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微氧條件土壤中微生物亞鐵氧化耦合砷固定過程取得新認識

發布時間:2019-09-25

微生物驅動亞鐵氧化過程在水稻土中十分普遍,形成鐵氧化物表面正電荷豐富,可作爲有效的吸附劑固定土壤中的重金屬。近中性環境中,亞鐵極易被氧氣氧化,因此亞鐵氧化過程的研究主要集中在厭氧條件下。但水稻土環境條件特殊,存在周期性的氧化還原作用,在水稻土中能形成大面積的微氧區域。只有在微氧條件下,中性微氧亞鐵氧化菌才能抗衡氧氣的競爭,進行有效的微生物亞鐵氧化和代謝過程。微氧亞鐵氧化菌能利用氧氣作爲電子受體將亞鐵氧化,從而獲得能量生長。但由于生境條件的限制,目前對該類微生物在水稻土中的多樣性與分布,及其生態環境功能仍不明晰。

中國科學院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室刘承帅研究员课题组与广东省生态环境技术研究所童辉副研究员(原为刘承帅课题组博士后)合作,利用反向梯度法富集培养稻田土壤中微氧铁氧化菌,聚焦微氧亚铁氧化过程中砷的转化/固定機制。研究結果表明亞鐵通過微氧型鐵氧化菌氧化沈澱、並進一步老化成水鐵礦,這一過程可有效的去除共存的活性態砷,且As(V)的去除效率明顯高于As(III)。在添加As(III)的體系中,形成的沈澱物中檢測到大量As(V),表明砷固定過程中伴隨著砷的氧化。同時,體系中砷氧化功能基因的定量結果也證明了砷微生物氧化在砷固定中的關鍵作用。As(III)首先被微生物氧化爲As(V),隨後被亞鐵氧化菌形成的鐵氧化物吸附或形成共沈澱,從而被固定。該研究的微生物鐵-砷協同氧化耦合砷固定脫毒成果對于調控稻田土壤砷的有效性、完善土壤鐵循環理論體系具有重要支撐作用。 

該研究得到國家自然科學基金項目(41603127U1701241)、中國科學院前沿科学计划(QYZDB-SSW-DQC046)等項目的資助。研究成果近期發表在國際著名地球化學領域期刊Geochimica et Cosmochimica Acta (Tong H, Liu CS*, Hao LK, Swanner ED, Chen MJ, Li FB, Xia YF, Liu YH, Liu YN. Biological Fe(II) and As(III) Oxidation Immobilizes Arsenic in Micro-oxic Environments. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2019, DOI: 10.1016/j.gca.2019.09.002)  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703719305691  

  

 

  微氧微生物亞鐵氧化耦合砷轉化固定過程示意圖  

  (劉承帥課題組/供稿)