微生物还原针铁矿胶体的动力学特征及其影响因素

基于典型的希瓦氏金属还原菌(Shewanella decolorationis S12)和针铁矿相互作用的现象,探讨了电子供体、针铁矿浓度及氧化还原中介体2-磺酸钠蒽醌(AQS)对其相互作用的影响.结果表明, AQS加入使针铁矿的微生物还原程度得到加强,在添加AQS的0.5mmol/L针铁矿体系中,厌氧培养38天后,被还原解离出的Fe(ΙΙ)浓度是未添加AQS的394%.针铁矿的归一化还原速率表明,当电子供体浓度一定时,随着针铁矿浓度增加,针铁矿的还原酶促反应显著减弱.米氏拟合方程表明,以不同浓度的针铁矿为底物时, S12菌-针铁矿相互作用过程的拟合相关系数R2分别为0.843(添加AQS)和0.998(未添加AQS),电子转移载体的存在以及底物类型的不同均对Vmax和Km值均有一定程度的影响.在微生物在还原针铁矿过程中,其还原速率越大,用于ATP合成所需能量 值也随之升高,S12菌和针铁矿的还原反应达到平衡时, Gibbs自由能变化(DGr)达最大值.     

纤铁矿微生物异化还原过程的动力学特征及其影响因素

基于脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis S12)和纤铁矿相互作用的现象,探讨了电子供体、纤铁矿浓度及氧化还原中介体2-磺酸钠蒽醌(AQS)对其相互作用的影响.结果表明,AQS的加入使纤铁矿的微生物还原程度得到加强.反应末期,乳酸钠浓度为20mmol.L-1时,在添加AQS的10.0mmol.L-1的纤铁矿体系中,被还原解离出的Fe(Ⅱ)浓度是无AQS体系中的180.2%.纤铁矿的归一化还原速率表明,当电子供体浓度一定时,随着纤铁矿浓度的增加,纤铁矿的还原酶促反应显著减弱.米氏拟合方程表明,以不同浓度的纤铁矿为底物时,S12菌-纤铁矿相互作用过程的拟合校正R2系数分别为0.8285(添加AQS)和0.9348(未添加AQS),电子转移载体的存在及底物类型的不同均对底物饱和时的反应速度(Vmax)和米氏常数(Km)值均有一定程度的影响.在微生物还原纤铁矿过程中,氧化还原中介体AQS使得其还原程度加剧,用于ATP合成所需能量ΔE值也随之升高,S12菌和纤铁矿的还原反应达到平衡时,Gibbs自由能变化(ΔGr)达最大值.     

共存离子对ZVI/S.oneidensis还原U(Ⅵ)的影响研究

研究零价铁(ZVI)与奥奈达希瓦氏菌(S.oneidensis)协同还原去除水相中U(Ⅵ)时,共存离子Cr~(6+)、Fe~(3+)、Cu~(2+)、Mn~(2+)、Zn~(2+)、NO_3~-和SO_4~(2-)分别存在时对U(Ⅵ)还原效果的影响。结果表明:溶液中共存的Cr~(6+)和溶解态的Fe~(3+)对ZVI与微生物协同还原U(Ⅵ)均存在显著的抑制作用,且当溶液中共存Cr~(6+)的含量超过10.0 mg/L时,U(Ⅵ)的还原几乎被完全抑制。在共存金属浓度为20 mg/L时,Cu~(2+)、Zn~(2+)对U(Ⅵ)的还原均具有抑制作用,且Cu~(2+)的影响大于Zn~(2+);Mn~(2+)对U(Ⅵ)的还原有微弱的促进作用。共存阴离子SO_4~(2-)对U(Ⅵ)的还原有微弱的促进作用,且作用大小与其浓度成正相关;在0.5~5.0 mmol/L浓度范围内,12 h时,共存阴离子NO_3~-对U(Ⅵ)的还原有明显的抑制作用。     

蒽醌类有机质对针铁矿异化还原解离特征影响

基于希瓦氏金属还原菌(Shewanella decolorationis S12)和针铁矿相互作用,讨论了蒽醌类有机质(AQS)对该针铁矿异化还原过程的调控机制.结果表明:AQS作为电子运移载体,使得还原解离态铁总量(Fetot)和可溶态铁含量(Fedis)均快速增加;不同含量的AQS加入前后,针铁矿还原平均速率得到显著上升,速率比在2.4~4.0之间,且该比值和AQS含量呈显著的线性关系,可决系数为0.9947.Fedis/Fetot比值随AQS含量升高而降低,当AQS含量由0.05 mmol·L-1增加至0.3 mmol·L-1时,Fedis/Fetot比值由0.935减小至0.705.Feads含量随AQS含量增加而增加,当体系中无AQS时,Feads含量维持在较低的水平(0.05 mmol·L-1).AQS参与下的铁异化还原过程实际上是由两个独立的子过程组成,即微生物呼吸作用驱动了AQS和还原态蒽二酚(AH2QS)的循环转变过程以及AH2QS进一步还原解离针铁矿的非生物过程.     

不同形态铁对脱色希瓦氏菌S12偶氮还原的影响

以脱色希瓦氏菌(Shewanella decolorationis)S12为材料,研究了不同形态铁对其厌氧偶氮还原的影响.结果表明,Fe(Ⅲ)对偶氮还原的影响与其形态及浓度直接相关.不可溶性Fe(Ⅲ)对偶氮还原表现延缓作用,0.05～2 mmol/L的Fe2O3均延缓0.2mmol/L的苋菜红还原,但作用效果不随Fe2O3浓度的增加而成比例强化.而对于可溶性Fe(Ⅲ),0.4 mmol/L浓度以下对0.2mmol/L的苋菜红还原具有一定的促进作用,作用效果与其浓度变化不呈线性关系.1 mmol/L浓度以上则表现为抑制作用,浓度越高其抑制作用越强,这种现象在电子供体不足的情况下尤为明显.进一步研究发现,可溶性Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)均具有缓解双香豆素对醌循环的抑制作用而促进偶氮还原.由此推测,可溶性铁对偶氮还原的促进作用是由于这些化合物的细胞透过性,在低浓度条件下形成Fe(Ⅱ)Fe(Ⅲ)氧化还原循环,充当电子传递的中间媒介,通过发挥电子穿梭功能从而促进细菌的偶氮还原.而高浓度条件下可溶性Fe(Ⅲ)优先大量接受来自电子供体的电子而与偶氮化合物竞争,其电子穿梭功能被掩盖,从而抑制偶氮还原.对于不可透过细胞的不可溶性Fe(Ⅲ),只是作为胞外电子受体与强极性的偶氮化合物竞争电子从而仅仅呈现延缓作用.通过对铁的形态及浓度的适当选择与控制可以获得更高效的偶氮还原效率.     

AQS对Shewanella oneidensis MR-1还原含Cd聚合硫酸铁絮体的影响

考察了一种典型的溶解性腐殖质蒽醌-2-磺酸钠(disodium anthraquinone-2-sulfonate,AQS)存在时,典型异化铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1在厌氧条件下还原含镉聚铁絮体的过程。结果表明:AQS的存在促进了含Cd絮体中Fe(Ⅲ)的还原,也促进了Cd~(2+)的释放。相比无AQS体系,存在AQS的体系中,Fe~(2+)和Cd~(2+)达到最高浓度的时间均有所缩短,最高浓度也更高;且低浓度AQS的促进效果明显高于高浓度AQS;AQS的存在没有改变二次矿物的种类,仍是针铁矿和磁铁矿,但降低了矿物的结晶度,且AQS浓度越高,改变越明显。存在AQS的体系中,菌体结合的Cd~(2+)更多,且镉的直接释放和间接释放风险均增大,低浓度AQS体系中镉的直接释放风险更大。     

海洋沉积物中一株铁还原细菌ZQ21异化还原Fe(Ⅲ)性质分析

取渤海沉积物进行厌氧培养,富集异化铁还原细菌。采用三层平板法筛选出一株高效异化铁还原细菌ZQ21。经鉴定,该菌株为Enterococcus sp.ZQ21（GenBank号MF192756）。设置不同电子供体、电子受体和电子传递体浓度,分析菌株ZQ21异化还原Fe（Ⅲ）性质。结果表明,在乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸钠、葡萄糖、丙酮酸钠、乙酸钠和甲酸钠为电子供体时,菌株ZQ21利用丙酮酸钠还原Fe（Ⅲ）效率最高,累积Fe（Ⅱ）浓度达到113.14 ±3.46 mg/L。菌株ZQ21以柠檬酸铁和氢氧化铁为电子受体时,累积Fe（Ⅱ）浓度分别为91.75 ±1.45 mg/L和58.39 ±4.34 mg/L,Fe（Ⅲ）还原效率存在显著差异。在电子受体为氢氧化铁时,添加不同浓度电子传递体蒽醌-2-磺酸钠（AQS）,旨在提高菌株ZQ21的Fe（Ⅲ）还原效率。当AQS浓度为1.50 mmol/L时,菌株ZQ21还原Fe（Ⅲ）效率最高,累积Fe（Ⅱ）浓度达到80.28 ±3.95 mg/L,比对照组提高27%。铁还原细菌ZQ21能够有效利用可溶性以及不溶性电子受体进行异化铁还原,可进一步应用于海洋污染环境中微生物介导的异化Fe（Ⅲ）还原过程。     

针铁矿的非生物还原解离特征及Slogistic模型拟合

以针铁矿为研究对象,分析了电子供体和针铁矿浓度以及氧化还原中介体AQS对针铁矿非生物还原解离作用的影响.结果表明,在没有氧化还原中介体的参与下,针铁矿的非生物还原作用十分微弱;AQS加入体系后,针铁矿的非生物还原程度在经历一定的反应时间后显著加剧,且还原过程中生成的解离态Fe(ΙΙ)含量随时间的变化趋势符合典型的Slogistic曲线特征.Slogistic拟合结果表明:一定电子供体浓度下,不同浓度针铁矿的非生物还原Slogistic模型拟合的校正R2在0.9887~0.9953之间.当针铁矿浓度维持为一恒定值时,电子供体浓度不足的情况下,针铁矿的非生物还原的Slogistic 曲线特征较弱;当电子供体浓度充足的条件下,Slogistic模型拟合的校正R2系数可高达0.9967.电子供体和针铁矿浓度以及氧化还原中介体AQS的参与对Slogistic模型拟合参数均有一定的影响.     

红树林湿地希瓦氏菌W3的分离及腐殖质还原特性研究

从红树林湿地沉积物中分离到1株具有腐殖质还原能力的菌株W3,通过细胞形态、生理生化以及16SrDNA的分子生物学亲缘关系分析方法,确定该菌为希瓦氏菌属,命名为Shewanella sp.W3.W3菌能够利用乳酸钠、甲酸钠和丙酮酸钠作为电子供体进行腐殖质还原,在48h内对1mmol/LAQDS的还原率分别为96%、40%和10%.另外,菌体的生长与AQDS还原表现出相同的趋势,菌体数在60h达到最大值,约为1.77×108CFU/mL,比初始接种值约增殖了100倍,而未添加乳酸钠实验组的基本没有观察到AQDS的还原和菌体的增长.该菌进行腐殖质还原的最适pH范围为7～9,最适的NaCl浓度范围为5～30g/L,而最适温度范围为30～35℃.实验结果表明,该菌的腐殖质还原过程是生物化学反应过程,且能够在还原腐殖质的同时偶联能量的产生,支持菌体的生长.推测具有腐殖质还原的希瓦氏菌在元素的生物地球化学循环和环境微生物治理中具有潜在的应用价值.     

Fontibacter sp. SgZ-2厌氧腐殖质/Fe(Ⅲ)还原特性及电子传递机制研究

腐殖质和Fe(Ⅲ)呼吸是重要的微生物胞外呼吸形式,电子传递途径是胞外呼吸研究的核心科学问题.为全面理解1株铁还原新菌的电子转移特性和环境功能,以该菌株Fontibacter sp.SgZ-2为研究对象,考察其厌氧腐殖质和Fe(Ⅲ)还原特性,并探寻不同电子受体条件下的电子传递链组成差异.采用厌氧恒温培养法研究了菌株厌氧还原特性.结果表明,菌株SgZ-2具有还原腐殖质模式物[9,10-蒽醌-2,6-二磺酸(9,10-anthraquinone-2,6-disulfonic acid,AQDS)和9,10-蒽醌-2-磺酸(9,10-anthraquinone-2-sulfonic acid,AQS)]、腐殖酸(humic acids,HA)和可溶性Fe(Ⅲ)(Fe-EDTA和柠檬酸铁)以及铁氧化物[水铁矿(hydrous ferric oxide,HFO)]的能力.发酵性糖类(葡萄糖和蔗糖)是菌株SgZ-2还原腐殖质和Fe(Ⅲ)的最佳电子供体.另外,通过呼吸抑制剂法比较了菌株4种电子受体条件下(O2、AQS、Fe-EDTA和HFO)参与电子传递的电子载体差异.结果表明,O2和Fe-EDTA还原条件下,菌株SgZ-2的电子传递链组分基本相似,均包括脱氢酶、醌泵和细胞色素b-c.AQS和HFO还原条件下,电子传递链组分只包含脱氢酶.因而,菌株SgZ-2可溶性和不溶性Fe(Ⅲ)之间的电子传递链组分存在明显差异,并且可溶性受体之间(O2、Fe-EDTA和AQS)的电子传递链组成也不同.本研究建立了1株铁还原新菌Fontibacter sp.SgZ-2不同电子受体条件下的电子传递链模型,并将电子传递机制的研究拓展到了Fontibacter菌属.此研究将为理解该属的电子转移特性及其环境行为提供理论基础.     

Shewanella oneidensis MR-1和Shewanella putrefaciens对V(V)的还原及其影响因素

在实验室模拟培养条件下,研究Shewanella oneidensis MR-1和Shewanella putrefaciens在厌氧体系中对V（V）的耐性试验,探讨在不同的V（V）浓度、接菌量、pH值和不同蒽醌-2,6-二磺酸（AQDS）浓度下对V（V）还原的影响,并通过扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）进行表征.结果表明V（V）浓度低于10mg/L时对S.oneidensis MR-1和S.putrefaciens的生长影响较小,V（V）浓度超过20mg/L则会抑制其生长和V（V）的还原;随着接菌量的增加,2种微生物对V（V）的还原能力逐渐增强;2种微生物最适生长pH值均为7.0左右,弱碱性环境下2种微生物对V（V）的还原率高于弱酸性环境;添加1mmol/L AQDS会加快2种微生物对V（V）的还原.菌株培养3d后通过SEM分析,S.oneidensis MR-1和S.putrefaciens进行V（V）还原的同时也伴有少量的吸附作用.利用XPS能谱分析表明S.oneidensis MR-1和S.putrefaciens将V（V）还原为V（IV）.     

Shewanella oneidensis MR-1对Cr(VI)的还原及其影响因素

在实验室纯培养条件下,探讨厌氧体系中Shewanella oneidensis MR-1对Cr（VI）的还原能力,采用扫描电镜（SEM）-能谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）等方法进行表征.结果表明,S.oneidensis MR-1介导下不同浓度Cr（VI）的生物转化与微生物对铬的耐受特性密切相关,低浓度Cr（VI）对其生长影响不大,高浓度时细菌生长则受到抑制,进而抑制Cr（VI）的还原率;菌株对Cr（VI）的还原作用随着接种菌悬液量的增加而增强;菌株最适生长pH值为中性,弱碱性环境比酸性环境更有利于菌株对Cr（VI）的还原;增加Fe（Ⅲ）的量会加快Cr（VI）完全还原的速率.通过SEM-EDS和XPS分析,在对Cr（VI）进行处理5d后,菌体表面有Cr（VI）和Cr（Ⅲ）两种形态存在,证实S.oneidensis MR-1在对Cr（VI）进行还原的同时也伴有少量的吸附作用.微生物还原为环境中Cr（VI）的去除以及解毒提供了一种有效的方法.     

异丙隆降解菌Y57的分离鉴定及其降解特性

从农药厂的活性污泥中分离出1株能高效降解异丙隆的细菌Y57,通过生理生化鉴定和16SrDNA同源性序列分析,鉴定为鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonassp.).接种量为1%的Y57可以在48h之内将30mg/L的异丙隆完全降解,降解率达到99%以上,降解最适pH值为7.0,降解效率与接种量呈正相关,在通气良好状况下降解速率较高.1mmol/L的Li⁺、Ca²⁺、Mg²⁺可以提高Y57降解异丙隆速率;1mmol/L的Ni²⁺、Zn²⁺对降解有明显的抑制作用;1000mg/L的酵母粉、葡萄糖、牛肉膏或蛋白胨对降解具有抑制作用.降解谱实验表明,Y57还可以降解绿麦隆、敌草隆、敌稗等除草剂.     

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.     

苯酚羟化酶基因工程菌表达优化及特性研究

利用表面响应法优化苯酚羟化酶基因工程菌(PH_IND)的生长条件(种龄、接种量)及表达条件(诱导OD600、IPTG浓度、诱导时间、诱导温度),并对其粗酶特性进行考察.实验结果表明,菌株PH_IND的最佳生长条件及表达条件为:种龄7.19h,接种量1.39%,诱导OD6000.54,IPTG浓度0.19mmol·L-1,诱导时间2.37h,诱导温度35℃,此时,苯酚羟化酶最大酶活力为0.6167U·mg-1.粗酶特性分析表明,苯酚羟化酶的最适pH和温度分别为8.0和40℃.Ba2+、Fe3+、Hg2+、Pb2+对苯酚羟化酶有明显促进作用,而Ca2+、Co2+、Cu2+、Mg2+、Mn2+对苯酚羟化酶有抑制作用.底物广谱性实验表明,苯酚羟化酶具有极强的芳香化合物降解能力.     

Enhanced U(VI) bioreduction by alginate-immobilized uranium-reducing bacteria in the presence of carbon nanotubes and anthraquinone-2,6-disulfonate

Uranium-reducing bacteria were immobilized with sodium alginate, anthraquinone-2, 6-disulfonate (AQDS), and carbon nanotubes (CNTs). The effects of different AQDS-CNTs contents, U(IV) concentrations, and metal ions on U(IV) reduction by immobilized beads were examined. Over 97.5% U(VI) (20 mg/L) was removed in 8 hr when the beads were added to 0.7% AQDS-CNTs, which was higher than that without AQDS-CNTs. This result may be attributed to the enhanced electron transfer by AQDS and CNTs. The reduction of U(VI) occurred at initial U(VI) concentrations of 10 to 100 mg/L and increased with increasing AQDS-CNT content from 0.1% to 1%. The presence of Fe(III), Cu(II) and Mn(II) slightly increased U(VI) reduction, whereas Cr(VI), Ni(II), Pb(II), and Zn(II) significantly inhibited U(VI) reduction. After eight successive incubation-washing cycles or 8 hr of retention time (HRT) for 48 hr of continuous operation, the removal efficiency of uranium was above 90% and 92%, respectively. The results indicate that the AQDS-CNT/AL/cell beads are suitable for the treatment of uranium-containing wastewaters.     

Shewanella oneidensis MR-1对针铁矿的还原与汞的生物甲基化

在实验室模拟条件下,研究了铁还原菌奥奈达希瓦氏菌Shewanella oneidensis MR-1对针铁矿的异化还原及其对汞生物甲基化的影响.结果表明,S.oneidensis MR-1能溶解针铁矿,并能将溶解出的Fe3+还原成Fe2+;S.oneidensis MR-1也是一种汞甲基化细菌,能够将无机汞转化成甲基汞.铁的溶解还原作用随着初始针铁矿剂量的大幅增加而减弱,针铁矿的异化还原在一定程度内促进汞的生物甲基化.弱酸性条件比中碱性和强酸条件有利于汞的甲基化;腐殖酸在低浓度促进汞甲基化,浓度过高则会抑制汞的甲基化.     

萘降解菌N19-3的分离、鉴定和萘双加氧酶基因的检测

从石油污染土壤中分离到一株高效降解萘的N19-3菌株. 经形态观察、生理生化实验和16S rDNA序列分析等鉴定其为丛毛单胞菌属（Comamonas sp.）. 该菌株能在30 ℃,30h内将1 000mg/L的萘完全降解. 降解萘的适宜温度为20～30 ℃, 适宜pH为7.0～9.0. 0.1mmol/L的Ca2+和Fe3+对N19-3菌株降解萘有较强的促进作用, 0.1 mmol/L的Mn2+和Zn2+对N19-3菌株的生长和萘的降解也有一定的促进作用, 而0.1 mmol/L的 Cu2+则完全抑制了N19-3菌株的生长和萘的降解. 通过PCR方法在N19-3菌株中扩增出分别与C. testosteroni H菌株的萘双加氧酶铁硫蛋白大亚基基因（pahAc）与双加氧酶铁硫蛋白小亚基基因（pahAd）高度同源的核苷酸片断.      

4种金属离子对高岭土胶体上蒽分布的影响

在水/土比10、180r/min振荡和室温28℃条件下,研究Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ca2+对高岭土上蒽分布的影响.结果表明,高岭土对Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ca2+的吸附平衡时间和平衡浓度分别为24h和(20 ± 3)mg/g.当金属离子负荷330mg/g时,上清液中高岭土胶体最低浓度为(40 ± 3)mg/L.添加Fe3+时,总胶体浓度从52mg/L增加到133mg/L;添加Cu2+或Zn2+时,总胶体浓度从52mg/L增加到110mg/L;添加Ca2+时,总胶体浓度从52mg/L增加到73mg/L.上清液中蒽浓度增加趋势与上清液中总胶体浓度的变化趋势一致,添加Fe3+时,蒽浓度从30ng/L增加到73ng/L;添加Cu2+或Zn2+时,蒽浓度从28,35ng/L增加到65,66ng/L;添加Ca2+时,蒽浓度从40ng/L增加到50ng/L.上清液中蒽浓度的增加趋势与所添加的金属电荷密度高低顺序一致(Fe3+ > Cu2+、Zn2+).在pH值为6.5时,Ca2+对增加上清液中蒽浓度能力最弱.