草酸对黄瓜根中铁还原的促进作用

用黄瓜为材料 ,研究了草酸对植物根切段还原Fe(Ⅲ )EDTA的促进作用。在 2～ 14mmol/L范围内随着草酸浓度的加大 ,其促进作用不断提高 ;在 4h内随着反应时间的推移 ,Fe(Ⅲ )EDTA的还原量成线性上升趋势。进一步用完整根、粗酶提取液和提纯的质膜证明 :促进作用并非草酸本身作为电子供体直接或间接地加速了铁还原反应 ,而是形成的草酸铁螯合态是根中铁还原酶更有效的底物。整体根还原草酸铁的活力和质膜铁还原酶催化草酸铁的效率 (Vmax/Km)都远大于还原柠檬酸铁和Fe (Ⅲ )EDTA的活力和效率     

铁还原菌降解石油烃的研究进展

铁还原菌是指能够利用细胞外Fe(III)作为末端电子受体,通过氧化有机物将Fe(III)还原为Fe(II)微生物的总称。铁还原作用广泛存在于土壤、河流、海洋、地表含水层以及高温高压的地下深部油藏。在厌氧或兼性厌氧条件下,Fe(III)还原耦合有机物的降解,对铁、碳元素的生物地球化学循环具有重要意义。本文介绍了铁还原菌的多样性和铁还原作用机理,综述了铁还原菌在石油烃降解方面的研究进展。此外,还总结了铁还原菌在生物修复中的潜在作用,并对未来的研究方向进行了展望。     

血红蛋白与一氧化氮的生物化学反应

血红蛋白(Hb)的血红素或HbβCys^98分别与一氧化氮(NO)形成铁亚硝酰血红蛋白[Hb(Fe^Ⅱ)NO]或S-亚硝基血红蛋白(SNO-Hb)。两种存在状态与Hb铁的氧化还原化学以及Hb构象有关。Hb分子内NO能从血红素转移至βCys^93巯基,调节NO的贮存与释放。     

干旱胁迫对黄瓜PSⅡ颗粒铁组分Mssbauer谱的影响(英文)

黄瓜 (CucumissativusL .)叶片PSⅡ颗粒的M ssbauer谱呈现 4套双峰 ,依它们的化学位移和四极矩劈裂数值 ,分别属于氧化态Cyt_b5 5 9、还原态Cyt_b5 5 9、Fe3 _Q复合物和Fe2 _Q复合物。干旱胁迫影响QA/QB 中铁 (Fe)参与电子传递的速率 ,使PSⅡ颗粒的M ssbauer谱中Fe2 的吸收双峰消失 ,即还原态Cyt_b5 5 9转变为氧化态Cyt_b5 5 9,Fe2 _Q复合物转变为Fe3 _Q复合物。结果干旱胁迫改变了铁醌复合物中的铁存在状态 ,使铁具有氧化_还原态变化 ,从而参与电子传递。     

异化铁还原梭菌Clostridium bifermentans EZ-1产氢与电化学特性

【目的】从黄河三角洲滨海湿地土壤中获得同时具备产氢、产电以及异化铁还原能力的多功能菌株。【方法】通过厌氧分离技术从黄河三角洲土壤中分离得到纯菌株,16S r RNA基因测序后与数据库已有序列进行比对。利用革兰氏染色及扫描电镜观察菌株形态,并用气相色谱(gas chromatography,GC)和液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)检测其生理代谢底物和产物。通过添加不同形态铁氧化物检测该菌株Fe(Ⅲ)的还原能力。构建微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)检测该菌株的电化学活性。【结果】16S r RNA基因序列比对发现其与双酶梭菌Clostridium bifermentans的相似性达97.99%。革兰氏染色结果显示为阳性菌。能够利用葡萄糖为底物发酵产生氢气、二氧化碳、乙酸和丁酸。Fe(Ⅲ)还原能力检测发现,其不仅可以还原柠檬酸铁(FeC_6H_5O_7)中可溶性的Fe(Ⅲ),还可以还原无定形铁水铁矿(FeOOH)和晶型纳米磁铁矿(Fe_3O_4)中的Fe(Ⅲ)。此外,经MFCs检测发现,该菌具有电化学活性,最大电流输出密度可达6.5 m A/m~2,且在0.15 V位置存在氧化峰。【结论】本研究从土壤中成功分离得到了一株同时具有产氢、产电以及异化铁还原能力的多功能梭菌菌株,保藏并命名为Clostridium bifermentans EZ-1。     

水位影响泥炭沼泽土壤有机碳分解的生物化学机制研究进展

在人类活动和气候变化影响下，泥炭沼泽生态系统急剧退化，其独特的氧化还原过程使得退化泥炭沼泽及其恢复过程中土壤有机碳（SOC）分解与存储机制成为研究的热点问题。泥炭沼泽排水/再湿过程会显著改变土壤的氧化还原条件，进而改变土壤微生物群落和酶活性，驱动铁氧化还原过程，影响SOC分解。已有研究对"缺氧是维持泥炭地碳存储的关键"的传统理论提出了质疑，而土壤酶及铁（Fe）在土壤SOC分解与存储过程中分别扮演着"酶锁"和"铁门"的作用，二者同时受到氧化还原条件的影响。然而，有关退化泥炭沼泽及其恢复过程中酶-土壤SOC-Fe相互作用及微生物驱动机制还有待深入。总结了干旱/排水/再湿对泥炭沼泽土壤SOC组分、分子结构、碳排放的影响，并从微生物、酶、Fe化学的角度归纳总结了泥炭沼泽土壤SOC分解的生物化学机制。未来研究中应将土壤水分与土壤SOC分解的生物地球化学机制联系起来，探寻水位变化过程中生物及非生物要素对土壤SOC分子结构变化的调控机制及土壤氧化酶-酚类物质/SOC分子结构-水解酶之间的作用机制。同时，关注Fe的氧化和还原过程，评估Fe-SOC在泥炭沼泽土壤有机碳中的地位，利用分子生物学手段探究水位变化过程中酶-SOC分解/碳排放-铁之间的权衡机制。     

微生物铁呼吸机制研究进展

铁呼吸是厌氧环境中普遍存在的一种微生物代谢形式,多种古生菌和细菌都能进行铁呼吸.Fe(Ⅲ)的地球化学丰度比较高,为Fe(Ⅲ)还原菌提供了充足的电子受体,但自然中Fe(Ⅲ)多以不溶形式存在,使电子传递受阻.本文介绍了Fe(Ⅲ)还原菌的多样性,总结了4种铁呼吸机制:直接接触机制、螯合促溶机制、电子穿梭机制、纳米导线辅助机制,并对铁呼吸机制未来的研究方向进行了展望.     

土壤铁氧化物对有机质产甲烷过程的影响及其机制

甲烷(CH4)是重要的温室气体和清洁能源。土壤铁氧化物作为重要的环境因子对有机质产甲烷过程具有重要影响。强氧化性且易微生物还原的铁氧化物对产甲烷具有抑制作用,其抑制机理为:(1)铁还原菌与产甲烷菌竞争产甲烷底物(乙酸或H_2)抑制产甲烷过程;(2)产甲烷菌利用Fe(Ⅲ)氧化底物抑制甲烷产生;(3)铁氧化物提高体系氧化还原电势抑制产甲烷过程。然而,具有导电性且晶型较高的铁氧化物可作为电子导体促进互营菌与产甲烷菌之间的直接电子传递,加速产甲烷过程。本文系统阐述了不同类型铁氧化物对有机质互营产甲烷过程的抑制或促进效应及作用机制,并在此基础上探讨了铁氧化物影响产甲烷过程的研究趋势,以期推动铁氧化物在抑制温室气体和促进清洁能源生产方面的实际应用。     

异化Fe(Ⅲ)还原酶促反应及调控机制的研究进展

异化Fe(Ⅲ)还原菌不是分类学上的概念,它具有系统发育及环境来源多样性的特点。与其他大多数的电子受体不同,在近中性pH值条件下,Fe(Ⅲ)的溶解度很低,通常以不溶性的Fe(Ⅲ)氧化物的形式存在。目前,对微生物如何获得和还原不溶性Fe(Ⅲ)的机理仍缺乏系统的了解。以希瓦氏菌和地杆菌为例,本文综述了3种异化Fe(Ⅲ)还原的酶促反应机制及其分子调控机理：异化Fe(Ⅲ)还原菌与Fe(Ⅲ)氧化物直接接触机制、电子穿梭体的作用机制、铁载体作用机制,多种膜蛋白特别是多血红素的细胞色素蛋白参与微生物的异化Fe(Ⅲ)还原过程,并形成复杂的调控网络。此外,本文也对异化Fe(Ⅲ)还原酶促反应及其分子调控机理将来的研究方向进行了展望,以期对这一重要的生化过程有更为全面的认识。     

生物体激活利用氧分子的机理

生物体通过能激活氧分子的酶来利用空气中的氧。激活氧分子的酶一般含金属离子如铁、铜、锰等作为其活性中心的构成部分,铁卟啉出现在许多能激活氧分子的酶分子中。起作用时,酶控制其活性中心的金属离子使其与氧结合形成过渡态,并通过电子传递使氧最终接受电子而脱离金属形成过氧化氢或水分子或直接参入底物中形成产物,这个氧激活过程完全依赖于金属离子的活泼性和酶蛋白具有控制金属离子活性的能力。对细胞色素C氧化酶的活性中心进行模拟研究是探索酶激活氧分子机理的方法之一。目前最好的细胞色素C氧化酶活性中心结构的模拟物为(FeCuPhOH)和[(LN3·OH)CuⅠ-FeⅡ(TMP)]+,它们都能产生低温下稳定的Cu-O2-Fe或Fe(O2-)…Cu复合物过渡态,且氧能与金属脱离,这是氧被激活且可被利用的标志。对细胞色素C氧化酶的作用机理,特别是能制造出相应模拟酶还需要更深入的研究。     

微生物介导铁还原耦合氨氧化过程的研究进展

铁的氧化还原过程可以显著影响环境中次生矿物的形成、养分转化和污染物的归趋。作为厌氧环境中新发现的铁循环过程,铁氨氧化过程对自然和农田生态系统中氨氧化的贡献可达10%以上,对环境保护和农业生产具有深远的意义。文章主要从发展历程、相关微生物、反应机制、影响因素和环境意义等方面综述了铁氨氧化过程。在此过程中,Acidimicrobiaceaesp.A6和异化铁还原菌(DIRB)是驱动铁氨氧化过程的关键微生物,环境pH、Fe(Ⅲ)的浓度和种类、碳源和Mn(Ⅳ)氧化物是重要环境影响因子。铁氨氧化过程可能由微生物独立驱动完成,也可能由微生物-化学耦合作用驱动完成。从环境意义看,铁氨氧化过程对减少温室气体排放、固定重金属等方面具有积极影响,但也会导致氮素流失等负面环境效应。后续的研究可以从纯化微生物、拓展研究方法等方面着手,进一步提升铁氨氧化过程的研究广度和深度。     

铁、锰等金属元素的微生物还原及其在环境生物修复中的意义

讨论了土壤及水体环境中Fe、Mn、U、Se等金属元素的还原,并对还原不同金属的微生物及其对各金属的酶促和非酶促还原机制进行了综述,同时就不同微生物还原各金属在治理环境污染方面的意义进行了概述。     

零价铁对2,4-二氯酚生物还原脱氯的影响研究

采用间歇试验, 接种驯化两月的厌氧混合微生物, 考察厌氧体系中添加零价铁(Fe0)对2,4-二氯酚(2,4-DCP)生物还原脱氯效果的影响, 并对影响“Fe0+微生物”体系的一些因素进行了探索。结果显示：与零价铁或微生物的单独作用相比, “Fe0+微生物”体系能够有效促进2,4-DCP的脱氯反应, 最佳Fe0投加量和微生物接种量分别为0.5 g/L和376.2 mgVSS/L; 初始pH = 8.0对2,4-DCP的转化效果最好, 偏酸性环境不利于污染物转化; 微生物接种量与铁用量之间有一适宜比例, 一定范围内增加微生物接种量可催生出更多可降解污染物的酶或酶系, 提高2,4-DCP的降解效果。     

OxyR介导的细菌氧化胁迫应答调控机制研究进展

OxyR属于LysR型转录因子家族的氧化胁迫调控蛋白,是细菌抵抗氧化胁迫压力的重要调控因子。OxyR能够通过调控过氧化氢酶和过氧化物酶等抗氧化基因的表达清除H₂O₂、参与铁代谢控制胞内过氧化物的产生以及修复生物大分子氧化损伤,从而抵抗氧化胁迫。OxyR的基因表达调控功能依赖于其还原态和氧化态之间的转变,改变调控蛋白对下游基因调控区的亲和能力。氧化态OxyR识别启动子区的结合序列,激活或抑制过氧化氢酶等基因的表达。还原态和氧化态的转换依赖于在氧化状态下分子间二硫键的形成。本文综述了近年来细菌OxyR调控基因表达的最新研究进展,有助于深入理解OxyR在细菌抵抗氧化胁迫的作用方式,为相关致病菌的防治奠定分子基础。     

微生物协同Fe0氧化的环境修复作用研究进展

零价铁(Fe0)具有高效还原转化多种污染物的能力,但不能实现污染物的矿化作用。微生物与Fe0的协同作用过程,以微生物为主导,Fe0起促进作用,可有效提高多种污染物的降解效率,实现污染物的彻底脱毒与无害化,因此利用微生物协同Fe0氧化进行环境修复具有广阔的应用前景。本文从微生物协同Fe0氧化的作用机理、菌种多样性及其在环境修复中的应用等研究进展进行综述,提出微生物协同Fe0氧化的环境修复研究中存在的主要问题和重点研究方向,以期在更全面、深入地认识这一过程的基础上,充分发挥其在环境修复中的作用。     

铁还原菌在水资源再生与能源转化领域的研究进展

铁还原菌是一种典型的异化金属还原菌,广泛分布于海洋沉积物、陆地深地层等自然环境,该类细菌可以将铁氧化物中的Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),在铁、碳的生物地球化学铁循环中发挥重要作用。铁还原菌的末端电子不局限于Fe(Ⅲ),还可以是其他高价金属、有机污染物,可用于土壤、地下水的污染修复和毒性削减。在微生物电化学系统中,铁还原菌氧化有机物产生的电子直接传递给电极,可以产生电能。基于这种独特的胞外电子传递方式,衍生出了微生物燃料电池、微生物电解池、微生物脱盐电池、微生物燃料电池耦合芬顿反应以及光催化微生物燃料电池,常用于微生物发电、生物传感器、生物制氢、定向发酵、海水淡化、生物脱盐和污染物分解矿化。本文从异化铁还原菌的代谢机制、微生态作用、环境修复、水资源再生与能源转化四个方面,综述了铁还原菌的作用原理及国内外研究现状,分析论述了目前亟需解决的关键问题和未来的研究方向,以期为铁还原菌的基础理论研究和应用技术研发提供参考。     

不同电子受体下铁还原细菌异化还原Fe(Ⅲ)性质及菌群特征

将渤海沉积物进行厌氧培养,富集异化Fe(Ⅲ)还原混合菌群。在不同电子受体下,分析铁还原菌群异化还原Fe(Ⅲ)性质。以柠檬酸铁和氢氧化铁为电子受体培养体系,在培养12 h时,累积Fe(Ⅱ)浓度分别为(100.67±0.75)和(53.24±3.63)mg·L~(-1);当培养60h时,累积Fe(Ⅱ)浓度达到(118.95±1.47)和(119.74±3.96)mg·L~(-1)。这表明可溶性与不可溶性电子受体能够显著影响细菌异化Fe(Ⅲ)还原过程,而对累积Fe(Ⅲ)还原量影响不明显。通过高通量测序技术,分析不同电子受体下的异化Fe(Ⅲ)还原混合菌群多样性与优势菌组成。菌群多样性分析表明,以柠檬酸铁和氢氧化铁为电子受体时,菌群多样性Shannon指数分别是3.40和3.11,较对照组(Shannon指数2.07)高,表明培养体系中加入Fe(Ⅲ)能显著提高铁还原混合菌群多样性。异化Fe(Ⅲ)还原混合菌群在不同电子受体下优势菌主要是Clostridium_sensu_stricto和Romboutsia,属于梭菌目Clostridiales,这表明梭菌是参与Fe(Ⅲ)还原的优势菌。     

溶解有机质与铁氧化物相互作用过程对重金属再迁移的影响

水体中的溶解有机质(DOM)可与铁氧化物发生广泛的相互作用,进而对重金属再迁移产生重要影响,因而开展DOM与铁氧化物相互作用过程及其对重金属再迁移影响的实验研究,将有助于深化认识有毒重金属的迁移转化规律及其二次污染风险。本文对还原条件下不同浓度的DOM与铁氧化物的相互作用过程及其对重金属(Pb和As)再迁移的影响进行了研究。Pb、As浓度变化和铁氧化物絮体IR光谱分析结果表明:(1)DOM与铁氧化物的相互作用能明显增强还原环境下铁氧化物中Pb的再释放,并对As的再迁移产生一定的影响;(2)铁氧化物絮体主要通过Fe(III)与DOM中的羟基和羧基形成配位键而发生相互作用,Fe(III)易形成粒径更小的无定形铁氧化物,有利于铁氧化物的还原溶解,进而增强铁氧化物絮体中Pb、As的再释放;DOM使还原溶解后的Fe(II)难以形成二次沉淀矿物,不仅减弱了Pb、As再次进入固相的机会,而且溶解态Fe(II)浓度的增高能够进一步催化γ-FeOOH到α-FeOOH的相转化过程,进而促进铁氧化物絮体中Pb、As元素的再释放;此外,DOM还可以通过竞争吸附作用过程减弱铁氧化物对Pb、As的吸附,这可能也是溶液中Pb、As浓度增高的原因。本研究为进一步深化认识还原环境下重金属的二次污染风险,进而制定科学合理的水环境管理和保护措施提供了科学依据。     

氧化还原伴侣工程：P450低效问题的解决方案之一

细胞色素P450酶(CYPs或P450s)可将O₂的一个原子插入有机底物同时将另一个原子还原为水，广泛参与各种合成代谢和分解代谢过程，所以一直以来都是生物技术领域关注的焦点。在催化循环底物的氧化依赖于氧化还原伴侣向血红素铁传递电子，因此电子转移是P450s催化过程中的限速步骤。利用不同方法优化蛋白质-蛋白质相互作用以提高P450系统的电子转移效率，被称为“氧化还原伴侣工程”，是目前工程化P450s的重要手段之一，并取得了卓有成效的进展。本文将着重介绍关于氧化还原伴侣组分替换组装、P450酶与氧化还原伴侣融合及P450酶与氧化还原伴侣作用界面修饰等方面的进展，期望为未来该方面的工作提供一定的指导作用。     

柿叶茶及其加工过程中体外抗氧化活性研究

为了解柿叶茶的抗氧化活性及其加工过程中的变化,采用DPPH·、ABTS+·、还原能力(Fe3+和Cu2+)和金属络合能力(Fe2+和Cu2+)等方法进行体外抗氧化活性检测,同时采用分光光度法对加工过程中黄酮、总酚含量变化规律进行研究。结果表明,柿叶茶具有显著的抗氧化活性,主要通过清除自由基、络合过渡金属离子这两种途径实现;杀青、浸泡、做形、晾干和炒制等步骤不同程度提高了柿叶茶抗氧化活性,其中炒制后ABTS+·清除和Cu2+还原能力显著提高,DPPH·清除、Fe3+还原、Cu2+络合能力与柿叶无显著性差异,但Fe2+络合能力显著下降;黄酮、总酚含量炒制后与柿叶无显著性差异,且与抗氧化能力有极显著的相关性,含量越高,抗氧化能力越强。