Dissimilatory Fe(Ⅲ) reduction characteristics of paddy soil extract cultures treated with glucose or fatty acids

Dissimilatory Fe(Ⅲ) reduction is a universal process with irreplaceable biological and environmental importance in anoxic environments. Our knowledge about Fe(Ⅲ) reduction predominantly comes from pure cultures of dissimilatory Fe(Ⅲ) reducing bacteria (DFRB). The objective of this study was to compare the effects of glucose and a selection of short organic acids (citrate, succinate, pyruvate, propionate, acetate, and formate) on Fe(Ⅲ) reduction via the anaerobic culture of three paddy soil solutions with Fe...

土壤Fe(Ⅲ)异化还原机理及影响因素研究进展

微生物的异化Fe(Ⅲ)还原指以Fe(Ⅲ)为末端电子受体在厌氧条件下氧化有机物的产能过程,在生物地球化学循环中起着重要的作用,异化还原的产物为Fe(Ⅱ)。目前对Fe(Ⅲ)微生物还原的物理、生物化学特性的认识还十分有限。本文系统介绍了异化Fe(Ⅲ)还原的机理及影响因素,包括还原不溶性Fe(Ⅲ)氧化物的机制及与Fe(Ⅲ)还原相关的分子生物学的研究进展。分析了目前研究中存在的问题,并从分子生物学及生物地球化学角度对异化Fe(Ⅲ)还原研究方向进行了评述与展望。旨在加强相关领域研究人员对该科学问题的了解和重视,通过学科交叉和合作加快我国在这一领域的研究。

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75.81%。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。

微生物异化Fe(Ⅲ)还原及其作用机制研究

微生物异化Fe(Ⅲ)还原是一个重要的生物及地球化学过程。文章围绕异化Fe(Ⅲ)还原细菌系统介绍了其代谢机理,对微生物异化Fe(Ⅲ)还原在地球化学中元素迁移和有机污染治理等环境修复方面的作用进行评述和展望。

Shewanella oneidensis MR-1异化还原Fe(Ⅲ)介导的As(Ⅲ)氧化转化

在实验室模拟条件下,研究了Shewanella oneidensis MR-1作用下Fe(III)还原和As(III)氧化动力学及其影响因素.结果表明,Fe(III)被还原为Fe(II)的同时伴随着As(III)氧化为As(V);S.oneidensis MR-1在含低浓度As(III)培养基上生长良好,在高浓度培养基上生长被抑制;As(III)通过制约菌体的生长与活性来抑制Fe(III)异化还原.同样,适量浓度的Fe(III)含量对As(III)氧化转化有很强的促进作用,但是过高浓度的Fe(III)浓度使得溶液中产生过多的Fe(II),从而对As(III)氧化转化有一定程度的抑制作用.此外,弱碱环境更有利于As(III)氧化转化.

不同Fe(Ⅲ)对活性污泥异化铁还原及除磷影响研究

以SBBR反应器活性污泥作为铁还原菌菌种来源,采用兼性厌氧/严格厌氧恒温培养试验,投加不同Fe(Ⅲ)考察各条件下的异化铁还原能力,同时比较对磷的去除效果.结果表明:2种条件下Fe(Ⅲ)还原能力具有较好的一致性,依次为:Fe(OH)3>氧化铁皮>青矿>红矿,其中严格厌氧条件下较好.同时,除磷效果与其呈正相关,富集培养至7d,Fe(OH)3及氧化铁皮体系出水磷浓度均达到2mg/L以下,之后继续降低,最终达到0.5mg/L以下.结合异化铁还原除磷机理,可以证明,不同Fe(Ⅲ)表面吸附作用对TP的去除贡献较小,其主要作用为铁还原菌驱动下的化学沉淀去除.

多糖对水稻土中异化Fe(Ⅲ)还原过程的影响

本研究通过土壤泥浆厌氧培养的方法,在水稻土中添加不同质量浓度淀粉和纤维素,探讨多糖作为电子供体对异化Fe(Ⅲ)还原过程的影响。结果表明,在2种水稻土泥浆的厌氧培养过程中,淀粉、纤维素可以促进水稻土中的异化Fe(Ⅲ)还原,其质量浓度在0～20 g/L时,Fe(Ⅱ)最大累积量和速率常数随质量浓度增加而增大,其对土壤中Fe(Ⅲ)氧化物异化还原的促进作用与土壤pH、有机质和无定形铁含量有关。对培养过程中pH与异化铁还原动力学数据的比较发现,在微生物正常生长的pH范围内,较低的pH利于Fe(Ⅲ)的还原。

异化Fe(Ⅲ)还原及其在污染治理中的作用

细菌的异化Fe(Ⅲ)还原指以Fe(Ⅲ)为末端电子受体在无氧条件下氧化有机物的产能过程,在生物地球化学循环中起着重要的作用。系统综述了异化Fe(Ⅲ)还原细菌与多种代谢反应相耦联的Fe(Ⅲ)还原过程、还原不溶性Fe(Ⅲ)氧化物的机制,及其与Fe(Ⅲ)还原相关的分子生物学的研究进展。介绍了国内外有关Fe(Ⅲ)还原在环境污染治理中的研究现状及其发展趋势。

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。

细菌的Fe(Ⅲ)还原

细菌Fe(Ⅲ)还原是生物进化过程中最早出现的生物能量代谢途径,多种古细菌和真细菌具有Fe(Ⅲ)还原能力。在细菌Fe(Ⅲ)还原的过程中,需要多种膜蛋白的参与,且受到多途径的调控,特别是多血红素的细胞色素在电子传递过程中发挥重要作用。细菌Fe(Ⅲ)还原在生命的进化和整个生物地球化学循环中起到重要作用,具重要的环境学意义。

腐植酸、EDTA、Cr(Ⅵ)调控猪粪尿废水异化Fe(Ⅲ)还原偶联VFAs的转化能力比较

以人工合成Fe(OH)3作为电子受体,在猪粪尿废水中添加具有铁还原能力的菌株,厌氧恒温培养,通过对猪粪尿废水中添加不同浓度腐植酸、EDTA、Cr(Ⅵ),揭示3种典型理化因素调控猪粪尿废水中异化Fe(Ⅲ)还原偶联挥发性脂肪酸(Volatile fatty acids,VFAs)转化能力。结果表明,电子穿梭体腐植酸促进Fe(Ⅲ)还原,加速VFAs降解,而络合剂EDTA和重金属Cr(Ⅵ)则会阻碍Fe(Ⅲ)还原,减缓VFAs降解。虽然三种影响因子影响机理不同、途径不同,但最终Fe(Ⅲ)还原和VFAs平衡点不变。

活性污泥中Fe(Ⅲ)还原微生物的分离、鉴定及还原特性

采用平板分离法和柠檬酸铁还原实验法相结合,从城市污水处理厂活性污泥中分离获得Fe(Ⅲ)还原菌F7,经形态观察、生理生化和16S rDNA序列分析及同源性比对鉴定为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)。在不同柠檬酸铁浓度和不同pH条件下的实验表明,柠檬酸铁浓度为0.32 g/L时,菌株生长情况较好,柠檬酸铁浓度为0.16 g/L时,Fe(Ⅲ)异化还原比例较高;pH 6.5时,菌株生长情况较好,Fe(Ⅲ)异化还原量较多。

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。

Fe(Ⅲ)异化还原对聚磷菌厌氧性能的影响

以污水处理厂活性污泥中主要除磷功能菌为研究对象,探讨了Fe(Ⅲ)的异化还原对菌株生长和除磷特性的影响,并比较了不同Fe(Ⅲ)的质量浓度和不同pH值条件下的情况。实验表明,Fe(Ⅲ)的异化还原有利于菌株的生长,促进了菌株释磷和厌氧吸磷。Fe(Ⅲ)质量浓度为0.078 g/L时,菌生长情况较好,厌氧释磷和吸磷效果较佳;pH=6.5时,菌株释磷和厌氧吸磷效果较好。

Fe(III)的微生物异化还原

异化Fe(III)还原微生物是厌氧环境中广泛存在的一类主要微生物类群,它们的共同特征是可以利用Fe(III)作为末端电子受体而获能。异化Fe(III)还原微生物具有强大的代谢功能,可还原许多有毒重金属包括一些放射性核素,还可降解利用许多有机污染物,在污染环境的生物修复中具有重要的应用价值。本文对异化Fe(III)还原微生物的分布、分类,代谢功能多样性以及异化Fe(III)还原的意义做了评述,旨在加强相关领域的研究人员对此的了解和重视,通过学科的交叉和合作加快我国在这一领域的研究。

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( )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。

Cu^(2+)在厌氧培养过程中对异化铁(Ⅲ)的影响

为探究Cu^(2+)对异化铁还原的抑制程度,以鄱阳湖沉积物浸提液作微生物接种液,人工合成的Fe(OH)3为唯一电子受体,研究测定了厌氧培养过程中Fe(Ⅱ)浓度的变化,探讨了添加不同浓度Cu^(2+)对异化铁还原过程的影响。结果表明,厌氧培养过程中不同浓度Cu^(2+)对异化铁还原有不同程度的抑制作用,主要表现在随着Cu^(2+)浓度的增加,异化铁还原开始所需的时间增长,当Cu^(2+)浓度增加到一定程度时几乎不发生异化铁还原。异化铁还原的速率越慢,铁还原量越小,铁还原量抑制量越大。

不同铁矿物对酱香型白酒封窖泥厌氧消化的影响

通过向废弃窖泥厌氧消化系统中分别添加强氧化性的水铁矿和弱氧化性但有导电性的磁铁矿,考察Fe(Ⅱ)、有机物、微生物群落结构等的变化,探究不同类型Fe(Ⅲ)矿物对窖泥厌氧消化的影响。结果表明,水铁矿组富集铁还原菌,Fe(Ⅱ)含量第12天迅速增加至900 mg/L,表明水铁矿发生了异化铁还原。磁铁矿组与对照组中Fe(Ⅱ)含量几乎一致,说明磁铁矿没有发生异化铁还原。水铁矿组和磁铁矿组中COD去除量分别比空白组增加了16.1%和4.9%,表明水铁矿和磁铁矿均促进了有机物的去除。磁铁矿组富集了Geobacter和Methanosarcina,促进了直接种间电子传递(DIET),增加了23.4%的甲烷产量,而水铁矿抑制甲烷化,降低了32.2%的甲烷产量。

异化金属还原菌的研究进展

微生物利用金属氧化物作呼吸作用的最终电子受体是一种新的代谢途径。该过程微生物利用有机底物异化还原金属氧化物进行生长代谢。异化金属还原菌对于研究探索古生物呼吸形式、界定生命的上限温度等生命科学问题具有重要研究价值,同时在生物整治、微生物燃料电池等方面具有广阔的应用前景。对异化金属还原菌进行了综述,并对这类菌的研究应用给予评述和展望。

异化Fe(Ⅲ)还原酶促反应及调控机制的研究进展

异化Fe(Ⅲ)还原菌不是分类学上的概念,它具有系统发育及环境来源多样性的特点。与其他大多数的电子受体不同,在近中性pH值条件下,Fe(Ⅲ)的溶解度很低,通常以不溶性的Fe(Ⅲ)氧化物的形式存在。目前,对微生物如何获得和还原不溶性Fe(Ⅲ)的机理仍缺乏系统的了解。以希瓦氏菌和地杆菌为例,本文综述了3种异化Fe(Ⅲ)还原的酶促反应机制及其分子调控机理:异化Fe(Ⅲ)还原菌与Fe(Ⅲ)氧化物直接接触机制、电子穿梭体的作用机制、铁载体作用机制,多种膜蛋白特别是多血红素的细胞色素蛋白参与微生物的异化Fe(Ⅲ)还原过程,并形成复杂的调控网络。此外,本文也对异化Fe(Ⅲ)还原酶促反应及其分子调控机理将来的研究方向进行了展望,以期对这一重要的生化过程有更为全面的认识。