微氧生物亚铁氧化及其重金属固定效应研究进展

铁的生物地球化学循环对于多种环境过程至关重要,如碳封存、温室气体排放以及营养元素和有毒金属的迁移和转化。近年来,随着分离培养方式及分子生物学方法的发展,作为铁循环的重要组成部分的微氧生物铁氧化的研究取得了显著的进展。微氧型亚铁氧化菌广泛分布于近中性环境中,其分离栖息地从地下水、湿地、溪流延展至深海环境。微氧生物亚铁氧化成矿过程主要发生在细胞表面,生成比表面积较大的无定型铁氧化物。大部分微氧型亚铁氧化菌通过形成鞘状或螺旋柄状结构的胞外多聚物吸附生成的铁氧化物,防止自身被铁氧化物包埋,导致无法正常代谢而死亡。亚铁氧化成矿过程可吸附和共沉淀重金属元素,降低重金属的移动性和生物可利用性,从而缓解重金属的污染,为治理环境污染提供新的思路。文章主要总结了近年来国内外对嗜中性微氧型亚铁氧化菌的研究进展,包括其代谢特征、种类及分布、以及亚铁氧化菌的成矿机制和成矿过程对重金属迁移转化的影响。最后对如何快速有效地分离微氧型亚铁氧化菌、明确成矿过程中的特殊结构的形成机制等问题进行了讨论和展望。     

氧化法制备聚合氯化铁絮凝剂的氧化速率及其形态分布

采用氧化法制备聚合氯化铁絮凝剂，论述了不同亚铁溶液中氧化水解动力学、氧化过程PH值变化以及不同反应过程对聚合氯化铁形态分布的影响；结果表明，氯化亚铁溶液的氧化速率主要受溶液的含酸量和三价铁离子的水解聚合反应的协同效应的影响，当溶液酸量达到最低点时，亚铁氧化速度也将降至最慢；通过形态分布、稳定性及氧化速度的研究确定了制备聚合氯化铁的最佳条件。     

水稻土嗜中性微好氧亚铁氧化菌多样性及微生物成矿研究

微生物驱动亚铁氧化过程在水稻土中十分普遍,该过程被认为是水稻土中联接各生物地球化学过程的中心枢纽。嗜中性微好氧亚铁氧化菌能够利用氧气作为电子受体将亚铁氧化成三价铁,获得生长所需能量。然而,对水稻土中微好氧亚铁氧化菌的多样性与分布及其微生物成矿类型仍然未知。采用铁氧反向浓度梯度管法富集培养并分离水稻土中微好氧亚铁氧化菌,利用16S r RNA基因测序手段分析培养过程中微好氧亚铁氧化菌群落多样性与分布,并初步研究分离得到的亚铁氧化菌的亚铁氧化能力与生物成矿类型。结果表明,在富集培养和传代培养过程中,Azospira、Magnetospirillum、Clostridium和Rhodoplanes等属在群落中占优势。在分离最后阶段,得到几种细菌的混合菌团,可能是由于这几种亚铁氧化菌存在互养关系而难以纯化分离,其中占优势的为Azospira(63.9%)。Azospira是一类已知硝酸盐依赖型Fe OB,可以利用硝酸盐、氯酸盐和高氯酸盐为电子受体进行厌氧亚铁氧化。混合菌团具有活跃的亚铁氧化能力,反应第15天生成6.9 mmol·L-1 HCl-Fe。XRD结果表明菌团氧化亚铁形成的三价铁矿物类型为无定形铁氧化物。TEM结果显示微好氧Fe OB菌体呈杆状,细菌表面和周围散布着颗粒状的物质,可能是由无定形铁氧化物组成。综上所述,认为反硝化细菌可能在水稻土有氧-无氧界面进行微好氧亚铁氧化,其氧化亚铁的产物为无定形铁氧化物。     

微生物介导的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿研究进展

铁氧化微生物驱动的亚铁氧化过程是铁循环的重要组成部分。在中性厌氧环境中,硝酸盐还原亚铁氧化微生物可通过还原硝酸盐耦合氧化亚铁的过程影响污染物的降解及重金属的迁移转化等,对环境保护具有重要意义。文章主要综述了近年来有关硝酸盐还原亚铁氧化微生物驱动的不同形态亚铁氧化的成矿过程,成矿机制及其对微生物和环境的影响等。在亚铁氧化成矿的过程中,有机配体态和固态亚铁的氧化成矿主要发生在细胞表面,而小分子的无机溶解态亚铁还可继续进入细胞周质甚至细胞内膜氧化成矿。不同的培养条件(如缓冲液)和微生物种类也会影响成矿过程的反应速率从而影响矿物的结晶度。根据成矿的氧化剂不同,将成矿机制分为硝酸盐还原产物亚硝酸盐与亚铁反应的化学成矿机制与微生物利用铁氧化酶直接氧化亚铁的生物成矿机制。此外,硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程中所产生的细胞表面结壳现象,影响了不同微生物的新陈代谢过程,甚至会导致细胞死亡。而对于环境中的污染物,成矿过程可吸附和共沉淀多种重金属,从而降低重金属的污染,为治理环境污染提供了新思路。文章还分别对如何进行成矿过程的微观机制及其贡献的评估研究,以及如何更有效地利用成矿过程于环境污染治理中等问题进行了讨论和展望。     

水稻耐亚铁的水培鉴定指标研究

通过水培试验，研究Ｆｅ（２＋）胁迫下的水稻品种生物性状和主要生理生态特性，明确Ｆｄ（２＋）１２０ｍｇ／ｋｇ为鉴别水稻品种耐性差异的适宜亚铁浓度．并提出可将苗高、根系生长量、根系氧化力、干物质产量作为水稻品种耐亚铁的鉴定指标．     

库仑法测定化学需氧量

本文研究了一种库仑法测定化学需氧量的分析方法,在10.2M硫酸介质中以重铬酸钾为氧化剂消化水样15分钟。然后以电解产生亚铁为库仑滴定剂,对剩余的重铬酸钾进行库仑滴定。根据电解产生亚铁所消耗的电量,直接显示样品的COD值。 本方法不需配制标准溶液,操作简便,快速准确,重现性好,试剂用量少,含氯量高的水样采用硝酸银消除干扰,避免了使用大量剧毒的硫酸汞试剂。 文中研究了某些纯有机化合物的氧化率、不同量氯离子的影响及其消除的方法,测定了各种类型的实际样品,研究了该法与原化学分析法的相关性,获得了测定水质化学需氧量的统一指标。     

硅缓解亚铁对水稻根系毒害的研究

在水培条件下,设计施硅(+Si与不施硅(-Si)两组处理、七种不同亚铁浓度,栽培四个水稻品种,30d后测定根系长度,鲜重及根系氧化力。结果表明,+Si处理的根系氧化力、根鲜重及总长度都明显高于—Si处理的;+Si处理的根系氧化力达到最大值时,亚铁浓度在50—80mg L~(-1),而—Si处理的则为40—70mg L~(-1),表明硅能缓解亚铁对水稻根系的毒害作用。     

铁源对Fe/ZSM-5催化剂氨选择性催化还原NO的影响

采用浸渍法,在相同的铁含量条件下,以硝酸铁、氯化亚铁、硫酸亚铁为前驱体制备了3种不同铁源Fe/ZSM-5分子筛催化剂.研究了铁源对Fe/ZSM-5催化剂NH_3-SCR活性的影响,并采用X射线衍射(XRD)、比表面积和孔结构(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)及氨程序升温脱附(NH_3-TPD)等表征手段对催化剂的结构和理化性质进行测定.结果表明,不同的铁源对Fe/ZSM-5催化剂低温段(低于350℃)的NH_3-SCR催化性能影响较大,其低温活性顺序为:Fe(Cl)/ZSM-5 Fe(S)/ZSM-5 Fe(N)/ZSM-5.以氯化亚铁为铁源的Fe(Cl)/ZSM-5催化剂取得最佳的NH_3-SCR催化活性,在233℃时NO转化率达到90%.表征结果表明,样品Fe(Cl)/ZSM-5中形成了最多的孤立Fe~(3+)物种及中酸位数量.孤立Fe~(3+)物种有利于增强Fe/ZSM-5催化剂的低温还原性能,改性过程中形成的中等强度酸性位有利于提高催化剂低温NH_3-SCR催化性能.     

含铜多金属复杂矿区的一株浸矿细菌的分离与鉴定

为寻找新的浸矿细菌,从江西城门山矿区硫化矿矿坑水中使用平板分离法得到了一株能够浸矿的细菌,命名为CMS.经电镜和生理生化试验,鉴定该菌株为革兰氏阴性细菌,短杆状,菌体大小为(0.4±0.1)靘祝±0.5)靘, 最适生长温度为25～30 ℃,最适pH值为2.0,化能自养型,能利用亚铁、单质硫和葡萄糖生长,不能利用硫代硫酸钠、蛋白胨生长.16S rRNA系统发育树的结果表明,CMS菌株与嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.f)AFY菌株位于系统发育树一个同的分支中,相似度99.72%.克隆其代谢系统关键基因亚铁氧化酶(Iro protein)基因并测定其序列,与其他相关菌株比对,结果显示编码区的核酸序列与报道序列完全一致.另外,其铁闪锌矿(ZnFe)S摇瓶浸出试验显示,在浸出28 d后,含菌株的摇瓶的锌离子质量浓度即达到615.50 mg·L-1,而无菌浸出仅有392.25 mg·L-1.     

铁氨氧化污水脱氮的应用研究进展

铁氨氧化(Feammox)是一种以廉价、易得的铁作为微生物电子供体的新型自养生物脱氮技术，即Fe(Ⅲ)还原与厌氧氨氧化的结合工艺，拥有成本低廉、无需有机碳源、污泥产量小、无温室气体产生等优势，是污水处理的一种潜在脱氮途径.本文对铁氨氧化反应的机理、功能菌种的种类和特性及电子穿梭体对其的影响进行了介绍，总结了铁氨氧化在污水环境中的脱氮效果及其与厌氧氨氧化、硝酸盐依赖型亚铁氧化和生物电化学系统的耦合技术，并指出目前铁氨氧化的应用问题及该技术未来的研究方向和重点可能是菌分离纯化、工艺参数控制.     

高岭土界面Fe(Ⅱ)吸附与邻硝基苯酚还原转化的交互反应研究

研究了高岭土界面亚铁吸附与邻硝基苯酚(2-nitrophenol,2-NP)还原转化的交互作用.考察了反应pH值、界面吸附铁密度、反应温度(T)对2-NP的还原动力学的影响.结果表明,吸附态Fe(Ⅱ)为2-NP还原转化的关键物种,高龄土界面Fe(Ⅱ)吸附能明显提高还原反应的反应速率.2-NP的还原转化速率常数(k)随着反应pH值的升高、吸附铁密度的增加、反应温度的升高而增大,ln k与pH、吸附铁密度、1/T都具有明显的线性关系.2-NP还原转化的活化能为87.15 kJ·mol-1,吸附反应的活化能为18.5 kJ·mol-1.该研究可为土壤矿物界面物理化学与氧化还原的交互反应过程研究提供借鉴.     

“含铁废酸水”的治理及其闭路循环

目前,有些大厂采用分离法治理含铁废酸水,将酸洗含铁废液蒸馏后,分离成再生酸和硫酸亚铁或氯化亚铁,回收工业用酸,但是投资大,设备腐蚀性强,且运转完好率低;如果用电渗析法,经济效果不太好,而中、小型厂常用液碱(NaOH)、石灰(CaO)等简单中和,则不能全部除去其中溶解性的铁盐,再加上反应中生成的氢氧化铁沉淀、脱水性能极     

锰和亚铁喷施对石门早硕板栗光合特性的影响

以3a生石门早硕板栗为试材,研究叶面分别喷施w=0.3%的硫酸锰和硫酸亚铁溶液对其叶光合特性的影响。结果表明,喷施硫酸锰和硫酸亚铁2种溶液均明显提高了板栗幼树叶片的叶绿素含量﹑净光合速率和水分利用率等光合指标,硫酸亚铁处理幼树叶片的气孔导度和蒸腾速率也显著高于对照。分析各光合指标的日变化发现,板栗幼树叶片的净光合速率呈抛物线状,13:00时达到高峰值;对照幼树叶片的气孔导度及蒸腾速率值呈"M"型,而2种溶液处理均呈抛物线状。上述结果表明板栗幼树叶面喷施锰和亚铁溶液有助于增强其光合能力。     

硝酸盐还原和亚铁氧化对贪铜菌还原砷的影响

华南红壤区水稻土具有含铁量较高、氮元素输入量较大的特性,且部分矿区周边的水稻田受砷污染严重,不仅影响水稻产量,还对食品安全和人类健康造成威胁。利用多轮传代富集的方法,从华南红壤水稻土中纯化获得一株具有硝酸盐还原、亚铁氧化和砷还原功能的贪铜菌Cupriavidus metallidurans Paddy-2。以该细菌为研究对象,探讨纯细菌体系中,硝酸盐还原和亚铁氧化过程对微生物还原As(Ⅴ)的影响,测试了反应体系中As(Ⅴ)和硝酸盐的还原动力学,以及Fe(Ⅱ)的氧化动力学,并对体系中Fe(Ⅱ)氧化所生成的矿物沉淀进行表征分析。As(Ⅴ)还原动力学结果表明,中性厌氧条件下贪铜菌对As(Ⅴ)的还原率为100%,而分别加入硝酸盐和Fe(Ⅱ)均能有效抑制贪铜菌对As(Ⅴ)的还原作用(还原率为27%~49%),两者同时存在对As(Ⅴ)还原的抑制作用最大(还原率只有21%)。硝酸盐作为末端电子受体,由于其氧化还原电位比As(Ⅴ)更高,因此比As(Ⅴ)更容易接收电子,从而减缓贪铜菌对As(Ⅴ)的还原效率。Fe(Ⅱ)氧化动力学和矿物表征结果表明,只有在硝酸盐和Fe(Ⅱ)共存的体系里,Fe(Ⅱ)的氧化才能得到有效的促进,并生成含Fe(Ⅲ)的无定形矿物。这些Fe(Ⅲ)矿物覆盖在菌株表面,有可能降低菌株的代谢活性,并有效吸附As(Ⅴ),从而减低体系中As的浓度,达到降低As毒性的效果。研究结果可为受砷污染农田的生物修复技术的开发提供科学依据。     

两种体系去除水体中的砷

砷是人类发现的毒性最强的环境污染物质之一.铁及其化合物已经被广泛应用于水体中重金属的去除并取得了一定效果,但存在去除效率低、材料成本高的缺点.为了更好地利用铁及其化合物高效去除水中重金属砷(As),本文通过加入氧化剂构建了两种反应体系,实现了对废水中砷的高效去除:分别利用零价铁(Zero valent iron,ZVI)活化过硫酸钠(sodium persulfate,PS)和亚铁离子(Fe~(2+))活化高锰酸钾(KMnO_4)两种工艺去除了水体中的砷.通过批试验控制过硫酸钠、零价铁及高锰酸钾和亚铁的投加量,研究了各变量对As的去除效果和动力学影响.利用环境扫描电镜(SEM)对反应前后的物质的结构进行表征对比分析.研究结果表明:As溶液浓度为20 mg·L~(-1)时,两种体系下的反应物最佳配比方案分别为0.5 g ZVI、0.1 g PS和KMnO_40.01 g、Fe~(2+)0.02 g.两种体系中As的去除率都大于99%,且反应均符合准二级动力学方程,其中,ZVI活化PS反应中产生的SO_4~-·对砷的去除有着至关重要的作用.两种方法对As的去除机理均包括吸附、沉淀和共沉淀作用.通过经济成本对比分析,PS-ZVI在高效去除毒性略低的As(Ⅴ)的时有明显的经济优势.     

微生物细胞色素P450酶及其对异源物质的代谢研究进展

细胞色素P450是一类广泛存在于动植物和微生物中的亚铁血红素-硫醇盐蛋白超家族,参与外源物质如药物、除草剂、杀虫剂和许多持久性难降解有机污染物等的生物氧化和降解.基于近年来文献综述P450酶的命名及分类、结构和催化机制,并总结微生物来源的P450酶在代谢和降解异源物质方面取得的研究进展.P450基因超家族主要依赖于氨基酸序列一致性进行统一命名和分类;P450酶结构虽较为保守,但其对底物的识别位点缺乏保守性,是构成其催化多样性的结构基础;细菌和真菌来源的部分P450酶能够代谢和降解异源物质,如多环芳烃、除草剂等,但效率较低,实际应用可能性较小.未来结合各种组学,需继续挖掘高效降解异源物质的P450酶资源,并对已有对异源物质有降解作用的P450酶进行蛋白分子改造,提高其活性并实现污染环境的生物修复.     

淹水还原作用下土壤镉的吸附与解吸特征的初步探讨

利用黄棕壤发育的水稻土(pH6.53),设置6个不同处理恒温(25±0.1)℃培养20d,初步探讨了3种还原强度土壤对Cd的吸附和解吸特征。试验数据显示:强度还原土壤,Eh和pH降低并稳定在-474mV和5.02水平,Cd吸附率由开始时的99.96%下降到94.70%,Cd解吸率平均为90.01%;中度还原土壤,Eh下降至-90mV左右,pH略有上升,Cd吸附率和解吸率平均分别为99.96%和66.09%;氧化态土壤的Eh、pH和Cd解吸率变化都比较小,平均分别为400.4mV、6.11和46.78%。此结果表明,处于不同还原状况下的土壤表面对Cd吸附和解吸有所差别;强度还原土壤对外源Cd的吸附率小于中度还原土壤对外源Cd的吸附率;土壤吸附外源Cd的解吸率,由大到小的次序依次为强度还原土壤,中度还原土壤,氧化状态土壤;还原程度越强,土壤对Cd的吸附率越低,Cd的解吸率也越高;还原条件下土壤Eh、pH、交换性亚铁和水溶性有机质含量是影响土壤Cd吸附和解吸的主要因素。     

稻田体系中铁的生物地球化学过程及铁同位素分馏机制研究进展

铁是地球上丰度排第四的元素,其地球化学行为作为稻田体系循环的重要组成部分而具有重大意义。铁也是植物维持正常生命活动的必需微量元素之一,参与众多生物代谢过程。十几年来,铁同位素方法在表生地球化学的应用得到了广泛关注,铁同位素方法已被广泛地用来追踪异化铁还原、亚铁的生物和非生物氧化以及吸附、沉淀等铁的生物地球化学过程。文章综述了水稻土铁同位素分馏特征及影响因素,以及水稻中铁吸收转运的分子生理机制和铁同位素分馏特征和机制。水稻土在发育过程中缺损轻铁,且不同的发育过程导致土壤中铁形态、价态的改变而会形成特有的分馏特征。植物铁同位素分馏效应的研究表明,植物吸收铁的机制不同,产生的铁同位素分馏程度呈现出显著的差异。当植物以机理I的方式,即通过将三价铁还原为二价铁再吸收铁时,植物优先吸收轻的铁同位素,且铁同位素在植物内部的分馏程度较大[-0.13‰-(-1.64‰)]。当植物通过机理II的方式,即通过螯合三价铁,再吸收至植物体内的过程,植物优先吸收重的铁同位素,且铁同位素的分馏程度较小(-0.11‰-0.17‰)。水稻铁同位素组成不同于典型的机理II植物,水稻富集轻铁,且铁同位素在水稻植株中存在较大分馏。这可能是因为水稻在根吸收铁的过程中同时采用机理I和机理II途径,且铁在水稻内的转运过程、配体改变及价态改变等都会导致铁的同位素分馏。铁同位素方法在揭示水稻对铁元素的吸收机制方面表现出巨大应用潜力。文章还分别对如何将铁同位素方法结合土壤-水稻体系的土壤发育背景,以及通过制样方法的改进、结合质量平衡计算、动力学分馏、综合多个表征手段等方式来解释水稻铁同位素机制进行了讨论和展望。     

黄河三角洲湿地研究进展

从湿地研究内容和研究方法两方面,回顾了近10年来黄河三角洲湿地研究的成果。在这10年间,黄河三角洲湿地研究的内容和范围明显拓宽,主要研究内容包括湿地修复、湿地评价、湿地管理等。研究方法日趋先进成熟,模型模拟、遥感动态监测及3S等新技术和方法得到广泛应用。文章在分析黄河三角洲湿地的研究现状和特点的基础上,对未来研究趋势和热点进行了展望,认为未来黄河三角洲湿地的研究重点应在湿地演化机制与恢复、湿地对环境变化的响应与反馈、湿地动态监测、湿地保护技术等方面。     

蛋白组学技术的发展及在水生态毒理学中的应用

作为后基因组时代重要的研究工具,蛋白组学技术的发展对水生态毒理学研究产生了巨大的促进作用。对近年来应用于水生态毒理学研究中的蛋白组学技术的发展历程和应用现状进行了全面的阐述。从蛋白提取、蛋白分离和鉴定、蛋白定量等方面对蛋白组学研究技术的发展进行了系统的介绍,重点介绍和比较了蛋白分离和鉴定技术中的基于胶的技术和非胶技术。在简介蛋白组学技术发展的基础上,以蛋白的识别和定量,特定功能蛋白的研究,蛋白相互作用研究这3个蛋白组学的研究方向为切入点,详细阐述了各类技术在水生态毒理学研究中的应用,如蛋白组学在阐明各种污染物对水生生物的毒性作用机制方面的应用,以及在水体污染状况的监测和评价方面的应用等。最后,指出了目前蛋白组学研究的不足,并有针对性地提出了水生态毒理学研究中蛋白组学的发展方向。