一株新的砷还原菌分离鉴定及其对天然矿物臭葱石的溶解作用

【目的】探究江汉平原土著砷还原微生物如何介导臭葱石的溶解和释放过程,以及硝酸盐和硫酸盐对该过程的影响。【方法】采集江汉平原高砷沉积物,利用多轮传代富集方法筛选出一株兼性厌氧砷还原菌;克隆其16S rRNA基因、砷还原酶基因(arsC)、硫代硫酸盐还原酶基因(phsA)、硝酸盐还原酶基因(nar)以获得其分类地位;分析该细菌的As(V)、NO3–、Fe(III)、S_2O_3~(2–)还原功能;利用microcosm技术分析该菌株催化臭葱石中不可溶砷和铁的溶解和释放作用及硝酸盐和硫酸盐对此过程的影响;采用X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等方法对细菌作用前后的矿物表面形貌进行分析。【结果】16S rRNA基因测序结果表明该细菌为柠檬酸杆菌属(Citrobacter sp.),故命名为Citrobacter sp. A11;在Citrobacter sp. A11作用下,0.45 mmol/L As(V)在4 d内被还原成As(III),2.0 mmol/L S_2O_3~(2–)在6 d内被还原成S~(2–),1.0 mmol/L Fe(III)在3 d内被还原成Fe(II),140.0 mg/L NO_3~–在28 h内被还原成NO_2~–;经过28 d该细菌的催化作用使得体系中不可溶砷和铁的释放量分别为33.68μmol/L、51.93μmol/L;硫酸根的加入使得砷和铁的释放量分别增长了41.04%和34.30%,硝酸根的加入则使砷和铁释放量分别降低了35.07%和53.46%。XRD、SEM-EDS分析表明,细菌作用后的臭葱石表面形貌发生明显改变,并出现细小且分散的溶解性颗粒。【结论】本次研究从江汉平原高砷沉积物中富集分离得到一株兼性厌氧砷还原细菌Citrobacter sp. A11,能有效还原As(V)、S_2O_3~(2–)、NO_3~–、Fe(III);砷还原细菌Citrobacter sp. A11能显著促进臭葱石中砷和铁的溶解和释放,硫酸根离子的存在会促进细菌介导臭葱石中固态砷、铁的释放,而硝酸根离子的存在则对此过程起明显抑制作用。     

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。     

高砷含水层参与腐殖酸-铁矿物转化的关键微生物群落及其对砷迁移转化的影响

【目的】探究不同腐殖酸浓度下参与含砷水铁矿转化的微生物类群组成和丰度变化及对砷释放的影响,预测原位高砷含水层中功能微生物群参与有机质—含砷铁矿物转化过程对砷转化释放的作用。【方法】对河套平原高砷地下水和同深度高砷沉积物中的铁还原功能群落进行富集培养,构建室内厌氧微宇宙体系,将富集菌群分别加入到实验室条件下合成的不同浓度腐殖酸(0、1.5、7、14 mg C/L)-含砷水铁矿体系中,通过体系中砷、铁形态及浓度的变化分析,结合高通量测序技术、X-射线衍射(X-ray diffractometer, XRD),探究不同条件下砷的释放固定和群落的演替。【结果】高砷地下水组(G组)和沉积物组(S组)富集得到的铁还原功能群落具有明显差异,G组中以Aeromonadaceae为特殊优势菌群,而S组中以Shewanellaceae为特殊优势菌群。微宇宙实验结果显示,S组的铁还原量相对较高且速率较快;G组与S组中液相砷形态存在明显差异,整个培养期内G组均以As(Ⅴ)为主,而S组中前期以As(Ⅴ)为主,当反应到达20 d时液相As(Ⅲ)高达3.4μmol/L,推测此时具有砷还原功能的群落占优势地位。当反应...     

节杆菌FX8的分离筛选及其生物成矿除砷

【背景】砷（arsenic,As）是一种剧毒的类金属,水体砷污染问题日益突出,严重威胁人类健康,开发高效除砷方法迫在眉睫。【目的】吸附法是目前除砷应用最多的方法之一,对从铁矿表层土壤分离得到的一株铁氧化菌FX8进行研究,以期通过其氧化Fe （II）生成的铁矿物作为吸附剂而去除砷。【方法】通过形态学特征、生理生化特性、全基因组测序分析对菌株进行鉴定,采用邻菲罗啉分光光度法测定总Fe和Fe （II）,利用X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）和能量色散谱（energy dispersive spectrometer,EDS）对铁氧化物沉淀进行分析,采用高压液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱测定总As。【结果】菌株FX8为革兰氏阳性、好氧,其菌落为圆形、乳白色,扫描电镜（scanning electron microscope,SEM）镜检细胞为杆状,大小为（0.5-2.5）μm×（0.13-0.25）μm,可归为节杆菌属（Arthrobacter）。菌株FX8能够氧化Fe （II）并生成铁氧化物沉淀,该沉淀为一种无定形的Fe （III）矿物,其结晶性差且含有大量生物杂质,并且通过产生胞外酶氧化Fe （II）。菌株FX8在28℃、150 r/min条件下,在加As （III）和As （V）体系中,48 h内总Fe的去除率均为100%,而对应的总As去除率分别为99.54%和99.86%;在As （III）和As （V）体系中加入菌株FX8的胞外粗酶液,2 h内总Fe的去除率均为100%,相应的总As去除率为99.45%和100%。【结论】菌株FX8是一株铁氧化菌,利用其胞外粗酶液生物矿化铁除砷的效果优于菌株-砷共培养,本研究可为水体砷污染的高效生物修复提供新的生物材料及理论参考。     

抗砷性微生物及其抗砷分子机制研究进展

砷(Arsenic, As)是一种剧毒类金属(Metalloid), 在自然环境中主要以三价亚砷酸盐[Arsenite, AsO2-, As(III)]和五价砷酸盐[Arsenate, AsO43-, As(V)]的无机形式广泛存在。许多微生物在含砷环境的长期适应过程中, 进化了多种不同的砷解毒抗性机制。目前研究发现主要存在4种类型的砷抗性机理, 包括: As(III)氧化, 细胞质As(V)还原, 呼吸性As(V)还原, As(III)甲基化, 这些机制赋予微生物砷抗性并在砷的转化和地球化学循环中起着极     

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。     

砷污染土壤中毛球菌的分离及其砷还原特性

生物异化还原作用是地球化学循环中的重要部分,其对环境污染物具有良好的治理作用。从湖南省石门县的土壤中分离出1株厌氧砷还原菌,通过16S rRNA分析为毛球菌属,命名为Trichococcus sp.CC328。菌落圆形,无色透明,短杆状革兰阴性菌,最适生长条件为p H 9,Na Cl浓度12-16 g/L。当As(V)的初始浓度为63mg/L时,24 h时细胞数目最多(18×108个/m L),48 h时砷还原率为83%;当Fe(III)的初始浓度为30 mg/L,72 h时还原率为37%。本研究是首次发现具有砷和铁还原能力的毛球菌,为土壤中砷的生物转化提供参考。     

厌氧砷还原细菌(Clostridiumsp. ZY1)分离鉴定及基因组分析

为了进一步了解砷矿区重金属污染环境中砷还原微生物多样性,利用厌氧富集手段,针对砷矿区底泥样品进行厌氧砷还原功能微生物资源的分离及纯培养,并结合基因组学对分离菌株进行初步分析。经过富集分离获得菌株ZY1,通过16S rRNA基因相似性及系统发育树分析,表明菌株ZY1属于梭菌属(Clostridium),菌株ZY1的最适pH范围为6.4～7.1,NaCl的耐受范围为0%～3%,菌株ZY1能够耐受100 mmol/L五价砷(As(Ⅴ)),三价砷(As(Ⅲ))的耐受浓度仅为1.98 mmol/L。菌株ZY1基因组大小为4.4 Mbp,包含31个Scaffolds, N50为318 327 bp, GC含量为30.6%,预测得到4 210个基因。基因组信息表明,菌株ZY1具有砷还原的相关基因簇,并具有较好的抗逆代谢通路。研究结果可为矿山酸性废水底泥微生物多样性研究提供参考,并为砷污染环境的修复及生态治理研究提供菌种资源。     

紫色非硫细菌的砷代谢机制

[目的]系统阐述紫色非硫细菌(PNSB)砷代谢机制和砷代谢基因簇的进化关系.[方法]通过生物信息学方法分析了PNSB砷代谢基因簇的分布、组成、排布方式.采用UV-Vis和HPLC-ICP-MS方法,研究了3个PNSB种类对砷的抗性、砷形态及价态的转化、砷在细胞中的积累和分布以及磷酸盐对As细胞毒性的影响.[结果]砷基因簇分析表明:已公布全基因组序列的17个PNSB菌株基因组中均含有以ars operon为核心的砷代谢基因簇,由1-4个操纵子组成,主要含有与细胞质砷还原和砷甲基化代谢相关的基因,但基因的组成和排列方式因种和菌株而异,尤其是arsM和两类进化来源不同的arsC.实验结果表明:光照厌氧条件下,3个PNSB种类对As(V)和As(Ⅲ)均具有抗性,As(V)和As(Ⅲ)均能进入细胞 ;在胞内As(V)能够还原为As(Ⅲ)并被排出胞外,但不能将As(Ⅲ)氧化为As(V),也未检测到甲基砷化物 ;磷酸盐浓度升高,能够抑制As(V)进入细胞,降低As(V)对细胞的毒性,而不能抑制As(Ⅲ)进入细胞.[结论]PNSB砷代谢机制主体为细胞质As(V)还原,也还有砷甲基化途径.通过对砷代谢基因簇结构多样性特点和进化方式分析,提出了与Rosen不同的ars operon进化途径.这对深入开展PNSB砷代谢和基因之间的相互作用研究奠定基础.     

铁砷共沉淀中的硫酸钙对砷固定作用

铁砷共沉淀法被广泛应用于有色冶金废水的除砷固砷,但共沉淀过程中产生的硫酸钙的固砷作用迄今尚不清楚。本文利用抗坏血酸将铁砷共沉淀中的硫酸钙分离出来,分析其中的砷含量及确定其质量和固砷百分数,研究了不同pH值初始砷浓度、初始硫酸浓度及Fe/As摩尔比对砷固定的影响。结果表明:随pH值升高,硫酸钙中砷含量及固砷百分数增加。当提高体系初始砷浓度时,硫酸钙所固定的砷含量也增加。在较高初始硫酸浓度或较大Fe/As摩尔时,硫酸钙中砷含量较低,但硫酸钙固砷百分数增加。研究结果有助于进一步认清铁砷共沉淀中砷的赋存形态,为准确评价铁砷共沉淀含砷废弃物的环境风险提供科学依据。     

AM真菌对蜈蚣草根围土壤砷形态及其砷吸收的影响

为探明AM真菌对蜈蚣草Pteris vittata根围土壤砷形态及其吸收砷的效应,采用盆栽实验,接种摩西管柄囊霉Funneliformis mosseae(Fm)、幼套近明球囊霉Claroideoglomus etunicatum(Ce)和变形球囊霉Glomus versiforme(Gv)。实验结果表明:接种Ce处理对蜈蚣草根围p H影响不显著,但提高了根围土壤中非专性吸附态砷、结晶水合铁铝氧化物结合态砷比例,分别达35%和13%,同时降低了无定形和弱结晶水合铁铝氧化物结合态砷、残渣态砷比例,分别达3%和11%。蜈蚣草生物量及其体内砷浓度分别提高了111%和15%。研究表明接种Fm或Ce处理相比接种Gv处理对提高根围土壤中弱吸附态砷比例或降低较强吸附态砷比例的效果更好。而与接种Fm和Gv处理相比,接种Ce处理对提高蜈蚣草生物量及砷浓度、砷累积量的效果更显著。接种Ce可显著提高蜈蚣草对砷的提取效率,研究结果为蜈蚣草-AM真菌联合修复As污染土壤提供了技术指导。     

铅锌矿区耐砷细菌的分离、鉴定及性质研究

旨在从湖南康家湾铅锌矿区的重金属污染土壤样品中筛选出耐高浓度砷的细菌菌株。用稀释涂布法分离耐砷细菌;根据16S r RNA基因系统发育分析鉴定分离得到的砷高耐受性菌株并检测菌株内含有的砷耐受性相关基因;用砷钼蓝法测定耐砷细菌的砷氧化还原能力;并通过吲哚乙酸(IAA)定量实验检测优势菌株产IAA的能力。结果显示,从土壤样品中共分离出152株耐砷细菌,其中6株细菌对As5+和As3+的耐受性值分别高达800 mmol/L和20 mmol/L;并且这6株耐砷细菌分属于5个不同的属:假单胞菌属、苍白杆菌属、芽孢杆菌属、威廉氏菌属和节细菌属;菌株Tw31、Tw133、Sw149和Tw222中存在砷还原酶基因ars C,Bw218和Tw222中存在砷离子外排基因ars B/ACR3(2);在72 h之内,菌株Tw133和Tw222的As3+氧化率(约17%)和As5+还原率(约35%)均高于其他菌株;尤其是菌株Tw133在144 h具有48.66%的As5+还原率;且这两株菌分别能产生42.86μg/m L和24.36μg/m L的IAA。筛选出的Tw133和Tw222菌株在砷耐受性、砷氧还能力和产IAA能力等方面展现出了较明显的优势,为深入研究细菌的砷耐受性机制提供了实验材料。     

微生物驱动硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程的锌胁迫

【目的】探究中性厌氧条件下,金属锌影响下硝酸盐依赖型铁氧化菌Pseudomonas stutzeri LS-2驱动的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程机制,对深入理解中性厌氧环境中微生物亚铁氧化驱动的反硝化作用及重金属固定机制具有重要意义。【方法】以不同Zn(Ⅱ)浓度构建LS-2驱动的亚铁氧化成矿体系,分析不同体系中亚铁氧化速率、硝酸盐还原速率以及形成矿物的结构变化规律。【结果】LS-2驱动的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程中,共存Zn(Ⅱ)降低该过程中硝酸盐的还原速率和亚铁氧化速率。同时,随着Zn(Ⅱ)浓度提高,抑制作用增强。微生物亚铁氧化形成的矿物通过吸附、共沉淀和离子置换等过程固定Zn(Ⅱ),降低Zn(Ⅱ)活性。Zn(Ⅱ)浓度对形成的矿物结构有较大的影响:低浓度Zn(Ⅱ)体系中,形成的矿物为纤铁矿;随着Zn(Ⅱ)浓度的提高,矿物结构与结晶度都有一定程度的变化,当Zn(Ⅱ)达到4 mmol/L时,形成的矿物主要为铁锌尖晶石。【结论】明确了重金属锌对LS-2菌株反硝化及亚铁氧化过程的抑制规律,同时阐明了Zn(Ⅱ)浓度对形成矿物结构的影响。研究结果有助于深入认识中性厌氧环境中重金属与微生物驱动的铁循环和反硝化过程的耦合作用,为土壤重金属污染防治提供理论支撑。     

砷还原菌群对砷的还原作用及菌群的多样性分析

从砷污染土壤中富集砷抗性细菌,在厌氧环境中进行培养,观察其对砷的还原能力。结果表明：在21 h之内,As(V)就被完全还原为As(Ⅲ);培养72 h后,培养基中出现黄色沉淀,采用X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)技术对沉淀进行分析表明,沉淀主要是以3种晶型存在的硫化砷(AsS);培养150 h后,大约有65%的As以上述沉淀的方式从溶液中移除。此外,本文还采用了构建16S rDNA文库的方式对该体系中的微生物种群进行分析,利用RFLP技术对16S rDNA片段进行分型,共得到72个操作单元类型(OTU),其中6个OTU占了库容的51%,从这6个OTU中各选取1个克隆进行测序,结果表明,富集到的砷还原细菌属于喜热菌属(Caloramator)、梭菌属(Clostridium)和杆菌属(Bacillus)。     

铁氧化菌耐砷机制及其砷污染修复应用的研究进展

砷污染作为全球性环境问题已经引起了人们的高度重视。无机砷化合物可与铁氢氧化物络合通过共沉淀作用去除。因此,利用具有砷耐性的铁氧化菌氧化环境中的铁元素去除砷化合物具有潜在的应用前景。目前已有利用铁氧化菌去除环境中砷污染物的报道。用于砷污染修复的铁氧化菌必须有一定的砷耐性才能在含砷环境中行使功能。微生物是否具有砷耐性往往取决于基因,并且不同的菌株具有不同的生理特征,适宜不同砷污染环境的修复。本文通过对8株代表性的铁氧化菌砷耐性基因的总结,阐述其耐砷机制、研究概况及应用前景,以期为铁氧化菌用于除砷新技术的开发提供参考。     

土壤溶液中的砷及其与水稻生长效应的关系

通过盆栽试验和土壤中砷的吸附试验,探讨了砷在土壤溶液中的氧化－还原行为和溶解行为,并初步揭示了不同价态砷对水稻毒性差异的机理,以及土壤ｐＨ对砷的吸附作用和毒害作用的影响。     

“吃”砒霜的细菌--解析微生物的砷代谢

研究发现一些微生物可以利用剧毒的类金属砷(As)为自身生长获取能量甚至用砷代替磷维持生长。本文综合分析了近期的研究进展,从以下6方面解析微生物多重的砷代谢产能机制:(1)化能无机自养As(Ⅲ)氧化供能;(2)有机异养型As(Ⅲ)氧化供能;(3)呼吸性As(Ⅴ)还原供能;(4)As(Ⅲ)氧化偶联的光合作用;(5)As(Ⅲ)氧化、As(Ⅴ)、还原As(Ⅲ)氧化偶联的光合作用之间的关联;(6)As(Ⅴ)代替磷维持细菌生长。阐明微生物利用砷的机理在生命起源、生命多样性、进化、地球化学循环及污染治理等方面都具有重要价值。     

外源As(Ⅲ)在不同母质发育土壤中的老化过程

应用模拟试验方法,研究了外源As(Ⅲ)在第四纪红土、紫色砂页岩和花岗岩3种母质发育土壤中的老化过程,并分析了该过程中砷的有效性、结合态等的变化.结果表明: 经过120 d老化后,3种土壤中均只能检测到As(Ⅴ)的存在;伴随老化过程的进行,土壤中有效态砷的含量均呈下降趋势,且下降幅度为:紫色砂页岩发育土壤(RS₂)>花岗岩发育土壤(RS₃)>第四纪红土发育土壤(RS₁).应用准二级动力学方程可以较好地模拟3种土壤中有效态砷含量的变化(P＜0.05),土壤pH、有机质及铁铝锰氧化物是影响砷老化的主要因素,且锰氧化物的影响大于铁铝氧化物(P＜0.05).相关分析表明,非专性吸附态砷和专性吸附态砷是构成土壤有效砷的主要形态.     

油藏铁还原微生物的研究进展

地下深部油藏通常为高温、高压以及高盐的极端环境,含有非常丰富的本源嗜热厌氧微生物,按代谢类群可分为发酵细菌、硫酸盐还原菌、产甲烷古菌和铁还原菌。从油田环境已经分离出90株铁还原微生物,如热袍菌目、热厌氧杆菌目、脱铁杆菌目、δ-变形菌纲脱硫单胞菌目、γ-变形菌纲希瓦氏菌属和广古菌门栖热球菌属等,这些菌株生长温度范围为4-85°C,生长盐度范围为0.1%-10.0%NaCl,还未见到文献报道油藏铁还原菌的耐压性研究。在油藏环境中存在微生物、矿物和流体(油/水)三者之间的相互作用,油藏中的粘土矿物能够作为微生物生命活动的载体,也能为微生物代谢作用提供电子受体。本文综述了油藏铁还原菌分离和表征的研究进展,简述了油藏铁还原菌的环境适用性,并展望了铁还原菌在提高原油采收率方面的应用前景。     

单一与复合砷锑处理对波士顿蕨富集与转化砷和锑的作用

通过水培试验,研究了单一和复合砷锑处理对波士顿蕨(Nephrolepis exaltata L.)植株各部位及其亚细胞砷锑富集和形态转化的影响,以期查明植物体内砷与锑之间可能的相互作用。结果表明,与对照组相比,单一和复合处理条件下,波士顿蕨各部位砷锑含量均有显著的增加,砷含量表现为根叶柄羽叶,锑含量表现为根羽叶叶柄。与20 mg·L-1单一Sb(III)处理相比,复合处理条件下,随着砷的同时加入(10 mg·L-1As)植株各部位锑含量出现下降,同时根部细胞器中的锑出现向细胞壁与胞液转移、而羽叶与叶柄出现由细胞壁向其他两个亚细胞组分转化的现象;与10 mg·L-1单一As(III)处理相比,复合处理条件下,锑的加入(20 mg·L-1Sb)显著降低了波士顿蕨各部位砷的含量,同时促进了根部细胞壁中的砷向胞液与细胞器转移,以及羽叶与叶柄胞液处砷向细胞壁与细胞器的转移。因此,波士顿蕨体内,砷锑之间具有拮抗作用。单一As(III)处理下,波士顿蕨根部以As(V)为主、羽叶主要以DMA为主,而Sb(III)的同时加入则能够促进As(III)更多地向As(V)和DMA转化;单一Sb(III)处理下,波士顿蕨体内以Sb(III)为主导形态,随着As(III)的同时加入,在波士顿蕨根与叶柄处,As(III)强烈地抑制Sb(III)向Sb(V)转化,相反在羽叶处却会促进Sb(III)向Sb(V)转化。