中性环境中微生物介导下的厌氧铁氧化及生物矿化效应.pdfVIP

只 中性环境中微生物介导下的厌氧铁氧化及生物矿化效应 Anaerobic mi一cro一bi^alIlli一ron oxi●d一ati●on andl_bi-omi-neral1i-__ zationinneutralenvironment 章力学，彭晓彤，周怀阳，李江涛，吴 自军 (同济大学 海洋地质国家重点实验室，上海 200092) 中图分类号：P593 文献标识码：A 文章编号2012)03—0121—06 铁是地球上最丰富也是生物圈利用最频繁的过 FeS、FeCO 等可溶性矿物，但不能氧化溶解度差的 渡金属元素。它是许多细胞化合物的组成成分，参与 磁铁矿(Fe3O)和黄铁矿(FeS2)，这表明厌氧光合铁氧 了众多的生理功能。在 自然界中，随着水体 pH和化 化菌的代谢活动可能在很大程度上依赖于溶解态 学组分(如氧浓度)的不同，铁的存在形式和循环途 Fe(II)的供给 1【5J。 径也大不相同(图 1)，它既能形成稳定的二价铁化学 不同的厌氧光合铁氧化菌在 Fe(II)氧化效率方 组分，也能形成稳定的三价铁化学组分。在有氧情况 面显示 出巨大 的差异。一些菌株 (如紫色非硫细菌 下，二价铁离子仅在酸性环境下稳定_1J；一旦pH转 Rhodovulum ferrooxidansstrain SW2 或 绿 细 菌 为 中性，二价铁离子会被快速地化学或生物氧化成 ChlorobiumferrooxidansstrainKoFox)fl~,够氧化大量 三价铁。而在缺氧环境中，二价铁离子则可以保持相 的Fe(II)(8～10reotol／L)，并将 Fe(III)氧化物(水合铁 对稳定，只有 Mn(IV)与高浓度硝酸盐能化学氧化二 矿)沉 淀在 细胞 外 。相反 ，紫 色非硫 细菌 (如 价铁离子I3J；此时，铁的氧化主要受微生物厌氧氧 Rhodomicrobium vannieliistrainBS一11仅能氧化 1～ 化作用所主导 。这种铁 的厌氧氧化作用包括光照下 4mmol／L的Fe(II)；这些 Fe(III)氧化物紧密包裹细 以CO2为电子受体的微生物厌氧铁氧化和以NO3-为 胞，并形成厚 的铁氧化物层，严重阻碍 了细胞的进 电子受体 的微生物厌氧铁氧化 。本文重点综述了这 一 步新陈代谢活动l9，】。进一步的研究表明，strain 两类微生物厌氧铁氧化作用、氧化过程 中铁 的输运 SW2和 strainKoFox反应后的溶液中包含 Fe(II)和 及其生物矿化效应。 Fe(III)离子的浓度远高于根据溶解常数所预测的值， 而 自包裹的strainBS．1反应后的溶液中却只包含了 光合铁氧化菌的厌氧铁氧化 少量的溶解铁 。这些差异可能归于前者在铁氧化过 程中产生了能溶解铁 的低分子质量化学组分。 1993年，二价铁的生物厌氧氧化在厌氧光合细 厌氧光合细菌氧化环境 中的亚铁，可形成球状 菌的培养中被发现，首次指示 了二价铁能在厌氧环 或不规则形状聚合物，具有很高的表面积和活性。若 境 中被氧化。此后，从淡水和海洋沉积物中分离培养 环境 中具有高浓度的磷酸盐和 Fe(II)时，将形成无 出7种不产氧光合铁氧化细菌，分属于Y、 、D变形