硝酸盐还原和亚铁氧化对贪铜菌还原砷的影响

华南红壤区水稻土具有含铁量较高、氮元素输入量较大的特性,且部分矿区周边的水稻田受砷污染严重,不仅影响水稻产量,还对食品安全和人类健康造成威胁。利用多轮传代富集的方法,从华南红壤水稻土中纯化获得一株具有硝酸盐还原、亚铁氧化和砷还原功能的贪铜菌Cupriavidus metallidurans Paddy-2。以该细菌为研究对象,探讨纯细菌体系中,硝酸盐还原和亚铁氧化过程对微生物还原As(Ⅴ)的影响,测试了反应体系中As(Ⅴ)和硝酸盐的还原动力学,以及Fe(Ⅱ)的氧化动力学,并对体系中Fe(Ⅱ)氧化所生成的矿物沉淀进行表征分析。As(Ⅴ)还原动力学结果表明,中性厌氧条件下贪铜菌对As(Ⅴ)的还原率为100%,而分别加入硝酸盐和Fe(Ⅱ)均能有效抑制贪铜菌对As(Ⅴ)的还原作用(还原率为27%~49%),两者同时存在对As(Ⅴ)还原的抑制作用最大(还原率只有21%)。硝酸盐作为末端电子受体,由于其氧化还原电位比As(Ⅴ)更高,因此比As(Ⅴ)更容易接收电子,从而减缓贪铜菌对As(Ⅴ)的还原效率。Fe(Ⅱ)氧化动力学和矿物表征结果表明,只有在硝酸盐和Fe(Ⅱ)共存的体系里,Fe(Ⅱ)的氧化才能得到有效的促进,并生成含Fe(Ⅲ)的无定形矿物。这些Fe(Ⅲ)矿物覆盖在菌株表面,有可能降低菌株的代谢活性,并有效吸附As(Ⅴ),从而减低体系中As的浓度,达到降低As毒性的效果。研究结果可为受砷污染农田的生物修复技术的开发提供科学依据。