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。     

活性污泥中Fe(Ⅲ)还原微生物的分离、鉴定及还原特性

采用平板分离法和柠檬酸铁还原实验法相结合,从城市污水处理厂活性污泥中分离获得Fe(Ⅲ)还原菌F7,经形态观察、生理生化和16S rDNA序列分析及同源性比对鉴定为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida).在不同柠檬酸铁浓度和不同pH条件下的实验表明,柠檬酸铁浓度为0.32g/L时,菌株生长情况较好,柠檬酸铁浓度为0.16g/L时,Fe(Ⅲ)异化还原比例较高;pH6.5时,菌株生长情况较好,Fe(Ⅲ)异化还原量较多.     

中国希瓦氏菌D14^T的Fe（Ⅲ）还原特性及其影响因素

报道了中国希瓦氏菌D14 T 的Fe(Ⅲ)还原特性,研究了溶氧浓度、光照强度、温度、pH等条件对菌株Fe(Ⅲ)还原的影响。结果发现,随着培养基中Fe(Ⅲ)浓度的提高,菌株D14 T 的Fe(Ⅲ)还原速率相应降低;氧气和光照对Fe(Ⅲ)还原有一定的抑制作用;菌株还原Fe(Ⅲ)的最适反应温度为37℃;在反应起始pH6 0 - 10 0的条件下菌株可进行Fe(Ⅲ)还原。对不同形态Fe(Ⅲ)还原特性的研究结果表明,Fe(Ⅲ)的溶解度越高越有利于还原反应的进行。采用SDS和OGP这两种蛋白变性剂对Fe(Ⅲ)还原蛋白进行初步定位的结果表明,参与Fe(Ⅲ)还原的蛋白主要位于细胞可溶性外周蛋白。在同时含有偶氮染料和Fe(Ⅲ)的条件下,菌株D14 T 的偶氮染料脱色率和Fe(Ⅲ)还原率均有所提高     

异化Fe(Ⅲ)还原及其在污染治理中的作用

细菌的异化Fe(Ⅲ)还原指以Fe(Ⅲ)为末端电子受体在无氧条件下氧化有机物的产能过程,在生物地球化学循环中起着重要的作用。系统综述了异化Fe(Ⅲ)还原细菌与多种代谢反应相耦联的Fe(Ⅲ)还原过程、还原不溶性Fe(Ⅲ)氧化物的机制,及其与Fe(Ⅲ)还原相关的分子生物学的研究进展。介绍了国内外有关Fe(Ⅲ)还原在环境污染治理中的研究现状及其发展趋势。     

一株嗜水气单胞菌HS01的偶氮还原脱色特性

[目的]研究嗜水气单胞菌HS01的偶氮染料还原脱色特性.[方法]建立HS01/偶氮染料/电子供体序批式厌氧反应体系,研究Fe(Ⅲ)/腐殖质还原菌HS01以偶氮染料为电子受体的厌氧呼吸特性及影响因素;并构建HS01/偶氮染料/电子供体/铁氧化物体系,探讨铁氧化物对HS01偶氮还原的影响.[结果]HS01可将金橙Ⅰ迅速还原,菌体增殖;柠檬酸、丙三醇、蔗糖和葡萄糖体系中,16h金橙Ⅰ的脱色率分别达87％、85％、88％、90％;不同pH和金橙Ⅰ初始浓度条件下的脱色率不同;在反应体系中加入α-FeOOH,脱色率从90％增加至95％,Fe(Ⅱ)生成量与无染料对照体系相当.[结论]HS01能以葡萄糖为电子供体,金橙Ⅰ为唯一电子受体,进行厌氧呼吸;蔗糖、柠檬酸、丙三醇也可作为有效的电子供体,脱色率依次递减;甲酸、乙酸、乳酸、乙醇及丙酸不能作为HS01厌氧呼吸的电子供体.金橙Ⅰ脱色的最佳pH范围为6.0-8.0;高浓度(2.0 mmol/L)金橙Ⅰ负荷下,HS01仍保持高脱色率(＞85％).在HS01/α-FeOOH/金橙Ⅰ体系中,异化铁还原作用与偶氮呼吸作用同时发生,异化铁还原能促进偶氮脱色,而脱色对Fe(Ⅲ)还原没有明显影响.这可为铁/腐殖质还原菌在环境修复和废水处理等领域的应用提供研究积累.     

细菌的Fe(Ⅲ)还原

细菌Fe(Ⅲ)还原是生物进化过程中最早出现的生物能量代谢途径,多种古细菌和真细菌具有Fe(Ⅲ)还原能力。在细菌Fe(Ⅲ)还原的过程中,需要多种膜蛋白的参与,且受到多途径的调控,特别是多血红素的细胞色素在电子传递过程中发挥重要作用。细菌Fe(Ⅲ)还原在生命的进化和整个生物地球化学循环中起到重要作用,具重要的环境学意义。     

中国希瓦氏菌D14T的Fe(Ⅲ)还原特性及其影响因素

报道了中国希瓦氏菌D14T的Fe(Ⅲ)还原特性,研究了溶氧浓度、光照强度、温度、pH等条件对菌株Fe(Ⅲ)还原的影响。结果发现,随着培养基中Fe(Ⅲ)浓度的提高,菌株D14T的Fe(Ⅲ)还原速率相应降低;氧气和光照对Fe(Ⅲ)还原有一定的抑制作用;菌株还原Fe(Ⅲ)的最适反应温度为37℃;在反应起始pH60-100的条件下菌株可进行Fe(Ⅲ)还原。对不同形态Fe(Ⅲ)还原特性的研究结果表明,Fe(Ⅲ)的溶解度越高越有利于还原反应的进行。采用SDS和OGP这两种蛋白变性剂对Fe(Ⅲ)还原蛋白进行初步定位的结果表明,参与Fe(Ⅲ)还原的蛋白主要位于细胞可溶性外周蛋白。在同时含有偶氮染料和Fe(Ⅲ)的条件下,菌株D14T的偶氮染料脱色率和Fe(Ⅲ)还原率均有所提高。     

土壤Fe(Ⅲ)异化还原机理及影响因素研究进展

微生物的异化Fe(Ⅲ)还原指以Fe(Ⅲ)为末端电子受体在厌氧条件下氧化有机物的产能过程,在生物地球化学循环中起着重要的作用,异化还原的产物为Fe(Ⅱ)。目前对Fe(Ⅲ)微生物还原的物理、生物化学特性的认识还十分有限。本文系统介绍了异化Fe(Ⅲ)还原的机理及影响因素,包括还原不溶性Fe(Ⅲ)氧化物的机制及与Fe(Ⅲ)还原相关的分子生物学的研究进展。分析了目前研究中存在的问题,并从分子生物学及生物地球化学角度对异化Fe(Ⅲ)还原研究方向进行了评述与展望。旨在加强相关领域研究人员对该科学问题的了解和重视,通过学科交叉和合作加快我国在这一领域的研究。     

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。     

异化Fe(Ⅲ)还原微生物研究进展

铁是地壳中含量第四丰富的元素,微生物介导的异化铁还原是自然界中Fe(Ⅲ)还原的主要途径。介绍了Fe(Ⅲ)还原菌的分类及多样性,总结了Fe(Ⅲ)还原菌还原铁氧化物机制及其产能代谢机制,概述了Fe(Ⅲ)还原菌的生态环境意义,并对未来Fe(Ⅲ)还原菌的分子生态学研究方向提出了探索性的建议。     

异化Fe(Ⅲ)还原及其在污染治理中的作用

细菌的异化Fe(Ⅲ)还原指以Fe(Ⅲ)为末端电子受体在无氧条件下氧化有机物的产能过程,在生物地球化学循环中起着重要的作用。系统综述了异化Fe(Ⅲ)还原细菌与多种代谢反应相耦联的Fe(Ⅲ)还原过程、还原不溶性Fe(Ⅲ)氧化物的机制,及其与Fe(Ⅲ)还原相关的分子生物学的研究进展。介绍了国内外有关Fe(Ⅲ)还原在环境污染治理中的研究现状及其发展趋势。     

Fe(Ⅲ)的微生物异化还原

异化Fe（Ⅲ）还原微生物是厌氧环境中广泛存在的一类主要微生物类群,它们的共同特征是可以利用Fe（Ⅲ）作为末端电子受体而获能。异化Fe（Ⅲ）还原微生物具有强大的代谢功能,可还原许多有毒重金属包括一些放射性核素,还可降解利用许多有机污染物,在污染环境的生物修复中具有重要的应用价值。本文对异化Fe（Ⅲ）还原微生物的分布、分类,代谢功能多样性以及异化Fe（Ⅲ）还原的意义做了评述,旨在加强相关领域的研究人员对此的了解和重视,通过学科的交叉和合作加快我国在这一领域的研究。     

水稻土中铁还原菌多样性

微生物介导的异化Fe(III) 还原是非硫厌氧环境中Fe(III) 还原生成Fe(II) 的主要途径,然而相关的铁还原菌还不是很清楚,特别是在水稻土中.本文采用富集培养的方法,以乙酸和氢气作为电子供体,水铁矿和针铁矿作为电子受体,通过末端限制性片段长度多态性（T-RFLP）技术和16S rRNA基因克隆测序相结合的分子生物学方法研究了水稻土中铁还原菌的多样性.结果表明：无论是以乙酸或氢气为电子供体,水铁矿或针铁矿为电子受体,地杆菌（Geobacter）和梭菌（Clostridiales）是富集到的主要微生物群落;乙酸为电子供体时,富集到的主要微生物群落还包括红环菌（Rhodocyclaceae）;因此,除地杆菌外,梭菌和红环菌很可能也是水稻土中重要的铁还原菌.     

异化金属还原菌的研究进展

微生物利用金属氧化物作呼吸作用的最终电子受体是一种新的代谢途径。该过程微生物利用有机底物异化还原金属氧化物进行生长代谢。异化金属还原菌对于研究探索古生物呼吸形式、界定生命的上限温度等生命科学问题具有重要研究价值,同时在生物整治、微生物燃料电池等方面具有广阔的应用前景。对异化金属还原菌进行了综述,并对这类菌的研究应用给了评述和展望。     

壳聚糖Fe（Ⅲ）配合物的合成、表征及抑菌性能

合成了壳聚糖Fe(Ⅲ)配合物,利用IR、UV、和TG-DTA对配合物进行了表征.研究了壳聚糖及壳聚糖铁(Ⅲ)配合物对常见的两种细菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)的抑菌性能.结果表明:水溶性的壳聚糖在配合前后,其结构表征发生了一定的变化,并且壳聚糖铁(Ⅲ)配合物的抑菌性能比水溶性壳聚糖本身显著提高(P＜0.05).     

碳源和淹水时间对水稻土微生物Fe(Ⅲ)还原能力的影响

以我国6个省的水稻土为供试样品,采用厌氧恒温培养方法,研究了分别以葡萄糖、丙酮酸盐、乳酸盐和乙酸盐为惟一碳源时不同淹水时间土壤微生物群落对Fe(Ⅲ)的还原能力.结果表明：不同淹水时间对Fe(Ⅲ)还原特征值V_max的影响显著,表现为淹水20 d > 30 d > 12 d > 1 d > 5 d,不同淹水时间下水稻土微生物群落结构不同是导致Fe(Ⅲ)还原能力不同的主要原因.不同碳源对微生物铁还原过程有显著影响,葡萄糖和丙酮酸盐在不同淹水时间中始终为优势碳源,其Fe(Ⅲ)还原率分别为88.1%～99.9%和58.0%～97.9%;不同土壤铁还原微生物群落对乳酸盐的利用差距较大,湖南和浙江水稻土在整个淹水周期中Fe(Ⅲ)还原率达到87.1%～100%,而其他土壤则表现为淹水前5 d为5.0%～49.4%,12 d后增加到52.2%～99.9%;乙酸盐处理在不同淹水时间中都表现为随时间推移Fe(Ⅲ)还原率逐渐增大的趋势,其中浙江水稻土的变化最大,在5.3%～75.8%.     

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。     

Fe(III)的微生物异化还原

异化Fe(III)还原微生物是厌氧环境中广泛存在的一类主要微生物类群,它们的共同特征是可以利用Fe(III)作为末端电子受体而获能。异化Fe(III)还原微生物具有强大的代谢功能,可还原许多有毒重金属包括一些放射性核素,还可降解利用许多有机污染物,在污染环境的生物修复中具有重要的应用价值。本文对异化Fe(III)还原微生物的分布、分类,代谢功能多样性以及异化Fe(III)还原的意义做了评述,旨在加强相关领域的研究人员对此的了解和重视,通过学科的交叉和合作加快我国在这一领域的研究。     

一株嗜酸化能异养菌Acidiphilium sp.的分离鉴定及其对Fe(Ⅲ)代谢的研究

从云南省腾冲热泉酸性泥土样品中分离得到一株好氧嗜酸异养细菌Teng-A。菌株Teng-A细胞大小0.6～0.8μm×1.0～1.5μm,单生或成链状排列,革兰氏染色反应为阴性,有周生鞭毛,不产芽孢,该菌适宜的生长温度为29～33℃、pH为3.0～4.0,可以利用许多有机物生长,但不能利用Fe(Ⅱ)、S、Na2S2O3、K2S4O6等为能源生长。菌株Teng-A基因组DNA的(G C)mol%为69.6mol%,其16S rRNA基因与Acidiphilium属菌种的16S rRNA基因的最高相似性大于99%。根据形态学、生理生化特点及系统发育分析表明,菌株Teng-A是Acidiphilium属的一个新成员,崭定名为Acidiphilium sp.strainTeng-A。厌氧条件下,菌株Teng-A可以葡萄糖或H2为电子供体,将Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),还原速率分别为11.56mg/L.day与15.34mg/L.day。菌株Teng-A与Acidithiobacillus ferrooxidansLJ-1和Leptospirilum ferriphilum LJ-2共同培养,前3dFe2 氧化速度分别为0.44g/L.day和0.41g/L.day,比LJ-1(0.64g/L.day)和LJ-2(0.60g/L.day)单独培养时氧化Fe(Ⅱ)的速率稍慢,但当培养时间超过5d时,Fe(Ⅱ)最终被全部氧化,并且发现在共培养时,Fe(Ⅱ)氧化生成的沉淀物的形态不同于At.ferrooxidans和L.ferriphilum单独培养时产生的沉淀物的形态。最后讨论了Acidiphilium对生物浸矿和生物成矿作用的影响。     

天然Fe(Ⅱ)矿物-生物质强化微生物还原固定五价钒研究

【目的】重金属钒的环境危害日益受到关注,微生物可实现高毒性的五价钒[pentavalent vanadium, V(Ⅴ)]的还原固定,其中电子供体是微生物还原V(Ⅴ)的关键,尽管天然Fe(Ⅱ)矿物和天然生物质均被报道可单独支持微生物还原V(Ⅴ),而基于两者构建的混养体系中微生物还原V(Ⅴ)的特征尚未揭示。【方法】本研究对天然Fe(Ⅱ)矿物和生物质进行优选并复配组合,探究混养生物体系中五价钒[V(Ⅴ)]的还原机理。【结果】磁黄铁矿和木屑对V(Ⅴ)的去除效率最高,分别为54.2%±3.4%和67.1%±3.1%。当优选的磁黄铁矿与木屑组合复配比例为1:3时可达到最高的V(Ⅴ)去除效率82.7%±3.1%。V(Ⅴ)被还原为不溶性V(Ⅳ)沉淀,Fe(Ⅱ)和S(–Ⅱ)分别被氧化为Fe(Ⅲ)和SO₄^2-。在混养体系中,脱硫菌(Desulfurivibrio)和硫菌属(Thiobacillus)等自养菌属可能参与磁黄铁矿的氧化与V(Ⅴ)还原,并利用无机碳源合成有机中间代谢产物,与无胆甾原体属(Acholeplasma)等纤维素降解菌分解木屑的产物一起,被B...