奥奈达希瓦氏菌MR-1的Fe（Ⅲ）还原特性及其影响因素研究

论文摘要

异化铁还原是一种微生物代谢过程，在该过程中微生物以胞外不溶性铁氧化物为末端电子受体，通过氧化电子供体耦联Fe（Ⅲ）还原。异化铁还原能够降低有毒重金属毒性，促进芳香烃、卤代芳香烃等有机污染物的降解，同时也促进一些染料化合物降解，抑制厌氧环境中甲烷的产生。单宁酸和焦性没食子酸可与铁络合生成络合物，增大铁氧化物的溶解性，从而促进Fe（Ⅲ）还原。奥奈达希瓦氏菌MR-1（Shewancllaoneidensis MR-1）既可以在有氧环境也可以在厌氧环境下生长，不仅能生物修复卤化有机污染物，而且也能够还原和溶解某些难溶性的金属氧化物。本文选用该菌株为研究对象，研究不同因素对Fe（Ⅲ）异化还原的影响，并探讨添加有机酸络合剂对提高水稻土中Fe（Ⅲ）还原的作用。主要的研究内容和结果如下；1.奥奈达希瓦氏菌MR-1的Fe（Ⅲ）还原特性：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和柠檬酸铁这三种溶解度不同的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%；一定浓度的溶解氧对菌株MR-1的异化铁还原有一定的抑制作用；菌株MR-1可在pH5.0～9.0范围内对Fe（Ⅲ）进行还原；利用不同的蛋白质变性剂SDS和OGP证明菌株MR-1的Fe（Ⅲ）还原功能蛋白主要集中在细胞外膜。2.络合剂对奥奈达希瓦氏菌MR-1还原Fe（Ⅲ）的影响。结果表明：在电子供体充足的条件下，随着络合剂添加浓度的增加，菌株的Fe（Ⅲ）还原率增加；在单宁酸和焦性没食子酸投加浓度分别为5mmol·L-1和10mmol·L-1时，最高铁还原率达到57.07%、64.30%和44.60%、48.35%；反应后期铁还原率有所下降。3.添加不同有机酸络合剂对水稻土中Fe（Ⅲ）还原的影响。结果表明：铁还原率随着络合剂添加浓度的增加而增大，在三种土壤中的Fe（Ⅱ）生成量是砂姜黑土>黄褐土>红壤；在土壤微生物群落实验中，红壤在第3天达到最高铁还原率，后期因为环境pH值的下降致使铁还原率下降；黄褐土在反应初期铁还原率较稳定，后期显著增大；砂姜黑土中的微生物群落对Fe（Ⅲ）还原效率最高；在土壤泥浆实验中，添加络合剂明显加快水稻土中Fe（Ⅲ）还原速率，Fe（Ⅱ）生成量较对照显著提高，反应后期Fe（Ⅱ）生成量渐趋稳定。灭菌后水稻土中添加有机酸络合剂对S. oneidensis MR-1还原Fe（Ⅲ）的影响。结果表明：土壤浸提液中缺少该菌株还原Fe（Ⅲ）的有效电子供体，当添加该菌株还原Fe（Ⅲ）的优势电子供体时，红壤、黄褐土和砂浆黑土浸提液中的铁还原率为5.14%、8.95%和9.18%，添加单宁酸后铁还原率升高至8.59%、24.05%和37.99%；土壤泥浆试验中，红壤中Fe（Ⅱ）的生成量几乎没有变化，黄褐土和砂姜黑土中Fe（Ⅱ）的生成量得到了显著提高，且砂浆黑土>黄褐土。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 文献综述
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 供试土壤
• 2.1.2 药品与试剂
• 2.1.3 主要仪器设备
• 2.1.4 试验菌株的培养及菌悬液的制备
• 2.1.5 人工合成的 Fe（OH）3的制备方法
• 2.2 S. oneidensis MR-1 的 Fe（Ⅲ）还原特性
• 2.3 S. oneidensis MR-1 生长曲线的测定
• 2.3.1 不同电子供体对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 2.3.2 不同形态铁对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）能力的影响
• 2.3.3 不同 pH 对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 2.3.4 溶解氧对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 2.3.5 蛋白变性剂 SDS 和 OGP 对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 2.4 络合剂影响 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的试验设计
• 2.4.1 不同浓度单宁酸对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 2.4.2 不同浓度焦性没食子酸对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 2.5 添加不同络合剂影响土壤中 Fe（Ⅲ）还原的试验设计
• 2.5.1 微生物接种液的制备
• 2.5.2 微生物接种液添加不同浓度络合剂对 Fe（Ⅲ）还原的影响
• 2.5.3 土壤泥浆厌氧培养试验
• 2.5.4 土壤泥浆中添加不同浓度络合剂对 Fe（Ⅲ）还原的影响
• 2.6 灭菌后土壤中添加络合剂影响 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的试验设计
• 2.6.1 灭菌后微生物接种液添加络合剂对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 2.6.2 灭菌后土壤泥浆中添加络合剂对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 2.7 测定方法
• 3 结果与分析
• 3.1 S. oneidensis MR-1 的 Fe（Ⅲ）还原特性
• 3.1.1 S. oneidensis MR-1 菌株的生长曲线
• 3.1.2 不同电子供体对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 3.1.3 不同形态铁对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）能力的影响
• 3.1.4 pH 对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 3.1.5 溶解氧对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 3.1.6 蛋白变性剂 SDS 和 OGP 对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 3.2 络合剂对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 3.2.1 不同浓度单宁酸对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 3.2.2 不同浓度焦性没食子酸对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 3.3 土壤中添加不同络合剂对 Fe（Ⅲ）还原的影响
• 3.3.1 微生物接种液中添加不同浓度络合剂对 Fe（Ⅲ）还原的影响
• 3.3.2 土壤泥浆中添加不同浓度络合剂对 Fe（Ⅲ）还原的影响
• 3.4 灭菌后土壤中添加络合剂对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 3.4.1 灭菌后微生物接种中液添加络合剂对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 3.4.2 灭菌后土壤泥浆中添加络合剂对 S. oneidensis MR-1 还原 Fe（Ⅲ）的影响
• 4 讨论
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介