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.     

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。     

混合培养中晶体磷酸铁的异化还原能力

采用厌氧混合培养方法,分别以来源四川、吉林和江西的水稻土浸提液作为接种液,选择Fe()浓度及游离磷酸盐浓度变化为指标,研究不同来源微生物对晶体磷酸铁的微生物还原特征,探讨晶体磷酸铁微生物还原反应中对不同碳源利用能力的差异。结果表明,来源于不同水稻土的微生物对晶体磷酸铁的最大还原速率(Vmax)、潜在最大铁还原量及Fe()还原率均有显著差异,其中四川水稻土微生物的Vmax较大,而吉林和江西水稻土微生物的潜在最大Fe()还原量及铁还原率较高。3种水稻土微生物对晶体磷酸铁的还原反应速率及铁还原量明显低于无定型氧化铁。不同水稻土的微生物能够利用丙酮酸盐、乙酸盐及葡萄糖作为惟一电子供体,使晶体磷酸铁发生异化还原,产生Fe()并释放磷酸盐,且Fe()累积量与磷素累积量呈极显著相关。体系中可溶性磷酸盐数量对以用葡萄糖为碳源的Fe()还原反应有显著影响,在缺乏可溶性磷酸盐的环境下,可能通过抑制发酵微生物生长,阻断了葡萄糖发酵生成有机酸和H的过程,使晶体磷酸铁的异化还原过程被显著抑制。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

渤海沉积物中微生物铁还原能力及其影响因素探讨

采用恒温厌氧培养实验,以Fe(OH)3为唯一电子受体,通过测定接种不同沉积物提取液后的体系中Fe(Ⅱ)含量变化,研究了渤海沉积物在不同的碳源、温度、厌氧培养时间及pH条件下的铁还原特征.结果表明,从不同水质海区沉积物提取的微生物群落均可以葡萄糖和丙酮酸盐为优势碳源,并迅速还原Fe(Ⅲ),其利用不同碳源的铁还原能力表现为...     

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。