一株铁/硝酸盐还原菌分离、特性鉴定及其与铁氧化物作用

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铁还原菌是最重要的还原菌之一,广泛的分布于土壤、湖泊、沼泽和海洋等沉积环境。在还原性无氧环境中,这些微生物以Fe(Ⅲ)作为最终电子受体维持生长。这些微生物功能强大,大多数能够利用多种电子供体和受体维持增长。其代谢过程及与含铁矿物质间的相互作用耦合了地表中C、N、P、S和一些重金属元素的循环,具有重要的环境意义。强化这些微生物类群的还原通量将有助于我们解决大面积环境问题。为深入对这一类微生物的了解,作者从富含铁(氢)氧化物尾矿库中采集样品分离菌株,并对获得菌株生理生化、代谢功能、表面性质及其对铁氧化物的作用效应进行了研究。获得如下成果:(1)从铜陵矽卡岩尾矿库1m深处采集尾矿样,分离获得了一株兼性厌氧能利用小分子乙酸盐进行异化铁、硝酸盐还原的细菌。形态观察、16S rDNA序列比对和生理生化测试,该菌为棒状(2μm长,0.6μm宽)、革兰氏阴性,可归入γ-变形菌中的施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri),将菌株命名为Pseudomonas stutzeri Strain CW (CCTCC AB2013114)。该菌能在pH78,温度3040℃下生长。(2)对其代谢底物进行研究发现,该菌在厌氧条件下能将Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),硝酸盐还原为氮气。代谢固体产物的XRD分析结果表明,还原产生的Fe(Ⅱ)与培养基中的磷酸盐化合形成了蓝铁矿。在硝酸盐和Fe(Ⅲ)共存时,Strain CW能同时还原两种电子受体。这种在矽卡岩铜尾矿库厌氧区分离获得既能还原硝酸盐又能还原Fe(Ⅲ)假单胞菌的报道尚属首次。(3)通过不同温度和pH值组合实验,优化出Pseudomonas stutzeri CW生长条件为35℃、pH7,产氮气条件为35℃、pH值为8。采用优化产氮气条件,在碳源充足条件下以硝酸盐为关键底物,研究了其还原硝酸盐产氮气的动力学过程。(4)测得细胞干重和菌体溶液OD600关系为:细胞干重浓度DW(mg/L)=533.14×OD600-6.48(R2=0.99)。对菌体表面性质和絮凝性能进行了初步研究,发现菌体表面结合型EPS具有较好的絮凝效果。(5)设计多组实验研究了DIRB和SRB各自及共同作用下对磁性铁氧化物的还原作用。发现SRB在不含硫酸盐的体系中能够诱导磁性铁矿物磁性缓慢上升,同时有蓝铁矿生成。在含硫酸盐体系中SRB还原硫酸盐形成H2S,H2S与铁氧化物反应生成铁硫化物,矿物磁性快速降低。含硫酸盐体系中同时接种DIRB和SRB时,代谢产物H2S的作用在铁氧化物还原过程中占主导地位。
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