检索历史 清除

摘要异化Fe(Ⅲ)还原菌是在自然界广泛分布的一类微生物，异化Fe(Ⅲ)还原过程是微生物与矿物的交互作用中一类重要作用。异化Fe(Ⅲ)还原菌对含铁矿物的还原研究，对于了解地球早期生命活动，研究部分矿物的生物矿化，利用异化Fe(Ⅲ)还原作用修复环境，使用异化Fe(Ⅲ)还原菌构建生物电池开发新能源等方面有重要意义。<br>　　本文首先研究分离自地层的QF菌和45-1b菌对针铁矿的异化还原能力以及还原矿物结构中Fe(Ⅲ)的过程与机理。在此基础上，研究普通贫铁蒙脱石与QF菌和45-1b菌间的交互作用，拓展了异化Fe(Ⅲ)还原菌促进含铁矿物物相转变的认识，进一步认识了微生物参与铁元素地球化学循环的广泛性。最后模拟地下缺氧环境中异化Fe(Ⅲ)还原菌对岩石的作用，考察了细菌作用下岩心物相转变、遇水膨胀性的改变。<br>　　厌氧条件下，QF菌和45-1b菌以培养基中乙酸钠作为电子供体，以针铁矿中Fe(Ⅲ)作为电子受体进行生命活动。铁还原率的变化与QF菌的生长密切相关，QF菌增殖和稳定生长过程中不停还原针铁矿并大量累积Fe(Ⅱ)，当QF菌衰亡时Fe(Ⅱ)的产生随之减缓，QF菌的活动停止时Fe(Ⅱ)不再继续积累最终保持稳定。QF菌和45-1b菌还原针铁矿中Fe(Ⅲ)能力分别为10％和9％，促进针铁矿物相转变，形成具有层状结构的绿锈族矿物，随层间离子种类的不同具有不同d值。此外XANES测试表明QF菌和45-1b菌的还原作用下，针铁矿铁元素总体配位结构不变，但是氧化态降低，针铁矿的晶体结构改变。<br>　　QF菌和45-1b菌能够将钠基蒙脱石还原20％和14％，将钙基蒙脱石还原26％和16％。在两株菌作用下贫铁蒙脱石晶体结构中Fe氧化态发生改变，结构遭到破坏，发生明显的伊利石化，并伴有石英和绿锈族矿物等矿物生成。在细菌还原矿物过程中，希瓦氏菌还原产生的部分Fe(Ⅱ)以Fe2+形式流失到介质中，而QF菌和45-1b菌作用下，介质中无Fe2+。<br>　　在岩心这一复杂矿物体系下，Shewanella oneidensis MR-1、Shewanellaputrefaciens CN32、QF菌和45-1b菌四株异化Fe(Ⅲ)还原菌作用于岩心样品，Fe(Ⅱ)含量升高。岩心矿物组成与菌株不同，产物中Fe(Ⅱ)含量增加幅度有所不同，最高可增加18％。在厌氧条件下，铁还原菌能够有效还原岩心蒙脱石晶体结构中Fe(Ⅲ)为Fe(Ⅱ)，导致蒙脱石物相发生转变，形成无膨胀性的矿物相，大大降低岩心遇水膨胀性:Shewanella putrefaciens CN32可减小50.00％，Shewanellaoneidensis MR-1减小42.31％，45-1b菌减小45.87％，QF菌减小62.39％。