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铁细菌胞外多聚物对铁矿物的调控形成及其环境意义 总被引：1，自引：0，他引：1
环境介质溶液中铁的水解作用和稳定化作用主要受铁细菌及其代谢有机物质的影响。铁细菌普遍存在于自然环境中,可利用低价铁源为自身生长所需能量。铁细菌胞外有机物的主要组分如多糖和蛋白质等可与铁结合,并通过氧化或沉淀作用使铁稳定、沉积而形成铁矿物;此外铁细菌胞外多聚物可催化铁的氧化或促进铁的聚集。这些生物成因铁矿物因具有良好的表面吸附与氧化还原等化学活性,及有效固定环境中的重金属、放射性核素和催化降解有机污染物的良好环境属性,在环境生物矿物材料和环境治理研究领域被日益重视。故本文基于铁细菌及其胞外多聚物对铁矿物矿化形成的重要调控作用,介绍了环境中存在的铁细菌及其生物矿化特征,重点阐述了铁细菌胞外多聚物(组分、结构及特性)及其在铁矿物矿化过程中的作用,同时对铁细菌胞外多聚物及生物成因铁矿物的环境意义进行了概述。 相似文献
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趋磁细菌是一类特殊的微生物,它们在体内合成有生物膜包裹、粒度均一(35 ～ 120 nm)、结晶程度高、晶形特殊、呈链状排列的磁小体,其化学成分主要是磁铁矿( Fe3O4)或胶黄铁矿(Fe3S4),因此,它们能沿地磁场磁力线定向游弋.研究表明,趋磁细菌广泛分布在淡水和海洋环境中,细胞数量可达105～ 107个/ml,其多样性和地理分布与环境有密切关系.磁小体在趋磁细菌死后可以保存在沉积物中,化石磁小体对沉积物磁学性质有重要贡献,而且趋磁细菌活动在全球铁元素循环和维持生态系统功能等方面发挥重要作用.本文综述了近年来趋磁细菌多样性、地理分布格局、环境磁学以及古环境重建等方面的研究进展.值得指出的是,化石磁小体可作为重构古环境的生物标志物,应予以重视. 相似文献
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铁还原细菌是微生物诱导矿化的典范之一,它可以利用有机质或氢气作为电子供体还原三价铁,并在细胞外矿化形成多种含铁矿物,比如磁铁矿、菱铁矿、蓝铁矿和绿锈等矿物,从而广泛参与自然界中铁元素的生物地球化学循环过程。本文主要介绍铁还原细菌矿化产物的矿物特征、形成条件和影响因素。此外,通过实验室内建立严格厌氧的环境体系,以与微量元素共沉淀的水合氧化铁为底物,本研究分别利用Feap2+和铁还原细菌Shewanella oneidensis MR-4合成非生物成因和生物成因的磁铁矿,结果发现微量元素的存在会改变磁铁矿的形貌和粒径。结合前人提出的微生物可能参与铁建造沉积的过程,本文评估了微量元素作为识别矿物成因指标的有效性,探讨铁还原细菌矿化产物对铁建造沉积的潜在贡献。 相似文献
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本文以贵州董哥洞岩壁分离出沉积Fe3 的菌株,在室内模拟铁细菌引起的沉积过程,探讨了细菌在洞穴含铁沉积物形成过程中的机制。结果表明,铁细菌对数生长期结束后,实验体系中的铁、钙开始沉积,且在约4h之内Fe3 和Ca2 的浓度降低至接近零。通过比较铁细菌作用后的岩石样品与未经微生物作用的岩石样品的X射线衍射和X射线荧光探针图谱,发现不论经过细菌作用与否,岩石样品中的元素和矿物成分均相同,主要元素均为Ca、Fe、Mn、Mg、P、Si和Al,矿物成分都有方解石、纤铁矿和粘土矿物。结合洞穴环境条件分析,指出细菌能够富集洞穴渗水中的铁离子,其生物成矿作用形成铁矿物和非晶质铁壳覆盖于洞穴沉积物表面,改变了洞穴沉积物的色泽。 相似文献
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铁是生物必需的营养元素,并且生物圈与岩石圈、水圈、大气圈密切联系。因此,了解生物过程的铁同位素地球化学行为,对于示踪铁元素在生物圈内部体系的迁移和循环,以及运用铁同位素示踪生物圈和岩石圈、水圈之间的相互作用都具有重要意义。本文对不同生物体的铁同位素组成特征以及不同生物过程的铁同位素地球化学行为进行了总结。结果表明,生物倾向于优先吸收铁的轻同位素,而且在食物链中随着级别的升高,这种情况越明显。生物诱发过程(包括异化铁还原作用和细菌氧化作用)中,铁只是提供或接受电子,并没有真正进入生物细胞体内,这些过程所产生的铁同位素分馏值和无生物参与氧化还原过程产生的铁同位素分馏值相同。生物(包括微生物、植物、动物和人)吸收过程中,铁进入生物体细胞内,这些过程的铁同位素分馏主要受氧化还原作用所控制。铁同位素在生物学、医学等领域具有很大的应用潜力,有可能会成为这些领域新的示踪工具。 相似文献
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硫在铁和砷的生物地球化学循环中发挥着重要作用,但地下水系统中硫循环的中间产物S(0)对细菌转化铁和砷的影响尚不清楚.采用室内模拟实验,研究硫参与下细菌D2201对液相和载砷针铁矿中Fe(III)和As(V)的还原作用.结果表明:细菌D2201具有很强的铁还原能力,可以将液相中74%的Fe(III)还原;加入硫后,细菌还原S(0)产生的S(-II)使铁还原率提高到94%.但是,硫没有明显影响细菌对砷的还原.在实验初期,细菌明显加速了载砷针铁矿的还原,最终还原释放到液相中的Fe(II)浓度为32.12 μmol/L;硫的加入增强了细菌对载砷针铁矿的还原,还原溶解的Fe(II)增加至284.13 μmol/L,同时,砷的释放量也增加了1.6倍.这些结果表明硫显著促进了细菌对针铁矿的还原溶解并加速砷的释放.XRD和SEM-EDS结果显示,细菌还原针铁矿但不改变其矿相,而硫的加入也仅使矿物发生一定程度的团聚,并没有使其转变为其他矿物,也未导致砷的再吸附. 相似文献
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趋磁细菌——生物地球化学作用的范例 总被引：2，自引：1，他引：2
趋磁细菌(MB)属变形菌纲,为简单的原核细胞.它的最大特征是体内长有磁小体(MSs),沿地磁线运动.MSs由膜及其内部的无机矿物或铁素(含铁蛋白质)组成,无机矿物有铁的氧化物系列或铁的硫化物系列,它们是MB的代谢产物,也是最早发现的有机界面生物矿化作用的范例.文章在广泛调查的基础上,选择源于黄土剖面S0,S1和S5古土壤层中的MB为研究重点,对它们进行了形态与生理生化特征的观察与检测,生命元素和生命小分子脂肪酸的色质谱与能谱测定,并在没有添加营养和铁源的条件下,开展了MSs的生长特点及它对环境磁性影响的模拟实验.黄土中的MB以杆状为主,杆状的长与宽之比随温度的降低而变大.MSs中的矿物为铁的氧化物系列,在较低温度并有一定温度差(8～18℃)的情况下生长较好.菌体老化后菌膜发生自溶,MSs脱落到体外,可能成为沉积物中细粒磁性物质的重要组分.因此它们在古地磁与古气候记录上具有重要的意义.通过对不同级别生物分子的了解与测试,MSs的矿物成分与形成机理研究,以及MSs中磁铁矿的铁和氧同位素测定,可进一步认识MB在沉积物中的生物地球化学作用. 相似文献
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为研究生物气气源岩中指示细菌活动的生物标志化合物参数,对柴达木盆地涩北地区第四系泥岩样品进行了脂肪酸分析,在所分析的16个样品中,三个样品中检出了较完整系列的不饱和脂肪酸和较丰富的异构脂肪酸生物标志物,以及含类异戊二烯结构的酸类,对这些脂肪酸进行了详细鉴定。根据样品中不饱和脂肪酸和异构脂肪酸的组成特征,结合地质背景,认为这些不饱和脂肪酸和异构脂肪酸以及类异戊二烯酸的主要来源可能与细菌有关,它们在生物气主要生气层段出现,进一步反映样品所处地层环境有利细菌发育,可为生物气气源岩细菌发育程度提供参考指标。 相似文献
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铁作为地壳中丰度最高的元素之一,广泛参与到一系列地球化学循环中。现代海洋中的铁主要来源于河流、冰川和风的铁氧化物颗粒和溶解铁的输入。陆源输入的铁氧化物在有机质埋藏、降解的早期成岩作用过程中,发生一系列转化过程而埋藏下来,该过程被称作活性铁循环。氧化 强氧化条件利于沉积物中氧化铁的持续产生或者至少保持不被溶解的状态,从而形成棕色-红色沉积物;还原条件利于沉积物中铁氧化物的溶解,形成菱铁矿、黄铁矿(铁硫化物) 等形式的埋藏,并可能造成溶解铁在海洋内的迁移。Raiswell、Canfield、Poulton等通过对现代典型海洋环境活性铁循环研究,提出了一系列用于判别古海洋氧化 还原条件的活性铁指标体系,并成功地将太古宙以来的古海洋划分成为含铁的大洋、硫化的大洋和氧化的大洋等3个演化阶段。由于活性铁的不同形态对磷具有不同的生物地球化学效应,将造成“氧化条件下磷的优先埋藏、缺氧条件下优先释放的现象”。磷是海洋生产力的限制性元素,铁和磷循环的上述耦合关系将造成“缺氧的大洋生产力越高,富氧的大洋生产力越低”现象的出现。目前已在白垩纪古海洋缺氧 富氧沉积中初步证实了上述反馈关系的存在,但是对活性铁埋藏形式对该特殊沉积的贡献还需要进一步的工作。 相似文献
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Influence of pH and dissolved Si on Fe isotope fractionation during dissimilatory microbial reduction of hematite 总被引：1，自引：0，他引：1
Lingling Wu Brian L. Beard Eric E. Roden Clark M. Johnson 《Geochimica et cosmochimica acta》2009,73(19):5584-5599
Microbial dissimilatory iron reduction (DIR) has been identified as a mechanism for production of aqueous Fe(II) that has low 56Fe/54Fe ratios in modern and ancient suboxic environments that contain ferric oxides or hydroxides. These studies suggest that DIR could have played an important role in producing distinct Fe isotope compositions in Precambrian banded iron formations or other marine sedimentary rocks. However, the applicability of experimental studies of Fe isotope fractionation produced by DIR in geochemically simple systems to ancient marine environments remains unclear. Here we report Fe isotope fractionations produced during dissimilatory microbial reduction of hematite by Geobacter sulfurreducens in the presence and absence of dissolved Si at neutral and alkaline pH. Hematite reduction was significantly decreased by Si at alkaline (but not neutral) pH, presumably due to Si polymerization at the hematite surface. The presence of Si altered Fe isotope fractionation factors between aqueous Fe(II) or sorbed Fe(II) and reactive Fe(III), reflecting changes in bonding environment of the reactive Fe(III) component at the oxide surface. Despite these changes in isotopic fractionations, our results demonstrate that microbial Fe(III) oxide reduction produces Fe(II) with negative δ56Fe values under conditions of variable pH and dissolved Si, similar to the large inventory of negative δ56Fe in Neoarchean and Paleoproterozoic age marine sedimentary rocks. 相似文献
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浙江舟山海岸带古木埋藏区铁的微生物成矿作用 总被引：1，自引：0，他引：1
以浙江舟山海岸带铁矿石为研究对象, 通过对铁矿石及其周围环境背景样品的形态学显微观察、矿物学及地球化学分析, 结果显示渗漏水沉淀铁泥中存在大量形貌与Leptothrix ochracea和Gallionella ferruginea中性铁氧化菌极为相似的微生物鞘, 该微生物可促进Fe2+的氧化和Fe3+的快速沉淀, 并且细胞最终被完全矿化后将永久保存起来.与此相对应的是: 在铁矿石内部存在大量的似球形和丝杆状的针铁矿, 并且还保留了死亡的铁细菌外鞘, 这些特征揭示该铁矿石与微生物历史活动密切相关.将现代渗漏水铁泥中铁细菌的矿化作用和铁矿石中保留的微生物活动记录相对比, 为该环境下的铁矿石生物成矿作用及其成因机制提供了良好的佐证.铁矿石的形成与古木堆积密切相关, 古木埋藏腐烂过程产生的腐植酸加剧了基岩及其周围土壤中的铁淋滤进入到潮间带, 从而为铁矿石形成提供充足的铁来源.该研究有助于更好理解和认识地史时期腐植质及微生物在铁矿床形成中的作用. 相似文献
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西昆仑山南侧甜水海湖岩芯铁变化的环境记录 总被引：11，自引：0，他引：11
阐述了青藏高原西昆仑山南侧甜水海湖岩芯沉积物中氧化铁的丰度、频率分布和富集系数的变化规律。其丰度值范围FeO0．39％-3.95％，平均值为1．25％；Fe2O30．44％－8．09％，平均值为2．60％；Fe2O3／FeO0．21－3．60，平均比值1．12。说明该彻岩芯沉积物中铁平均丰度值较低，但其变化幅度较宽且清楚，在一定程度上反映了古气候环境具有较大幅度的波动。变异系数值表明，该湖岩芯沉积物中FeO的离散程度较Fe2O3大。大约距今23万年来氧化铁的沉积地球化学特征可划分出7个环境演化阶段，并基本上可与深海氧同位索阶段对比。揭示了甜水海湖演化与青藏高原强烈隆升引起的气候环境改变的密切关系。在距今23一15万年，沉积以河流相或冲积、洪积相为主，沉积环境以氧化环境为主导，气候以温干型波动；在距今15－7．4万年，沉积以湖相为主，沉积环境以还原环境为主导，气候以温湿型为主；在距今74万年以来，湖盆沉积环境多样化，沉积物以湖相和近源冲积、洪积相交替出现。气候出现冷湿、冷干、温湿和温干多种波动模式。这些资料分析初步认为甜水海古湖大约形成于距今15万年，即青藏高原第三成湖期，这也与青藏高原在距今15万年左右的再次构造隆升有关。 相似文献
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河北阳原盆地井儿洼钻孔岩心氧化铁变化的古环境记录 总被引：7，自引：0，他引：7
系统分析了阳原盆地西部井儿洼钻孔剖面的Fe2O3、FeO、TFe(全铁)、Fe3 /Fe2 的变化特点,探讨了阳原古湖氧化铁地球化学特征及其所记录的气候变迁规律。结果表明,阳原盆地的沉积环境相对富集铁,气候总体较温和,垂向上的变化记录了气候的变化过程分为7个明显的阶段。0.2Ma以前以还原环境为主,以后以氧化环境为主。井儿洼岩心沉积物中全铁谱分析表明,0.78Ma之后,具有显著的21.7ka岁差周期,证明了天文因素对气候的影响,而100ka的周期不明显,这与黄土、深海沉积物的记录存在差别。另外还存在390ka、156ka、52ka、33.9ka及14.4ka等周期,表现了湖泊记录的古气候周期的复杂性。 相似文献
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Zhao Donggao Zhou Meifu 《地学前缘》2008,15(6):118-123
一铁碎片被意外植入人体内,并在体内呆了16 a。该碎片经历了显著的形态和化学变化。铁碎片的表面呈现葡萄状或者鲕粒状。碎片转化为铁的氧化物和氢氧化物以及钙的磷酸盐(可能为磷灰石)。在碎片中确认出Fe、O、P、Ca、Cl、Na、K和Mg等元素。从边缘到核心,Fe含量增加,P和Ca含量减少。碎片从人身体内吸附了Ca、P、O、Cl、Na和K。研究表明,磷灰石或者其他钙的磷酸盐能够在人体里保持稳定达16 a。然而,钙的磷酸盐与铁的氧化物或者氢氧化物混合,可能还不足以坚固到与骨头结合。本研究也表明,铁或者含铁合金在人体内不够稳定。 相似文献
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Xiaotong Peng Jiangtao Li Jiwei Li Shun Chen Huiqiang Yao Zijun Wu 《Sedimentary Geology》2010,229(4):193-368
Microbial biomineralization in submarine hydrothermal environments provides an insight into the formation of vent microfossils and the interactions between microbes, elements and minerals throughout the geological record. Here, we investigate microbial biomineralization of a deep-sea vent community in the Edmond vent field and provide ultrastructural evidence for the formation of microfossils and biogenic iron-rich minerals related to Archaea and Bacteria. Environmental scanning electron microscopy (ESEM) analysis shows that filamentous and spiral microbes are encrusted by a non-crystalline silica matrix and minor amounts of iron oxides. Examination by transmission electron microscopy (TEM) reveals acicular iron-rich particles and aggregates that occur either intracellularly or extracellularly. A culture-independent molecular phylogenetic analysis demonstrates a diverse range of Bacteria and Archaea, the majority of which are related to sulfur metabolism in the microbial mats. Both Archaea and Bacteria have undergone silicification, in a similar manner to microorganisms in some terrestrial hot springs and indicating that silicification may be driven by silica supersaturation and polymerization. Formation mechanisms of intracellular and extracellular iron oxides associated with microbes are discussed. These results enhance our understanding of microbial mineralization in extreme environments, which may be widespread in the Earth's modern and ancient hydrothermal vent fields. 相似文献
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水铁矿广泛分布于水、土壤、沉积物和生物体中,它具有大比表面积和高表面活性,控制和影响着环境中某些污染物质和营养元素的形态、迁移和转化。此外,它也是环境中其他晶质铁(氢)氧化物形成的前驱体。然而,人们对水铁矿在环境中的作用和重要性的认识还存在不足,主要表现在：(1)水铁矿通常被混淆为无定形铁氢氧化物或水合铁氧化物,环境中的水铁矿因难以分离和进行定量分析而使其含量常被低估;(2)水铁矿结晶弱,结构表征困难,对其在环境中的分布、组成、结构及性质的认识较欠缺。水铁矿以弱晶质的纳米颗粒形式存在,其XRD(X射线衍射)线少且宽、强度弱。根据衍射线的条数可将水铁矿分为结晶较弱的2 线水铁矿(2LFh)和结晶较好的6 线水铁矿(6LFh)。目前,普遍接受的水铁矿化学式为Fe5HO8·4H2O,但大量实验表明H2O不是水铁矿结构的必要成分,且容易被吸附的外来物质取代。有人提出水铁矿是一种二元结构,中心为八面体配位Fe,表面以四面体配位Fe为主,这有待论证。最近,通过PDF(配对分布函数)研究水铁矿的结构表明,理想水铁矿结构包含20%四面体配位Fe和80%八面体配位Fe,化学式为Fe10O14(OH)2。然而, 不少学者对这一新的水铁矿结构模型提出了质疑。对近年来水铁矿的分布、组成、结构和环境行为方面的研究和存在的问题进行了综述和讨论,并且对水铁矿的未来研究方向进行了展望。 相似文献