水稻土中铁的微生物还原及对砷运移的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 王新军 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-30 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 朱永官 |
| 关键词 | 水稻土 异化铁还原菌 砷 铁膜 水合铁矿 富集培养 paddy soil dissimilatory iron reducing bacteria arsenic iron plaque ferrihydrite enrichment culture |
| 其他题名 | Microbial Iron Reduction and Its Effect on Arsenic Mobility in Paddy Soil |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 异化铁还原菌是指能够将铁的化合物还原耦联有机物的氧化，并且能够从反应中获得能量以维持自身的生长的细菌。依靠培养的方法和分子生物学的手段，很多不同种类的异化铁还原菌在淡水、海洋、湿地以及污染浅水层相继被揭示。然而，对于水稻土中异化铁还原菌群的研究还鲜有报道，依然不是很清楚。水稻土是介于陆地和水生态系统的一种重要的生境，其干湿交替导致了氧化还原反应的发生。水稻土的独特生境给铁还原菌提供了丰富的碳源和铁源，有研究报道铁还原菌约占湿地植物根表总细菌数的12%。因此，本研究假设水稻土中可能存在着大量的铁还原菌。许多研究表明微生物还原含砷的铁矿物是砷由固相向液相释放的主要机制。而最近的一些研究表明微生物还原含砷的水合铁矿却抑制了砷的释放。因此，有关微生物铁还原对砷运移的影响还没有定论。虽然已证实铁还原菌在植物根际大量存在，但是到目前为止，铁还原菌是否能够还原铁膜中的铁从而导致砷的释放还不清楚。 因此，本论文主要以砷污染水稻土为实验材料，通过富集培养的手段，探讨了砷污染水稻土铁还原微生物群落结构和多样性，并分离出一株铁还原菌，研究了铁还原菌群还原铁膜过程中对As运移的影响以及纯菌株对不同形态铁的还原对As运移的影响。 1)砷污染水稻土中铁还原菌多样性 分别以柠檬酸铁和水合铁矿为铁源，用1%的土壤接种液富集异化铁还原菌。对富集菌群的16S rRNA 基因序列分析发现Bradyrhizobium, Bacteroides, Clostridium 和 Ralstonia 菌属的菌在以柠檬酸铁为铁源的富集菌群中为主要类群。而在以水合铁矿为铁源的富集菌群中，Clostridium, Bacteroides 和 Geobacter菌属的菌为主要类群。终端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析也印证了克隆和测序的结果。因此，克隆测序和T-RFLP的方法表明了砷污染水稻土中异化铁还原菌的多样性，另外，固态和溶解态的铁对异化铁还原菌的群落结构有显著的影响。 2)铁还原菌对铁膜的还原及其对砷运移的影响 伴随着铁膜的还原，砷由铁膜向液相中释放，溶液中的Fe(II)和总As存在显著的正相关关系。但与对照相比，铁还原菌抑制了砷的释放，在2，6-磺酸基蒽醌(AQDS)存在的条件下尤为显著。此外，在实验末期(第30天)，对照中的As(III) 和As(V) 的浓度均高于接菌处理。而且，微生物铁还原促使晶形矿物的生成，并且在矿物中检测到砷的存在。这些结果表明：铁还原菌对铁膜的还原导致砷由铁膜向液相的释放，但是微生物铁还原能够促使晶形铁矿物的生成，从而导致砷的固定。另外，AQDS可加速铁的还原和砷的释放，并且随着晶形矿物的形成会加速砷的固定。 3)水稻土中铁还原菌的分离与纯化 以柠檬酸铁为铁源，以乙酸盐为碳源，经过富集、分离和纯化的方法，从水稻土中筛选得到一株异化铁还原菌。经16S rDNA 系统发育分析表明该菌为气单胞菌，定名为菌株BJ，这是首次报道气单胞菌作为铁还原菌从水稻土中分离。该菌为革兰氏阴性，杆菌。单细胞长为2.3到2.5 μm，宽约0.3到0.5 μm。该菌最适宜的pH值约为7，最佳生长温度约为29oC。随着该菌对铁的还原，细胞蛋白含量逐渐增加，说明该菌能够从铁还原过程中获得能量以维持自身生长。 4)微生物对不同形态铁的还原及对砷运移的影响 在含As(V)的培养基中以柠檬酸铁为电子供体，铁还原菌将铁还原，并且伴随着铁的还原溶液中形成白色沉淀，其可以去除溶液中的砷。此外，溶液中检测到As(III)的存在。以水合铁矿为电子受体，铁还原菌将够将其还原。由于水合铁矿对砷的吸附作用，空白对照和接菌处理中砷的浓度均降低。这些结果表明，异化铁还原不足以导致砷的运移，环境中存在一些阴离子如CO32-等，可以与亚铁形成沉淀而将砷固定。 总之，水稻土中铁的微生物还原对砷的生物有效性有重要的影响，可以合理利用铁还原菌的功能来修复砷污染土壤。 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-06-04 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/328]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_土壤环境科学实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王新军. 水稻土中铁的微生物还原及对砷运移的影响[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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