Shewanella putrefaciens CN32对粘土附着态铵氮释放的影响

【目的】研究产胞外分泌物微生物Shewanella putrefaciens CN32对土壤中常见粘土矿物附着态NH4+的释放效果及影响机制。【方法】以吸附NH4+的蒙脱石、蛭石、伊蒙混层矿物和黑云母为对象,通过监测S.putrefaciens CN32作用下不同粘土释放的NH4+含量及过程,以及监测微生物量及释放的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)的含量变化,研究S.putrefaciens CN32作用下不同粘土矿物类型附着态NH4^+释放的差异性。【结果】粘土矿物附着态NH4^+含量从高到低依次为蒙脱石>蛭石>伊蒙混层矿物>黑云母(黑云母NH4^+吸附量极低,会在非生物作用下几乎完全释放),CN32作用下粘土附着态NH4^+相对释放量依次为蒙脱石>伊蒙混层矿物>蛭石;然而,尽管CN32有效促进了粘土附着态NH4^+释放,但释放的NH4+并未在溶液中大量累积,而是多被微生物同化吸收转化为生物有机氮(EPS为主)并吸附在粘土表面,且粘土对EPS的吸附能力表现为蒙脱石>伊蒙混层矿物>蛭石>黑云母;由于粘土吸附NH4^+及EPS都与矿物中的羟基(结构水或层间水)关系密切,推测EPS对矿物羟基的竞争吸附可能是CN32促进NH4+释放的重要原因之一。【结论】以上结果表明,产EPS微生物S.putrefaciens CN32能够促进各类粘土矿物的附着态NH4^+释放,但释放的NH4^+可以通过微生物作用转化为有机氮,从而在减少NH4^+流失的同时增加土壤氮肥的生物可利用性,因此微生物在降低土壤氮肥流失、转化土壤氮肥污染过程中可能起到了重要作用,也揭示了深入系统地分析不同类型土壤(粘土类型不同)中粘土附着态NH4+在不同功能微生物作用下的迁移转化过程,是精准评估土壤氮肥施用效率及流失风险的前提之一。

腐殖酸对微生物还原绿脱石结构Fe(Ⅲ)的促进作用

微生物介导的铁循环是调控地表有害物质迁移转化等地球化学反应的关键因子之一。为了探明腐殖酸对微生物还原含铁黏土矿物的影响,选取了富铁黏土矿物绿脱石和不同土壤中提取到的腐殖酸为研究对象进行了实验,在有、无腐殖酸2种条件下对比了典型异化铁还原菌Shewanella putrefaciens CN32对绿脱石结构Fe(Ⅲ)的还原效率,同时分析了微生物作用后绿脱石的晶体结构差异。实验采用化学方法检测Fe(Ⅲ)的还原程度,利用X射线粉晶衍射(XRD)及傅里叶转换红外光谱(FT-IR)对微生物作用前后的绿脱石进行了矿物学表征,利用扫描电镜(SEM)研究了反应前后绿脱石的形貌差异。实验结果表明不同来源的腐殖酸均具有促进微生物还原绿脱石结构Fe(Ⅲ)的能力,但其促进效率存在差异。绿脱石中的结构Fe(Ⅲ)经微生物还原后,其矿物结构被破坏,结晶程度逐渐降低,矿物形貌由不规则片状变为松散疏松的网絮状。本研究对深入理解自然环境中铁的生物地球化学循环及其环境效应具有启示意义。

微生物对绿脱石中有机质利用的研究

为了探索黏土矿物中含有的有机质能否被微生物利用以及微生物利用的效率,本文选取富三价铁的黏土矿物绿脱石NAu-2为还原对象,嗜热菌Thermus scotoductus SA-01,以及常温菌Shewanella putrefaciens CN-32为异化铁还原菌,分别在没有外加碳源的情况下对NAu-2结构铁进行还原。实验选取化学方法来测试Fe3+还原程度与还原速率,利用X射线粉晶衍射(XRD)、傅里叶转换红外光谱分析仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)对黏土矿物还原产物进行矿物学表征,利用总碳/氮分析仪测试黏土矿物释放出来的溶解碳总量以及高效液相色谱仪来分析不同有机组分的含量。实验结果表明相对于常温菌CN-32,嗜热菌SA-01可以有效利用绿脱石中含有的微量有机质作为碳源。由此可知,黏土矿物经微生物作用后发生还原溶解,其吸附的有机质会随着溶解程度的升高不断释放到周围环境中;黏土矿物含有的有机质组分成分复杂,在不同温度环境下释放出来的有机质速率与种类有所不同。