邢超[1]2014年在《生物质炭对水稻土中微生物Fe(Ⅲ)还原的影响》文中研究指明生物质炭（Biochar）作为我国目前农林废弃物再生利用途径之一，受到很多学者关注。生物质炭具有比表面积大、孔隙多、稳定性强、碳含量高、灰分含量高等理化性质，被广泛应用于农业土壤改良当中。生物质炭还有增汇减排的作用，对大气中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等温室气体具有一定的固定作用。稻田土壤作为甲烷气体的主要来源，一直是研究的焦点。经研究发现，在淹水条件下土壤会发生微生物Fe(Ⅲ)还原反应，这一过程可抑制甲烷的产生。故，生物质炭和微生物Fe(Ⅲ)还原反应都可作为抑制稻田温室气体排放的有效途径，但二者之间的关系如何仍不清晰。本研究通过实验室模拟水稻土淹水环境，向其中加入生物质炭来探讨生物质炭和微生物Fe(Ⅲ)还原反应之间的关系。试验共分为四部分，分别是：向酸性和碱性水稻土中加入不同用量的槐树皮生物质炭，来探讨不同添加量生物质炭对微生物Fe(Ⅲ)还原过程的影响；向不同水稻土中添加等量的槐树皮炭、苹果树枝炭和锯末炭来探讨不同种类生物质炭对微生物Fe(Ⅲ)还原过程的影响；向两种不同水稻土中加入等量的不同粒度的槐树皮炭来探讨不同粒径生物质炭对微生物Fe(Ⅲ)还原过程的影响；以及在两种水稻土中加入电子供体和电子受体及生物质炭，探讨电子供体和受体在生物质炭作用下对水稻土微生物Fe(Ⅲ)还原过程的影响。研究通过厌氧泥浆培养，定期测定体系当中Fe(Ⅱ)浓度及pH值的变化，来探讨生物质炭对水稻土中微生物Fe(Ⅲ)还原过程的影响。主要得到以下结论：（1）向酸性水稻土和碱性水稻土中分别添加不同量的槐树皮生物质炭，随着添加量的增加，水稻土中Fe(Ⅱ)浓度越大，pH值也越大。（2）经电镜扫描确定槐树皮炭表面最为粗糙，而苹果树枝炭最为光滑。叁种生物质炭对微生物Fe(Ⅲ)还原反应的影响没有明显差异。（3）随着加入生物质炭的粒度的减小，其对厌氧体系当中微生物Fe(Ⅲ)还原过程的促进作用越强。（4）在生物质炭存在的情况下，向水稻土中添加电子供体（葡萄糖），厌氧反应体系pH值出现急剧下降，且电子供体的加入可促进体系微生物Fe(Ⅲ)还原过程的进行。向水稻土中添加电子受体（无定形氧化铁）可明显增加厌氧反应体系的最大Fe(Ⅱ)积累量。在电子供受体同时存在的时候，生物质炭的加入可以增加体系初始pH值，在酸性水稻土中可加速厌氧微生物Fe(Ⅲ)还原过程，而在碱性水稻土中对Fe(Ⅲ)还原过程影响不明显。
孙丽蓉[2]2007年在《水稻土中异化铁还原过程及其影响因素研究》文中指出异化Fe(III)还原作用是一种微生物代谢,该过程使有机或无机的电子供体以Fe(III)作为终端电子受体而被氧化,使Fe(III)还原为Fe(II)。在自然界中只要有厌氧环境,几乎都会发生异化Fe(III)还原现象,并发现有异化铁还原微生物存在。然而直到最近10年,异化铁还原的重要性才逐渐为人们所认识。人们推测,异化Fe(III)还原可能是地球上最早的呼吸形式之一,在生命的进化历程中这一遗传烙印在一定范围和一定程度上都会被继承,且势必有更多的微生物种类都具有还原Fe(III)的能力或潜能。因此,加强异化Fe(III)还原研究对于揭示地球早期生命的能量代谢特征和生命进化具有重要的理论意义。水稻土作为研究氧化还原过程的一种模式系统一直受到人们的重视,并且其中铁的氧化还原占有重要地位。渍水土壤中氧化铁的还原作用在很大程度上受微生物的影响。在通常条件下,土壤氧化铁以微生物还原方式为主。所以,研究不同水稻土中Fe(III)微生物还原的特征及影响因素,不仅可深化人们对水稻田微生物生态的认识,而且对于阐明水稻土的形成及稻田生态系统中污染物的转化与修复机理具有重要的意义。水稻土中的异化铁还原过程与电子供体、受体、电子穿梭物质的作用密不可分,受到温度、光照等环境条件的影响。本文采用恒温厌氧培养的方法,较为系统的研究了不同电子供体及浓度、不同电子穿梭物质及浓度、不同电子受体及浓度对异化铁还原过程的影响。针对微生物生长的温度和光照等环境条件,探讨了水稻土中异化铁还原过程的变化。通过富集分离水稻土中的铁还原微生物,采用16S rDNA序列分析对P4菌株进行了系统分类鉴定。本论文的研究内容及获得的主要结果包括以下方面:1.研究了有机酸、糖类物质等电子供体对人工合成无定形氧化铁和水稻土中Fe(III)异化还原的影响。通过接种来源于不同水稻土中的混合微生物群落的混合培养试验发现,在缺乏电子供体的情况下,Fe(OH)3还原过程基本不会发生,表明体系中氧化铁的还原反应是典型的微生物学过程。添加不同电子供体后,不仅可改变铁还原过程中的Fe(II)最大累积量,也将导致Fe(III)还原过程的速率常数改变。利用有机酸盐作为电子供体时Fe(II)最大累积量大小顺序为:乳酸盐﹥丙酮酸盐﹥乙酸盐,铁还原率分别为56.70%(乳酸盐),45.47%(丙酮酸盐),35.10%(乙酸盐),Fe(II)的累积速率常数顺序为乳酸盐(0.816 d-1)﹥乙酸盐(0.520 d-1)﹥丙酮酸盐(0.318 d-1)。有机酸盐作为电子供体对异化铁还原过程的影响作用与其分子结构比如碳链长度、官能团等有关。糖类物质等作为电子供体也可以增加Fe(II)累积量和累积率常数,且在本试验条件下促进效果随浓度增加而增加。Fe(III)还原率分别为94.40%(葡萄糖),93.23%(果糖),97.38%(淀粉)和87.68%(纤维素)。速率常数分别为葡萄糖(0.937 d-1),果糖(1.035 d-1),淀粉(0.218d-1),纤维素(0.183 d-1)。土壤泥浆恒温厌氧培养试验表明,淀粉、纤维素等多糖可以促进水稻土中的异化铁还原,其浓度在0-20 g/L范围内时,Fe(II)最大累积量和速率常数随浓度增加而增大,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。2.研究了Cr(VI)、Cu(II)、As(V)和SO42-作为竞争电子受体时对水稻土中异化铁还原过程的影响。发现Cr(VI)作为竞争电子受体可使Fe(II)生成的时间滞后,且Cr(VI)浓度越大其生成Fe(II)滞后的时间越长。当Cr(VI)完全还原后,Fe(II)的积累才迅速出现。Cr(VI)的影响表现出典型的“生物—非生物联合转化”过程,即Fe(III)通过生物还原产生Fe(II),Fe(II)作为还原剂促使Cr(VI)向Cr(III)的化学转化。Cu(II)作为竞争电子受体时,Fe(II)的累积量和铁还原速率常数降低,且Cu(II)浓度越大对铁还原的影响也越大。当Cu(II)添加量为800 mg/kg时,铁还原被明显抑制。添加不同浓度As(V)后,土壤中Fe(II)的还原也被抑制,且随着浓度的增加抑制越明显。但是,As(V)的还原转化与Cr(VI)的还原过程有所区别。由As(V)和As(III)的形态分布看出,在铁还原同时存在下As(V)不可能完全被还原,反映出Fe(III)在反应过程中具有重要的调节机制。硫酸盐作为竞争电子受体时可增加水稻土中Fe(II)的最大累积量,且随硫酸盐浓度增大而增加,但Fe(II)的累积速率常数却随硫酸盐浓度的增加而持续降低。进一步的研究表明,土壤中异化铁还原微生物可以利用的碳源越多,SO42-对Fe(III)还原的影响越明显。3.采用微生物混合培养和土壤泥浆厌氧培养方法,研究了电子穿梭物质AQDS、黄腐酸(FA)对Fe(OH)3及不同水稻土中铁氧化物异化还原的影响。研究发现,在电子供体充足的情况下,Fe(OH)3的最终还原量并不受AQDS和FA加入量的影响,AQDS和FA对异化铁还原过程的促进作用主要是表现在增加Fe(OH)3还原的反应速率上。分别向浙江、吉林、四川和江西水稻土中添加AQDS后,土壤中Fe(II)的累积量和累积速率常数均有明显增加,表明AQDS对促进土壤中晶体氧化铁的微生物还原具有重要作用。4.采用土壤泥浆厌氧恒温培养和转温培养的方法,研究了温度对水稻土中异化铁还原过程的影响。在10℃-50℃范围内,温度升高不仅可以增加水稻土中Fe(II)的累积量也可以增加Fe(II)的累积速率。水稻土异化铁还原过程中Fe(III)/Fe(II)比值能够反映培养体系中Eh的变化,升高温度可导致Fe(III)/Fe(II)比值迅速降低,还原能力增加。当土壤中有机质含量较高时,有利于微生物铁还原反应的进行,其氧化还原电位(Eh)也相对较低。当温度升高时,加速的有机质的分解,可增加土壤中氧化铁的还原潜势,导致微生物铁还原过程加速,其Eh值也下降迅速。温度升高可促进微生物对于游离铁的利用,从而促进了水稻土中的异化铁还原过程。由转温培养试验看出,温度对铁还原过程的影响可能是加速反应初期有机质的迅速矿化,产生易被铁还原微生物利用的小分子碳源,从而促进土壤中氧化铁的还原。而当培养一段时间后再升温时,易分解的有机质已有所消耗,温度的效应也随之减弱,故Fe(II)的最大累积量也有所降低。5.采用土壤泥浆恒温厌氧培养的方法,模拟自然条件设置光照培养、避光培养、光照转避光培养及避光转光照培养四种模式,研究了光照对水稻土中异化铁还原过程的影响,并采用光学摄影显微镜初步鉴定了光合微生物的特征。研究表明,光照对水稻土异化铁还原过程的影响因土壤种类而异。光照条件对某些酸性土壤中(江西和湖南水稻土)氧化铁的还原过程几乎不产生影响;而在一些石灰性土壤中(四川和天津水稻土),在光照培养初期与避光培养基本相同,均表现为Fe(II)生成量逐渐升高的趋势。随着光照导致的蓝细菌的不断产生,光照处理中Fe(II)浓度开始降低,较之避光培养Fe(II)浓度在2种水稻土中分别降低了54.75%和78.13%。进一步的光照条件转化试验发现,石灰性土壤由避光转为光照培养后,Fe(II)生成量经过一段时间滞后,然后急剧降低,而由光照转为避光培养后,Fe(II)浓度均迅速增大,表明光照可以引起土壤中铁氧化还原平衡状态的变化。对厌氧光照培养条件下出现的绿色微生物菌体进行镜检及叶绿素光谱扫描发现,石灰性土壤在光照培养条件下可产生具有光合放氧能力的蓝细菌,其特征光吸收波长为664nm。验证了光照体系中土壤Fe(II)浓度降低是由于蓝细菌利用光合系统II进行产氧光合作用引起的化学氧化所导致的。根据镜检初步确认,天津水稻土中的蓝细菌主要是念珠蓝细菌属,四川水稻土中主要是鱼腥蓝细菌属。硫酸盐加入后可以显着抑制光合蓝细菌繁殖,延迟Fe(II)的光氧化过程。6.采用富集培养方法,从四川水稻土中分离得到一株兼性厌氧、革兰氏阴性的杆状菌株P4。采用PCR技术获得了1325 bp的铁还原菌株(P4)部分16S rDNA序列。经NCBI的MegaBlast同源性分析和构建铁还原菌株P4与相关菌株16S rDNA的系统进化树,将P4菌株归属为厌氧丁酸梭状芽胞杆菌。不同碳源利用试验表明,铁还原的最大反应速率大小顺序为:葡萄糖>丙酮酸盐>乳酸盐>>琥珀酸盐>丙酸盐>乙酸盐。菌株P4利用葡萄糖的Fe(III)还原率达到63.79%,丙酮酸盐为22.19%,而其他几种碳源的铁还原率均在10%以下,显示出葡萄糖和丙酮酸盐可作为菌株P4的优势碳源。通过本文的研究,对水稻土中电子供体、电子受体及电子穿梭物质等因素与异化铁还原的关系有了更为深入的了解,验证了培养温度及光照等环境条件对土壤泥浆培养过程中异化铁还原反应的影响程度,探讨了水稻土中异化铁还原过程的调控强化措施,加深了对水稻土中异化铁还原过程的认识,并为利用异化铁还原过程处理环境污染及其主要调控措施提供了理论依据,将为土壤环境的自净化潜能研究及污染土壤的生物修复技术建立提供新的思路。
孙丽蓉[3]2004年在《不同电子供体对水稻土中铁还原的影响》文中指出氧化铁是土壤中最为丰富的金属氧化物，在土壤的氧化还原反应和土壤形成过程中起着十分重要的作用。淹水又是促进氧化铁形态转化的重要因素之一。土壤淹水后，微生物利用外界的Fe(Ⅲ)作为电子受体，氧化体内的基质（电子供体），从而使Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ)。这种过程被称为异化铁还原作用。他能够直接影响土壤中N、P、K及Si等营养元素的有效性，并且对有机污染物的降解具有重要的意义。因此，研究异化铁还原作用的环境学意义已成为当今土壤环境化学的热点问题。水稻土中氧化铁的还原程度受土壤中不同电子供体和受体的制约。通过添加有机物，一方面可以增加电子供体数量，同时也改变土壤中氧化铁的络合与溶解作用能力。利用这种电子竞争的特征，可以作为消除或减少土壤污染物的有效途径。本文选用铁的氧化还原周期性发生的水稻土为材料，采用室内淹水密闭恒温培养的方法研究了不同土壤以及不同土壤的不同微团聚体中铁还原特征，通过在不同的培养时间添加醋酸盐、丙酸盐和葡萄糖3种有机物作为电子受体对原土和耗竭有机质后的土壤中铁还原的影响的研究，比较来源于不同水稻土的微生物在异化铁还原过程中对乙酸盐、丙酸盐、葡萄糖利用能力的差异，为更深入地研究该过程及其环境意义提供科学依据。五种水稻土样分别采自吉林、湖南、四川、江西和广东等省区。实验获得以下主要结果：1. 不同水稻土中Fe(II)生成的平衡浓度是不同水稻土的重要特征，其数量与土壤中微生物的种类、易还原氧化铁的数量、其它电子受体的种类和数量、电子供体的数量有关。铁还原反应趋于稳定时所产生的Fe(II)的浓度各不相同，大小顺序是：土样1(JL)>土样3(SC)>土样5(GD)>土样4(JX)。2. 不同土壤及不同反应阶段的铁还原速率有着明显的区别。土样1(JL)和土样3(SC)没有测出明显的启动期，这与培养温度(30℃)较高有关。江西水稻土和广东水稻土中微生物繁殖具有明显的启动时间。在铁还原反应快速增加阶段，表观平均还原速率大小为：土样3(SC)>土样4(JX)>土样1(JL)>土样5(GD)。在铁还原稳定期，除土样5(GD)以外，其它土壤的平均反应速率差别不大。土样5(GD)的反应速率较大由其土壤中富含氧化铁所致。3. 不同土壤及不同团聚体中铁还原差异主要是由不同组分中氧化铁的化学形态及有机质含量，微生物数量及其活性决定。对不同大小的微团聚体来说，除广东的水稻土外，不同大小的微团聚体之间的铁还原程度都表现为：（<0.001mm的微团聚体）>?.001～0.05 mm的微团聚体）>?.05～0.25mm的微团聚体）；对于广东水稻土，其<0.001mm和0.05～0.25mm的微团聚体中的有机质数量可能是限制铁还原的关键因素。
刘硕[4]2006年在《异化铁还原对水稻土中苯系物降解的强化作用》文中指出异化Fe(III)还原过程对厌氧环境中有机物的代谢及一些无机物的形态转化具有显着的影响。多数异化Fe(III)还原微生物可通过利用H2和有机电子供体使Fe(III)还原,并从中获得能量进行生长。在受污染的含水土层中,异化Fe(III)还原过程通过作为污染物氧化的电子受体而使得有机污染物降解。纯培养研究进一步证实,一些异化Fe(III)还原微生物可以利用芳香化合物作为电子供体,促进芳香族碳水化合物的氧化过程。因此,异化Fe(III)还原过程在促进厌氧环境中有机污染物的降解,强化污染环境的微生物原位修复方面具有广阔的应用前景,已逐渐受到国内外学者的重视。本文选择我国典型的水稻土为供试材料,采用土壤泥浆厌氧恒温培养及微生物接种液混合培养的研究方法,初步探讨了厌氧微生物利用甲苯、苯胺、苯酚和苯甲酸以及作为唯一碳源时对微生物Fe(III)还原过程的影响,比较了不同浓度苯系物对Fe(III)还原过程影响的差异,以及电子穿梭体(AQDS)对Fe(III)—苯系物氧化还原体系的调节作用。通过对自然水稻土与有机质耗竭性水稻土的比较,研究了水稻土中Fe(III)还原过程对不同苯系物的利用潜力。采用模拟苯酚污染的土壤,探索了微生物Fe(III)还原过程对强化苯酚降解的可能性。主要得到以下结论:(1)由水稻土中提取的微生物可以利用苯系物作为唯一碳源,在厌氧降解的同时将电子转移给Fe(III),促使氧化铁还原为Fe(II),但利用不同苯系物的铁还原难易程度有所差异,铁还原率表现为苯甲酸最高(53.99 %),甲苯为最低(19.55 %)。4种苯系物作为碳源时的铁还原率均低于以葡萄糖为碳源时的铁还原率(71.16 %)。(2)混合培养过程中,不同浓度苯系物对氧化铁还原过程有不同程度影响。在所设置的浓度范围内,苯胺、苯酚、苯甲酸浓度为1.0~2.0 mmol/L时,促进铁还原过程;甲苯浓度为2.0~4.0 mmol/L时,促进铁还原过程。以2.0 mmol/L苯系物作为碳源时,蒽醌-2,6-二磺酸盐(AQDS)可明显地促进苯系物与氧化铁之间的电子传递。(3)土壤厌氧培养过程中,添加苯系物后抑制了土壤中铁还原反应,不同苯系物的抑制程度不同。苯酚、苯甲酸抑制程度较大,培养过程中基本上没有Fe(II)生成,甲苯、苯胺抑制程度较小,铁还原在一定程度上可以进行。添加外源氧化铁后,不同苯系物处理中铁还原程度都有增加,但增大程度不同,其中苯甲酸处理中Fe(II)累积量增加最多,甲苯、苯胺处理中也有一定程度增加,苯酚处理中增加程度最小。(4)采用耗竭性水稻土的厌氧培养过程中,添加苯系物后强烈地抑制了土壤中铁还原反应。苯酚和苯甲酸处理的抑制程度大,而甲苯和苯胺处理的抑制程度较小。和自然水稻土进行比较,有机质耗竭性水稻土中添加氧化铁后,各处理中Fe(II)累积量增加程度减小。
谭中欣[5]2003年在《水稻土中铁还原及其电子传递特征研究》文中认为铁的氧化还原过程是水稻土的重要特征之一。尤其是铁的微生物还原过程，不仅对水稻土的基本属性有重要影响，而且在土壤环境化学方面具有特殊的意义。氧化铁作为电子受体可以促进水稻土中有机物的降解，竞争抑制了有机物向甲烷的转化，对稻田甲烷排放有着重要影响。水稻土中氧化铁的还原程度受土壤中不同电子供体和受体的制约。通过添加有机物，一方面可以增加电子供体数量，同时也改变土壤中氧化铁的络合与溶解作用能力。不同电子受体间的氧化还原能力差异决定着土壤中电子传递的流向。利用这种电子竞争的特征，可以作为消除或减少土壤污染物的有效途径。 本研究选用采自我国4省份的典型水稻土为供试样品，通过室内恒温培养试验，研究了添加EDTA、黄腐酸及醋酸盐3种有机物和添加NO_3~-、SO_4~(2-)及Cr(Ⅵ)等电子受体后对土壤中铁还原的影响，同时对土壤含水量和温度等影响铁还原的因素进行了比较。实验获得以下主要结果： 1．由4种水稻土自身的铁还原能力比较，吉林和广东水稻土的还原潜势大，而江西水稻土的还原潜势最小，表明不同土壤中的易还原氧化铁数量不同及被微生物利用的程度不同。通过添加无定形氧化铁的试验发现，4种土壤中Fe(Ⅱ)生成量都有明显增加，表明土壤中存在较强的微生物还原潜力。 2．温度升高，土壤中铁还原量和还原速率度增大，其中吉林水稻土受温度影响最大。随着培养的水土比升高，不管是加铁还是不加铁的，对铁还原都有明显促进作用。 3．添加NO_3~-、SO_4~(2-)和Cr(Ⅵ)等电子受体后，NO_3~-和Cr(Ⅵ)表现出明显抑制铁还原的作用，而SO_4~(2-)对铁还原没有显着影响。NO_3~-的还原可直接竞争电子供体，而Cr(Ⅵ)还原则是通过氧化消耗Fe(Ⅱ)的机制进行。因此，铁还原可以作为降低土壤中Cr(Ⅵ)污染的有效方法。 4．添加黄腐酸和醋酸盐等有机物后，在吉林和广东水稻土中铁还原有明显增加，并且醋酸盐的作用大于黄腐酸，而在四川和江西水稻土中铁还原量与对照没有显着差异，表明不同土壤中的有机物种类对铁还原也有明显的影响。 5．土壤中甲烷产生量有很大的差异，并且添加氧化铁对水稻土中温室气体产生具有显着影响。厌氧培养条件下，不同土壤产甲烷能力的顺序表现为：四川土＞江西土＞吉林土＞广东土，添加氧化铁可显着抑制土壤中CH_4和CO_2形成。 6．广东土壤中N_2O气体产生量显着大于其它3种土壤。吉林、四川和江西水稻土在厌氧培养1-2天内N_2O产生即可消失，而广东土的释放高峰期则可持续到7天，表明土壤性质对N_2O气体产生有重要影响。
吴超[6]2013年在《初始pH值对水稻土微生物铁还原的影响》文中进行了进一步梳理异化铁还原是指微生物将外部的Fe(III)作为电子受体，将Fe(III)还原成Fe(II)的过程，该过程自然地发生在土壤、水体沉积物和地下环境，是极其重要的地球化学过程之一。异化铁还原过程被证实不仅对铁循环存在重要影响，而且还和水稻土中氮磷等养料的分布、有机物的分解转化以及重金属的迁移转化有着紧密的联系。pH值是影响异化铁还原的重要因素之一，不仅会直接影响水稻土中Fe(III)溶解度及各氧化还原体系间的化学反应，而且还会影响微生物生长和形态，及其代谢过程中酶的活性。此外，土壤pH值也是全球范围内细菌多样性和群落结构的重要决定因子。过往的研究多集中报道中性环境中异化铁还原过程及相关微生物的生长情况，培养的手段多限于纯培养，关于泥浆培养和混合培养体系中铁还原过程与pH值关系的报道相当少见。本研究望通过泥浆培养和混合培养体系综合比较不同初始pH值对水稻土铁还原过程的影响。另还对强酸碱性水稻土中的铁还原微生物进行了分离、筛选与鉴定。主要得到以下结论：（1）碱土和酸土互换pH值之后，水稻土铁还原反应在碱性条件下存在一定相似性，而在酸性条件下明显的相似性不可寻。且随着pH值的升高，水稻土铁还原反应均受到明显的促进作用。水稻土微生物群落铁还原能力在碱性环境中相似性最小，在酸性环境中居中，在中性环境中最大。此外，pH值的升高一定程度上可以提升铁还原过程反应的程度，但对铁还原进行的过程存在一定的抑制作用。（2）初始pH值和土壤类型对水稻土铁还原过程影响显着。在试验所选取的pH值范围内，初始pH值与水稻土铁还原过程呈显着正相关，与水稻土微生物群落的铁还原能力均有显着性负相关关系，但JL微生物群落在初始pH值为6.00时最佳。由此可见，初始pH的改变对铁还原过程的影响是对微生物群落和水稻土土壤组分共同影响的结果。混合培养前期，初始pH对微生物群落铁还原能力影响不显着，待pH值降至4~5之后铁还原能力出现差异。这一现象为兼性铁还原细菌在铁还原过程中占据不可忽视的地位提供了新的依据。（3）强碱性水稻土中分离得到的微生物能够在土壤浸提液制备的培养基中生长良好。且其中存在具有铁还原能力的菌株，铁还原率多集中在5~10%之间。4株典型铁还原菌株具有相同的菌落特征：白色、圆形、有光泽、扁平、边缘平滑、表面光滑、不透明、无味。12-15和56-10的细胞呈短杆状，属革兰氏阳性菌；34-4和78-5的细胞呈杆状，属革兰氏阴性菌。菌株56-10相似度最高的是Paenibacillus odorifer TOD45(T)，相似度为99.09%。菌株78-5与Bacillus anthracis Aems相似度最高，相似度为95.85%。4株铁还原菌均在pH值10.51介质中生长良好且铁还原能力高，而在pH值7.00介质中生长和铁还原能力微弱，其铁还原率和最大铁还原速率存在显着差异，表明该4株菌株属于嗜碱性铁还原菌。（4）强酸性水稻土中分离得到的微生物能够在土壤浸提液制备的培养基中生长良好。且其中存在具有铁还原能力的菌株，铁还原率多大于90%。2株典型菌株具有相同的菌落特征：白色、圆形、有光泽、扁平、边缘平滑、表面光滑、不透明、无味。菌株1-25细胞呈杆状，属革兰氏阴性菌；菌株2-49的细胞呈短杆状，属革兰氏阳性菌。与菌株1-25相似度最高的是Clostridium beijerinckii NCIMB8052(T)，相似度为99.66%。菌株2-49与Sphingomonas hankookensis ODN7(T)相似度最高，相似度为99.02%。在试验所选取的pH值范围内，发现菌株1-25的生长和介导铁还原反应的最适pH值为7.00，并非嗜酸性微生物。菌株2-49最适生长pH值为6.00，最适进行铁还原过程的pH值为4.84，并非严格定义上的嗜酸性微生物，只具有一定耐酸性。
米娜娜[7]2015年在《生物质炭对水稻土中微生物Fe（Ⅲ）还原及碳源利用过程的调控》文中认为微生物Fe(III)还原是厌氧水稻土中重要的生物化学过程之一,对稻田土壤的化学行为具有显着的影响。生物炭具有的孔隙度高、比表面积大等性质使得其对于全球变暖和增汇减排方面的研究比较多。生物炭与微生物Fe(III)还原都可以对温室气体产生一定的抑制作用,可是关于二者的关系研究尚少。本研究通过实验室模拟水稻土淹水环境,加入生物质炭或吸附处理后的生物炭,探讨了生物质炭与水稻土中微生物异化Fe(III)还原过程的关系。试验分为以下四个部分:向不同种类的水稻土中添加不同用量的生物质炭和不同粒度的生物炭;在生物质炭存在的条件下向体系中补加电子受体和供体探讨添加生物炭和不同有机碳源(葡萄糖、乙酸钠、丙酮酸钠和乳酸钠)条件下土壤泥浆中Fe(II)浓度和pH值的变化,采用Logistic模型对Fe(III)的还原特征进行了拟合分析;为了研究不同粒径和不同吸附时间的生物炭对不同碳源的吸附情况,以及其对不同水稻土中铁还原过程的影响情况,以及在添加了被处理后的生物炭条件下不同碳源对水稻土铁还原特征的影响,以采自吉林(JL)和贵州(GZ)水稻土为供试土壤,采用恒温泥浆厌氧培养的方式和土壤微生物群落的混合培养试验。测定了向水稻土中分别添加不同吸附处理后的生物炭土壤泥浆和微生物群落混合培养中Fe(Ⅱ)浓度和pH值的变化。试验得到以下主要结论:(1)在不同水稻土壤中添加生物质炭,可提高体系的初始pH值。随着厌氧培养过程的进行,其对体系pH值的影响逐渐减弱,培养后期的pH值与对照保持一致。表明生物炭对水稻土pH值的影响是短暂的,不会持久性改变土壤pH值。明确了关于“生物质炭可能具有增加土壤pH值的风险”方面的认识。(2)在不同类型水稻土中(酸性、中性和碱性水稻土),随着添加生物质炭量的增加体系中Fe(II)浓度表现出明显增大的趋势,铁还原特征值(铁还原潜势、最大铁还原速率及最大铁还原速率对应的时间)具有明显的差异。表明添加生物炭具有调控水稻土铁还原过程的能力,预示着通过添加生物炭可以调控水稻土中的主要生物化学过程,显示出潜在的环境意义。(3)添加生物质炭的粒度对水稻土中微生物铁还原过程具有明显的影响。体系Fe(II)累积浓度与生物质炭粒径大小呈负相关关系,粒径越小体系中Fe(II)浓度越大。表明生物炭对铁还原过程的调控能力与生物炭的比表面大小具有显着的相关性,部分揭示了生物炭调控水稻土铁还原过程的内在机理,即通过改变表面吸附过程可能对微生物铁还原过程产生明显的促进作用。(4)添加生物炭可以促进吉林(YJ)和江西(NC)两种水稻土中的Fe(III)还原能力。添加生物炭条件下,不同外源有机碳对水稻土中Fe(III)还原特征的影响存在差异,在吉林水稻土中对Fe(III)还原的调控能力显着大于江西水稻土。两种水稻土均能较好地利用乳酸盐、丙酮酸盐和葡萄糖还原Fe(III),而添加乙酸盐后的Fe(III)还原则表现出一定的滞后性。添加乳酸盐处理最大Fe(III)还原速率高于其他有机碳源,且达到最大Fe(III)还原速率的时间最短,表明乳酸盐是2种水稻土中铁还原过程的优势碳源。添加发酵性的有机碳源可显着影响泥浆培养过程中的pH值,有机碳源对江西水稻土pH的影响明显大于吉林水稻土,表明吉林水稻土中对发酵过程产生的氢的利用能力优于江西水稻土。(5)泥浆培养实验中,添加吸附了葡萄糖和丙酮酸盐的叁种粒径的生物炭都会使Fe(II)的累积量增加,Fe(III)还原的速率越大,且达到平衡的时间最短;吸附了发酵性有机碳源的生物炭可使反应体系的pH值急剧下降。(6)混合培养试验中,添加同一粒径的生物炭吸附时间越长的,Fe(II)累积量越多;在吸附时间相同的情况下,粒径越大的生物炭Fe(II)的累积量越低;添加了吸附处理的生物炭都会使体系的pH降低。
查文文[8]2017年在《聚合氨基酸对北方水稻土中氧化铁转化与活性有机碳组分的影响》文中研究指明氧化铁在土壤中的含量较为丰富,由于其氧化还原特性,其形态、结构及性质易受环境影响而发生变化。淹水厌氧环境下土壤微生物以有机质等作为电子供体,经电子传递使Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ)。该过程能够缓解重金属毒性、抑制甲烷排放,对土壤有机污染物的降解与净化方面有重要意义,因此研究铁转化及其还原是当今环境化学的热点问题。土壤中电子供体及受体数量是限制氧化铁形态转变及铁的还原的因素之一,而添加外源有机物料,一方面可增加土壤电子供体数量从而促进Fe(Ⅲ)还原,另外通过增大与氧化铁的接触,使铁的溶解度增加,促进其活化络合。水稻土施用聚合氨基酸不仅能给稻田提供养分,还能改变其土壤有机碳组成,因此能在不同程度上影响土壤中氧化铁的转化,使氧化铁含量和形态存在较大的分异。本研究以中国北方不同类型(棕壤型、草甸土型和滨海盐渍型)水稻土为研究对象,采用室内恒温淹水厌氧培养方法研究不同类型水稻土氧化铁形态变化特征,通过添加γ-聚谷氨酸(γ-PGA)和聚天冬氨酸(PASP)两种外源肥料增效剂对水田土壤铁还原、氧化铁形态及活性有机碳组分的影响研究,比较不同起源水稻土在氧化铁形态及铁还原过程中对两种外源氨基酸的利用能力的差异,并探究氧化铁形态和铁还原与土壤活性有机碳组分间的相关关系,为深入研究该过程提供科学依据。实验结果如下:(1)供试的北方3种典型水稻土中,游离铁含量由高到低为:滨海盐渍型>草甸土型≥棕壤型;络合态铁含量:棕壤型>滨海盐渍型≥草甸土型;而无定形铁含量由高到低为:棕壤型>滨海盐渍型>草甸土型。(2)外源聚合氨基酸对各水稻土中氧化铁形态转化的影响不同:添加γ-聚谷氨酸和聚天冬氨酸对水稻土游离氧化铁的含量没有明显影响;而添加γ-聚谷氨酸能有效增加水稻土中无定形铁和络合态铁的含量,有利于提高土壤中有效铁含量,显着活化铁氧化物,抑制各类型水稻土中铁的老化;而聚天冬氨酸对水稻土无定形铁和络合态铁没有明显的激发效应。(3)添加γ-PGA和PASP均能促进各类型水稻土中氧化铁的还原,且γ-PGA对铁的还原能力较PASP强。γ-PGA和PASP处理下对各水稻土中铁还原能力的顺序相同,其大小均依次为:棕壤型>草甸土型>滨海盐渍型。(4)不同类型水稻土中Fe(Ⅱ)的生成一定程度上降低了游离铁的转化,使其结晶化得到抑制,同时,Fe(Ⅱ)与无定形铁和络合态铁显着的正相关关系表明土壤中铁氧化物的反应性与铁化合物的形态有关:通常即铁氧化物的络合活化程度愈厉害,则反应性增强愈甚。(5)γ-PGA促进了土壤碳库的累积,提升了土壤有机碳库的稳定性。而叁种水稻土经PASP处理后虽然在一定程度上提高了土壤中微生物量碳的比例,但却抑制了对土壤中ROC的分解转化,其对维持碳库稳定和提升土壤有机碳的积累效果不及γ-PGA。(6)叁种水稻土中的活性有机碳组分(ASOC)组分含量与氧化铁形态有一定的联系,ASOC组分含量的提升能有效阻碍氧化铁的沉淀,妨碍晶质氧化铁的形成,活性有机质与铁的结合,通过还原使铁进入土壤溶液中,从而促进了氧化铁的活化,从而抑制铁的结晶老化。
刘湛[9]2011年在《厌氧富集培养对水稻土中铁还原菌种群结构的影响》文中研究说明铁还原菌是具有叁价铁还原功能的一类微生物的总称。铁还原菌在重金属污染的生物修复、有机物污染的生物降解、微生物电池开发以及对全球物理化学循环方面都有应用价值。研究厌氧条件下碳源种类和数量对水稻土中铁还原菌群落多样性的变化,将为异化铁还原反应原理研究和铁还原菌在重金属污染修复方面的应用提供理论依据。随着微生物分子生态学技术的不断进步,发现环境中的有机物会显着影响铁还原菌的群落结构。本试验采用有机质耗竭的水稻土样品,添加人工合成的氧化铁和混合碳源进行厌氧恒温培养,并借助RFLP等技术手段研究厌氧富集培养对水稻土中铁还原菌种群多样性的影响,比较了不同培养时间铁还原菌种群结构的差异,并通过纯培养实验,对分离菌株的铁还原率进行了比较,探讨了不同培养阶段所分离铁还原微生物的铁还原能力。试验设置了0d、1d、7d、14d、21d、28d和50d等7个不同采样点,使用封口膜厌氧培养法分别获得菌株108、113、112、75、80、80和80个,厌氧干燥器培养法分别获得菌株87、72、15、75、80、80和80个；对1135个细菌16S rDNA基因进行扩增,7个处理总共获得682个克隆,RFLP分析中分别获得18、5、6、2、6、8和6个酶切类型,总共27种酶切类型,其中包括11种优势类型和14个单一克隆。试验获得以下结果：(1)水稻土富集培养0d、1d、7d、14d、21d、28d和50d分别得到的OTU数分别为18、5、6、2、6、8和6,库容分别为88.5%、100%、97.1%、98.2%、95.2%和96.2%,能够较好的代表水稻土中异化铁还原菌的群落多样性。(2)从多样性指数(H和D指数)和均匀度PIE指数上来看0d>28d>1d>50d>7d>21d>14d。0d由于种类组成丰富、群落结构复杂,其多样性指数是7个处理中最高的,而14 d是最低的,说明14 d的群落结构相对比较单一。物种丰富度指数(dMa和R2指数)结果为：0d>28d>50d=7d>1d>21d>14d。7d和28d丰富度指数分别高于前后的两个时期,说明7d和28d时铁还原菌对碳源的利用活性相对较高。将50d的多样性指数与0d对照发现多样性指数和丰富度指数均有降低,说明添加外源铁和混合碳源的厌氧富集培养过程使得优势类型比例增加,总类群数减少,水稻土铁还原菌的多样性、均匀度和丰富程度均有所降低。(3)比较厌氧培养不同时间铁还原菌的铁还原率发现使用厌氧干燥器培养7d时,铁还原能力强的细菌生长比例最高,生长活性最好。(4)添加混合碳源厌氧富集水稻土中铁还原菌群落的优势类型为芽孢杆菌、葡萄球菌和类芽孢杆菌。厌氧富集培养中铁还原能力较强的菌株主要分布于优势类型T1中,优势类型T1与葡萄球菌属葡萄球菌,芽孢杆菌属蜡样状芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌相似度较高。通过上述结果可以得出结论,添加人工合成的水合铁,以及葡萄糖、乳酸盐和乙酸盐组成的混合碳源进行厌氧富集培养时,水稻土中铁还原菌群落结构发生了较大的改变：铁还原菌比例升高,对碳源的利用能力增强,铁还原能力也增强；铁还原菌群落结构达到稳定所需要的时间增加；芽孢杆菌和葡萄球菌的生长占优势地位。
李丽[10]2008年在《电子传递物质对水稻土中微生物铁还原的影响》文中进行了进一步梳理厌氧水稻土中氧化铁的还原是微生物介导的异化还原,是微生物利用Fe(III)作为最终电子受体所进行的厌氧呼吸过程。水稻土中的Fe(III)主要以各种氧化物形式存在,针铁矿及赤铁矿等晶体结构的铁氧化物是难以被微生物利用,因为晶体氧化铁不易与微生物菌体外膜接触。然而,在Lovley提出电子穿梭体概念以后,人们对晶体氧化铁的还原机理有了新的认识。从微生物菌体外膜蛋白到Fe(III)氧化物的电子传递可以通过中间体来完成,这一中间体被称为电子穿梭物质,从而促进Fe(III)氧化物的还原。蒽醌-2,6-二磺酸盐(anthraquione-2,6-disulfonate, AQDS)、腐殖酸、核黄素(VB2)及维生素B12(VB12)是已知的具有电子传递作用的有机物,在自然界中具有参与碳片段的还原和转移的功能。作为与电子传递有关的物质,探讨其对微生物铁还原过程影响,对于深化微生物铁还原机理认识,强化及调控水稻土中铁的异化还原过程具有重要的理论意义。分别通过土壤泥浆厌氧培养、不同水稻土浸提液接种的微生物群落厌氧培养及具有铁还原功能的菌株的纯培养试验,探讨了添加蒽醌-2,6-二磺酸盐(anthraquione -2,6-disulfonate, AQDS)、黄腐酸(FA)、钴胺素(VB12)及核黄素(VB2)等不同电子传递物质对微生物铁还原过程的影响特征,验证了其作为电子传递物质时的潜在功能,比较了不同电子传递物质作为碳源时被铁还原微生物的利用程度。研究获得以下主要结论:(1)在微生物群落培养试验中,添加AQDS相对于对照处理中的Fe(III)还原速率明显增加,并且随着AQDS添加浓度的增加对Fe(OH)3还原的促进作用愈明显。证实了AQDS在体系中作为电子穿梭体起到了传递电子的作用,促进了微生物铁还原过程。不同水稻土中浸提出的微生物对Fe(OH)3还原能力不同,其中四川水稻土中微生物群落对Fe(OH)3还原能力大于浙江水稻土微生物群落,而浙江水稻土微生物群落对AQDS的响应更敏感,即AQDS对Fe(OH)3还原的促进作用更明显。(2)在微生物群落培养试验中,添加FA明显加快了Fe(OH)3还原,且随着FA添加浓度的增加,对Fe(OH)3还原的促进作用增强,尤其在四川水稻土微生物群落中FA对Fe(OH)3还原的促进作用最明显。证实了FA在铁还原过程中起到了传递电子的作用,能够促进水稻土微生物群落中的异化铁还原反应。(3)采用分离纯化的具有铁还原功能的菌株的纯培养试验中,添加AQDS可显着增加体系中Fe(OH)3的还原速率。铁还原菌株SC-a09、SC-a24、JX-a03及JX-a12对Fe(OH)3的还原能力具有一定差异,对AQDS的响应也有不同。添加AQDS对菌株SC-a24及JX-a03的Fe(OH)3还原促进作用更为明显。进一步证实了AQDS能够作为电子穿梭物质在铁还原过程中加速电子传递的功能。添加FA能够促进菌株SC-a09、SC-a24及JX-a03对Fe(OH)3的还原,而菌株JX-a12对FA的响应较弱。(4)在土壤泥浆厌氧培养试验中,向水稻土中添加不同浓度AQDS,不仅影响Fe(III)还原速率,还增大了Fe(II)产生量。在培养初期,AQDS加快了水稻土中Fe(III)还原速率,并且Fe(III)的还原量是随着AQDS加入浓度的增加而增大;在培养后期,Fe(II)产生量相对于对照显着提高,表明AQDS对水稻土中晶体氧化铁的生物还原具有重要作用。向水稻土中添加不同浓度FA对Fe(III)还原没有明显促进作用,只稍许增加了Fe(II)生成量。(5)通过不同电子传递物质作为碳源被铁还原微生物利用能力的比较发现,在不加碳源的体系中添加VB12后只有极少部分Fe(OH)3被还原,使Fe(II)的累计量有所增加,体系中VB12可能被铁还原微生物作为碳源所利用。与加碳源对照相比较,添加VB12在培养后期(20 d后)能够抑制体系中Fe(OH)3的还原。证实了VB12并不具备电子穿梭物质的特性。在不添加碳源的条件下,体系中铁还原微生物能够利用核黄素(VB2)作为碳源使Fe(OH)3还原,并且体系中Fe(II)生成量随着VB2添加浓度的增大而增加。与添加碳源处理相比,添加VB2促进了体系中Fe(OH)3的还原,并且随着VB2添加浓度的增大体系中Fe(II)生成量增加。证实了VB2能够作为电子传递物质加快Fe(OH)3还原,并且具有一定的电子穿梭体的特性。在不添碳源的条件下,添加FA对培养体系中的Fe(OH)3还原的影响微弱,表明铁还原微生物不能利用FA作为碳源物质。在加碳源的条件下,添加FA可明显促进体系中Fe(OH)3还原,Fe(II)的最大累计量(a)、最大反应速率(Vmax)及Fe(III)还原率都随着FA添加浓度的增大而增大。表明FA在铁还原体系中具有明显的传递电子功能,证实了FA具有电子穿梭物质的特性。
参考文献：
[1]. 生物质炭对水稻土中微生物Fe(Ⅲ)还原的影响[D]. 邢超. 西北农林科技大学. 2014
[2]. 水稻土中异化铁还原过程及其影响因素研究[D]. 孙丽蓉. 西北农林科技大学. 2007
[3]. 不同电子供体对水稻土中铁还原的影响[D]. 孙丽蓉. 西北农林科技大学. 2004
[4]. 异化铁还原对水稻土中苯系物降解的强化作用[D]. 刘硕. 西北农林科技大学. 2006
[5]. 水稻土中铁还原及其电子传递特征研究[D]. 谭中欣. 西北农林科技大学. 2003
[6]. 初始pH值对水稻土微生物铁还原的影响[D]. 吴超. 西北农林科技大学. 2013
[7]. 生物质炭对水稻土中微生物Fe（Ⅲ）还原及碳源利用过程的调控[D]. 米娜娜. 西北农林科技大学. 2015
[8]. 聚合氨基酸对北方水稻土中氧化铁转化与活性有机碳组分的影响[D]. 查文文. 沈阳农业大学. 2017
[9]. 厌氧富集培养对水稻土中铁还原菌种群结构的影响[D]. 刘湛. 西北农林科技大学. 2011
[10]. 电子传递物质对水稻土中微生物铁还原的影响[D]. 李丽. 西北农林科技大学. 2008
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