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锰氧化物在环境中广泛存在,反应活性强,对有机物质降解及污染元素的迁移转化起着非常重要的作用。微生物强烈影响着锰氧化物的形成与转化。目前有关锰氧化物生物形成的研究主要以海相锰矿物为对象,用于研究锰氧化物生物形成的微生物也多来自海相和湖相系统,且陆相表生土壤中锰氧化物的形成比海相和湖相系统复杂得多；从微生物生长的热量变化角度探讨锰细菌氧化Mn(Ⅱ)功能的生物学意义的研究尚未报道。本研究综合运用微生物学、分子生物学、微量热和同步辐射等的理论与技术,从我国4种地带性土壤和结核中筛选锰氧化细菌,探讨了生物氧化锰的形成,并对生物形成的锰氧化物进行了表征和分析；应用基因突变和微量热技术研究了锰氧化物生物形成过程中细菌生长及热量释放特点,通过锰氧化菌催化形成生物氧化锰过程中的生长特点和能量利用效率的关系,探讨了锰细菌具有氧化功能的生物学意义。主要结果如下：1.从我国4种地带性土壤中分离到具有较高锰氧化活性的细菌共30株。其中棕壤分离得到20株、黄褐土和黄棕壤分别得到3和2株、红壤分离得到5株。通过对锰氧化菌16SrDNA序列分析和比对可知,30个菌株属于2个发育群,3个门,5个属,11个物种,其中厚壁菌门(G+)有19株,变形菌门(G-)10株,黄杆菌门1株(G-)。通过复筛实验得到变形菌门大肠杆菌属的一株高氧化活性菌MB266,作为生物氧化锰形成菌株进行深入研究。2.MB266在含1mM Mn(Ⅱ)的Leptothrix培养基中生长5天,培养体系中生物氧化锰浓度达0.047mM,相当于4.7%的Mn(Ⅱ)被氧化。对冷冻干燥处理后的培养物进行X射线衍射图谱、透射电镜图谱及电子衍射分析,结果显示生物形成的锰氧化物与方铁锰矿Mn2O3(JCPDS00-002-0896)的特征峰吻合,但本实验所得生物氧化锰衍射峰强度较低,且峰形严重宽化。光电子能谱(XPS)和X射线吸收光谱(XANES)拟合结果显示所得的产物平均氧化度分别为2.76和2.61,这表明本实验得到的生物锰氧化物是弱晶质的三氧化二锰矿物。3.对培养不同时间形成的生物氧化锰进行XPS和XANES拟合,实验中生物氧化锰的形成过程可能是：Mn(Ⅱ)在酶的催化氧化下生成Mn(Ⅲ),部分Mn(Ⅲ)直接沉淀；另外一部分Mn(Ⅲ)与有机物螯合成可溶的复合体,进一步被酶氧化到Mn(Ⅳ),所得的Mn(Ⅳ)氧化物还可以被Mn(Ⅱ)还原,在菌体表面继续生成Mn(Ⅲ)氧化物。4.利用基因突变方法构建了失去锰氧化活性的MB266的突变株MB32,MB98,应用微量热技术,检测了MB266与突变菌株在Leptothrix培养基和含1mM Mn(Ⅱ)的Leptothrix培养基中的生长及热量释放特点,结合Mn(Ⅱ)的氧化量与微生物的生物量,探讨了锰氧化菌的生长特性和能量利用效能。结果表明：野生型菌株由于能够将Mn(Ⅱ)氧化为锰氧化物,降低了Mn(Ⅱ)对菌株的毒害作用,其生物量显著高于突变株；与此同时,Mn(Ⅱ)对野生菌株毒害作用下降,降低了菌株修复细胞内损伤的能量需要,从而降低了细胞的代谢强度,其热量释放显著小于突变株。通过对与Mn(Ⅱ)化学氧化释放的热量与系统释放总热量的比较表明,锰氧化菌在生长过程中主要利用了有机底物分解的能量进行生长,Mn(Ⅱ)氧化过程中释放的热量对锰氧化细菌生长的贡献很小。本实验所检测的锰氧化菌MB266多铜氧化酶基因并非唯一的催化Mn(Ⅱ)氧化的因子,细菌中还存在有其它未知的氧化因子。