ⅱ)最大累积量、还原速率常数、最大反应速率及铁还原率均随培养温度的升高明显增加,表明菌株JX-a08更适于在50℃下生长。【结论】于40~70℃升温处理后,来源于吉林、天津和湖南水稻土微生物群落的铁还原能力受到一定程度抑制;添加AQDS可显著增加来源于吉林、天津和四川水稻土的3种微生物群落的铁还原反应速率;在6株铁还原菌的纯培养试验中发现了1株更适于在50℃下生长的菌株。     

微生物作用下铁(Ⅲ)对有机污染物的氧化

一些铁还原菌能够以Fe(Ⅲ)为唯一的电子受体,将有机污染物氧化成二氧化碳.利用铁还原菌的这一性能,可以开发厌氧生物修复技术,原位净化被有机物污染的环境.本文对铁还原菌及其作用机理、以及与铁还原相藕联的有机物降解及其在生物修复中的潜在作用作了综述.     

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。     

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。     

发酵脱氢产氢过程对微生物铁还原的影响

发酵型微生物是铁还原菌中的主要类群,但其发酵产氢过程对铁还原的作用尚不清楚,为此采用接种水稻土浸提液混合培养的方法对微生物分别利用葡萄糖、丙酮酸盐和乳酸盐为碳源时,Fe（Ⅲ）还原过程中脱氢酶活性变化、培养体系pH、氢气分压及铁还原特征进行分析,探讨了发酵微生物脱氢产氢过程与微生物Fe（Ⅲ）还原的内在关系。结果表明：2种水稻土浸提液中的微生物均能够以葡萄糖为优势碳源进行脱氢、产氢及还原氧化铁,Fe（OH）3可以诱导脱氢酶的产生,利用葡萄糖时脱氢酶活性在厌氧培养的4~6 d出现最大峰值,利用丙酮酸盐和乳酸盐时脱氢酶活性出现峰值的时间分别为培养的15 d和21~22 d,脱氢酶活性出现峰值的时间与最大铁还原速率Vmax显著负相关、与最大反应速率对应的时间TVmax存在显著正相关关系。脱氢产氢过程中产生的H+导致培养体系pH的变化是影响铁还原过程的主要原因,培养体系pH与体系氢气分压及Fe（Ⅱ）累积量呈极显著负相关。微生物利用不同碳源产氢时,利用葡萄糖的产氢能力最高,丙酮酸盐次之,乳酸盐最低。Fe（OH）3的加入增加了氢气的消耗量,培养体系氢气分压与Fe（Ⅱ）累积量存在极显著正相关关系。     

不同水稻土微生物群落利用有机酸的铁还原特征

【目的】研究不同水稻土来源的微生物群落,在利用甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐、丙酮酸盐、柠檬酸盐及琥珀酸盐作为惟一碳源时对异化Fe(Ⅲ)还原的影响。【方法】采用四川、吉林和江西3种不同水稻土浸提液接种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,不同有机酸作为惟一碳源,在25℃厌氧条件下培养,定期测定Fe(Ⅱ)生产量并对测定结果用Logistic模型进行分析。【结果】四川水稻土中的微生物群落在Fe(OH)3还原过程中对所有供试碳源均表现出较高的利用活性,其对应的Fe(Ⅱ)累积量较高;江西水稻土中的微生物群落对碳源的响应很低,且几乎不能利用丙酸盐进行Fe(OH)3的还原;而吉林水稻土中的微生物群落在Fe(OH)3还原过程中几乎不能利用琥珀酸盐作为电子供体。【结论】3种微生物群落在Fe(OH)3还原过程中对供试碳源利用上的不同,反映了其微生物群落组成和代谢功能上的差异。3种微生物群落均能较快地利用丙酮酸盐还原Fe(OH)3,说明Fe(Ⅲ)还原微生物在碳源利用上具有共性。     

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%。     

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。     

厌氧环境下Cr(Ⅵ)的微生物还原能力

通过接种土壤微生物的混合培养及土壤泥浆培养试验,测定了厌氧培养过程中C r(Ⅵ)和F e(Ⅱ)浓度的变化,研究了不同浓度铬酸盐的微生物还原能力及不同浓度铬酸盐对水稻土中氧化铁还原的影响。结果表明,由水稻土中提取的微生物虽然能够直接还原C r(Ⅵ),但其还原速率和还原程度有限,且C r(Ⅵ)浓度越高,微生物的还原能力越差;不同来源的土壤微生物对C r(Ⅵ)的还原能力有所差异,其中四川水稻土中微生物对C r(Ⅵ)的还原能力均大于江西水稻土;在厌氧培养的水稻土中,添加的C r(Ⅵ)可以较迅速地还原,其中土壤氧化铁的微生物还原过程对C r(Ⅵ)还原具有明显的促进作用;C r(Ⅵ)的存在导致F e(Ⅱ)生成的时间出现滞后,且C r(Ⅵ)浓度越大生成F e(Ⅱ)的滞后时间越长;F e(Ⅱ)产生滞后的时间与C r(Ⅵ)还原结束的时间具有一致性。     

Shewanella oneidensis MR-1异化铁还原诱导次生矿物固定镉

实验室纯培养条件下,研究菌株Shewanella oneidensis MR-1还原铁矿物诱导次生矿物对Cd~(2+)的固定,探讨pH、富里酸、生物炭对微生物还原水铁矿及其Cd~(2+)固定的影响,并通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对次生矿物进行表征。结果表明:S. oneidensis MR-1异化铁还原诱导次生铁矿固定Cd~(2+)的效果显著高于铁矿物自身的吸附,288 h未接种S. oneidensis MR-1和接种S. oneidensis MR-1的水铁矿溶液中Cd~/(2+)的浓度分别为2.71 mg·L~(-1)与0.86 mg·L~(-1);酸性条件(pH≥5.0)及添加富里酸可促进铁矿物还原溶解和次生矿物转化,进而增强Cd~(2+)的固定;添加生物炭提供了微生物定殖场所,虽减缓铁矿物还原的Fe~(2+)溶出,但显著提高Cd~(2+)的固定效果。铁氧化物矿物作为电子受体被微生物还原产生次生铁矿,其晶型结构改变与高表面积提供了更多的吸附点位,增强了Cd~(2+)的固定。研究表明,次生铁矿物形成过程影响重金属的迁移转化及归宿,S. oneidensis MR-1还原铁矿物诱导产生次生铁矿可以有效固定Cd~(2+)。     

微生物燃料电池对磺胺间甲氧嘧啶的降解研究

为探究微生物燃料电池(Microbial fuel cells, MFCs)对抗生素磺胺间甲氧嘧啶(Sulfamonomethoxine,SMM)的降解效果及MFCs的产电性能,通过构建单室MFCs,比较不同电极材料、菌种种类、抗生素初始浓度以及腐植酸存在条件下MFCs对SMM的降解效果及其产电性能。结果表明:3种阳极材料下MFCs对SMM的降解率及产电性能的高低为碳毡碳纸石墨棒;在SMM初始浓度为10 mg·L~(-1)的条件下,以Shewanella putrefaciens为菌种的MFCs对SMM的降解率达到58.92%,高于Shewanella oneidensis MR-1的降解率46.48%,MFCs的最大输出功率前者比后者约高6.51 mW·m~(-2);随着抗生素初始浓度的增加,SMM的降解效果逐渐减弱,MFCs的电压输出逐渐降低;随着腐植酸浓度增加,SMM的降解率逐渐提高,MFCs的产电性能逐渐增强。研究表明,MFCs可以利用SMM作为燃料,在实现降解的同时输出电能,这为水体环境中磺胺类抗生素的高效低耗处理提供了科学依据。     

营养液铁源及铁素浓度对白菜型油菜育苗效果的影响

为筛选植物工厂环境下白菜型油菜育苗适用铁源并探究铁素浓度对油菜幼苗生长的影响,在铁素浓度2.8 mg/L下比较了EDDHA-Fe与EDTA-Fe这2种螯合铁的育苗效果;在优选铁源的基础上,设置3个铁素水平(0、2.8和5.6 mg/L)进行油菜育苗,重点调查油菜幼苗根系形态指标、根系活力、茎叶的形态指标以及活性铁含量等。结果表明：1)相同铁素浓度下,利用铁源EDTA-Fe培育的油菜茎叶中活性铁含量较EDDHA-Fe提升了12.6%,具有更高的根系活力;油菜对价格较为低廉的铁源EDTA-Fe的吸收利用效率较高;2)采用优选出的铁源EDTA-Fe进行油菜育苗,相较于2.8 mg/L铁素,铁素浓度为5.6 mg/L时培育的油菜幼苗根系表面积、根系分枝数和根系总长度均得到显著提高,幼苗叶面积提高29.1%,干物质积累量提高18.4%。油菜幼苗在无铁处理组中不能正常生长,侧根发育受阻,未发现二级侧根的形成。综上可知,油菜育苗工厂中铁肥选用EDTA-Fe效益高于EDDHA-Fe,在本试验所设置的环境温湿度及光照条件下,提高铁素浓度至5.6 mg/L更有利于油菜的生长。     

腐植酸负载纳米零价铁对镉污染农田水稻籽粒代谢的影响

为探究腐植酸负载纳米零价铁(nZVI@HA)对镉(Cd)污染修复过程中水稻籽粒营养物质合成过程的影响,本研究采用吸附络合-液相还原法制备了一种nZVI@HA材料,同时开展水稻盆栽实验,利用电感耦合等离子体质谱及超高效液相色谱质谱技术,比较研究了nZVI@HA、纳米零价铁(nZVI)、腐植酸(HA)及nZVI与HA联合处理对Cd污染修复过程中水稻产量、籽粒中Cd含量及籽粒代谢物质组成的影响。结果表明：3组含Fe0处理均可提升水稻产量、降低水稻籽粒Cd的赋存水平。尤其是在nZVI@HA作用下,水稻产量显著提升至空白组的188%、籽粒Cd含量降至0.155 mg·kg^-1,低于我国大米Cd限量标准(0.2 mg·kg^-1,GB 2762—2022)。代谢组学分析显示,各含Fe0处理均可显著促进水稻籽粒倍他林生物合成及精氨酸和脯氨酸代谢(P<0.05且VIP>1);同时Cd污染修复过程中,水稻籽粒还可通过丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,核苷酸代谢,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,及甘油磷脂代谢特异性响应nZVI@HA处理。研究表明,nZVI@H...     

里氏木霉利用玉米秸秆形成类胡敏酸（HAL）的特异性研究

为探明里氏木霉(Trichoderma reesei)在腐殖化过程中,不同培养时间下利用玉米秸秆得到的培养产物(HLS)的碱提取物——类胡敏酸(HAL)的结构特征是否具有与土壤胡敏酸相似的特异性,通过固体培养的方式模拟秸秆堆肥,在玉米秸秆中添加里氏木霉进行为期30 d的腐殖化培养,并以灭菌后不添加微生物的处理作为对照,在培养的0、15、30 d采样观察研究。通过元素组成、红外光谱及差热的技术手段对里氏木霉利用玉米秸秆形成的类胡敏酸(HAL)进行分析,与土壤的胡敏酸(HA)比较观察其特异性。对比CK,在模拟腐殖化的过程中,接种里氏木霉可以显著改变其HAL的结构特征,其芳香性/脂族性的比例变化符合多酚学说。里氏木霉可以在30 d内将HAL的元素结构集中在O/C=0.528、H/C=1.322左右,与土壤HA的O/C值、H/C值差异缩减了71.08%、49.25%,使其更加接近土壤HA的结构特征。总体来看,里氏木霉在分解矿化玉米秸秆中纤维素和木质素的同时,可以有效促进玉米秸秆向腐殖质的转化,其形成的HAL的结构变化支持了多酚学说。里氏木霉培养下的HAL可随着腐殖化培养时间的增加,与土壤HA的结构特征差异持续缩小,逐渐具有特异性。     

原花青素对铁负荷大鼠肝脏功能及TfR2、hepcidin基因表达的影响

为探讨原花青素对铁负荷致大鼠肝损伤的影响,通过监测肝功能、病理切片及转铁蛋白受体-2(TfR2)、铁调素(hepcidin)基因表达,将40只SD大鼠随机分为对照组、原花青素组、铁负荷组和试验组(铁负荷+原花青素)。ICP法辅以肝脏普鲁士蓝染色判别铁负荷大鼠模型是否建立成功;相关试剂盒检测谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)的活性;HE染色观察肝组织形态学变化;Real-Time PCR检测肝组织中TfR2、hepcidin基因表达的变化。与对照组相比,铁负荷组Fe及ALT、AST水平显著升高(P0.05),肝组织结构严重紊乱,hepcidin基因的表达量显著下降(P0.05),TfR2基因的表达无明显差异;原花青素组Fe显著降低(P0.05),ALT、AST水平无显著性变化,肝组织结构正常,TfR2与hepcidin基因的表达量显著下降(P0.05)。与铁负荷组相比,试验组ALT、AST水平显著降低(P0.05),肝组织紊乱程度减轻,Fe含量、TfR2及hepcidin基因的表达量均略降低,但差异无统计学意义。原花青素可以抑制铁的摄入量;在机体铁过载状态下,原花青素抑制铁吸收的能力可以在一定程度上改善肝功能。     

减氮配施腐植酸对草甸黑土理化性质及玉米产量的影响

高强度利用导致草甸黑土肥力下降、质量不断退化.为探讨减氮配施腐植酸对土壤持水性能、保肥能力以及玉米产量的影响,设置草甸黑土田间试验,包括6个处理:不施肥(CK),常规施肥处理(N100H0),减施氮肥20％+5 t·hm-2腐植酸(N80H5),减施氮肥20％+10 t·hm-2腐植酸(N80H10),减施氮肥30％+...     

大豆根际溶磷菌分离鉴定及溶磷过程中有机酸的分泌

【目的】明确吉林省地区大豆Glycine max根际溶磷菌的种类及溶磷特点。【方法】利用溶磷圈法筛选溶磷菌,16S rDNA序列测定和Vitek2生理生化系统对菌株进行分析鉴定。测定菌株生长量、溶磷量、培养基pH变化与有机酸的产生。【结果】从大豆根际土壤中分离获得4株溶磷菌株WJ1、WJ3、WJ5和WJ6。4个菌株分别属于假单胞菌属Pseudomonas sp.、肠杆菌属Enterobacter sp.、苍白杆菌属Ochrobacterum sp.和克雷伯菌属Klebsiella sp.。4株溶磷菌96 h内最大溶磷量分别为558、478、596和586μg·m L-1。甲基红试验和培养物p H测定结果表明:4个菌株在溶磷过程中可使培养物的pH下降,当p H小于4时,会明显阻碍菌株的生长。p H为5时,WJ1和WJ3的生长受到轻微的影响,WJ5和WJ6能正常生长。GC-MS对菌株在溶磷过程中产生的有机化合物的分析表明,4菌株均分泌多种有机酸,其中α-酮戊二酸在WJ1、WJ3和WJ6菌株溶磷过程中大量产生。【结论】4菌株具有较好的溶磷能力,溶磷过程中分泌有机酸种类不完全相同,有机酸的分泌造成培养基的p H降低,影响菌体生长,而菌体数量决定各菌株的溶磷量。     

腐生葡萄球菌合成纳米钯及其原位催化甲基绿还原

利用腐生葡萄球菌Staphylococcus sp. JJ-1合成钯纳米颗粒（Bio-Pd）,并原位应用于甲基绿的催化还原。通过透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱分析（XPS）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）等表征,表明合成了零价钯纳米颗粒,主要分布在细胞外表面,平均直径约为15～40 nm,晶型结构良好。Bio-Pd在1.5 h内对甲基绿还原达到99％。通过紫外-可见吸收光谱（UV-visible）、液相色谱-质谱联用（LC-MS）等手段对甲基绿（MG）及还原产物进行分析,产物主要为4-(N,N-二甲基氨基)-4′-(N′,N′-二甲基氨基)二苯甲酮(DDBP),4-(N-乙基-N,N-二甲基氨基)-4′-(N′,N′-二甲基氨基)二苯甲酮(ED-DBP)。 结果表明,腐生葡萄球菌Staphylococcus sp. JJ-1合成钯纳米颗粒并高效催化还原甲基绿。