| 硫酸盐还原菌及异化铁还原菌对 黄钾铁矾还原作用的对比 |
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| 引用本文： | 王红梅,刘烁,刘邓.硫酸盐还原菌及异化铁还原菌对 黄钾铁矾还原作用的对比[J].地球科学,2015,40(2):305-316. |
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| 作者姓名： | 王红梅 刘烁 刘邓 |
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| 作者单位： | 中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室,湖北武汉430074 |
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| 基金项目： | 国家重点基础研究发展计划项目(No.2011CB808800)国家自然科学基金项目(Nos.41130207,41072253,41302270)中央高校基本 科研业务费专项项目(No.CUG120103). |
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| 摘 要： | 选取酸性矿坑水环境中常见的次生含铁硫酸盐矿物———黄钾铁矾KFe3(SO4)2(OH)6]为研究对象,用硫酸盐还原菌
Desulfovibriovulgaris 和异化铁还原菌Shewanellaputrefaciens CN32对其进行还原实验,探讨作为重金属治理潜在材料的
黄钾铁矾的微生物稳定性.实验采用非增长型培养基,在中性、厌氧、30℃的条件下进行.采用湿化学方法测量水溶液及还原产
生的总Fe2+ ,利用X射线衍射(X-raydiffraction,简称XRD)来分析反应后残余固体物质的矿物组成,用扫描电镜(scanning
electronicmicroscopy,简称SEM)观察固体残余物的形貌特征.结果表明,没有微生物的参与,黄钾铁矾的稳定性较好.异化铁
还原菌S.putrefaciens CN32和硫酸还原菌D .vulgaris 在营养极其匮乏的中性厌氧条件下均能还原黄钾铁矾晶格中的
Fe3+ ,显示出黄钾铁矾被微生物还原的可能性.S.putrefaciens CN32还原黄钾铁矾晶格中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+
还原率分别为0.001mmol·L-1·h-1和0.37%.与S.putrefaciens CN32不同,D .vulgaris 对黄钾铁矾的还原能力较强,不
含有电子穿梭体(Anthraquinone-2,6-disulfonate,简称AQDS)的实验体系中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为
0.017mmol·L-1·h-1和16.80%,而添加了AQDS的实验体系的则分别达到了0.026mmol·L-1·h-1和24.30%,这可能与
黄钾铁矾中含有SO42- 有关.D .vulgaris 优先还原黄钾铁矾晶格中的SO42- 产生的H2S是强还原剂,也可促进Fe3+ 的还原,
微生物以及H2S的双重作用可能是导致D .vulgaris 体系中Fe3+ 还原率较高的原因.XRD分析表明,黄钾铁矾经过S.putrefaciens
CN32的作用,物相没有发生变化;而经过D .vulgaris 作用后,黄钾铁矾的特征峰消失,固相残余物中出现了菱铁
矿(FeCO3)、蓝铁矿Fe3(PO4)2·8H2O]等次生矿物.由于培养基中没有添加任何的磷酸盐,因此蓝铁矿的出现可能是由于培
养基中添加的少量酵母浸膏降解后产生的磷酸根与D .vulgaris 还原黄钾铁矾产生的Fe2+ 相互作用的结果.这些认识对深入
理解地球表层铁的生物地球化学循环具有重要意义,为矿山环境重金属的污染治理提供了实验依据.
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| 关 键 词： | 黄钾铁矾 酸性矿坑水 硫酸盐还原菌 异化铁还原菌 铁的生物地球化学循环 环境微生物 |
Comparison between Reductive Dissolution of Jarosite by Sulfate Reducing Bacteria and Dissimilatory Iron Reducing Bacteria |
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| Wang Hongmei,Liu Shuo,Liu Deng.Comparison between Reductive Dissolution of Jarosite by Sulfate Reducing Bacteria and Dissimilatory Iron Reducing Bacteria[J].Earth Science-Journal of China University of Geosciences,2015,40(2):305-316. |
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| Authors: | Wang Hongmei Liu Shuo Liu Deng |
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| Abstract: | InthisstudymicrobialreductionofjarositeKFe3(SO4)2(OH)6],acommonsecondarymineralinacidminedrainage(
AMD)area,wasconductedwithadissimilatoryironreducingbacteriumShewanellaputrefaciens CN32andasulfatereducingbacteriumDesulfovibriovulgarisunderneutralanaerobicconditionsinnon-
growthmedia.Wetchemistry,X-raydiffraction(
XRD)andscanningelectronicmicroscopy(SEM)wereusedtoanalyzethereducedironconcentration,mineralcompositionandmorphologyofthesolidphases.
Itwasobservedthatjarositewasfairlystableunderanaerobicconditionswithout
microbes.BothfacultativeS.putrefaciens CN32andstrictanaerobicD .vulgaris werecapableofreducingthecrystallized
Fe3+ injarosite.Undersimilarconditions,D .vulgarisshowedmuchhighercapabilitytoreducecrystallizedFe3+ withafinal
bioreductionextentof16.80%.IncontrastS.putrefaciensCN32canonlyreduce0.37%ofFe3+injarosite.Anthraquinone-2,
6-disulfonate(AQDS)canenhanceFe3+ reductioninD .vulgarisinoculatedsystemswithafinalbioreductionextentof24.30%.
NodiagnosticspectrumotherthanthoseofjarositewasobservedinchemicalcontrolandS.putrefaciensCN32inoculatedsystems.
InD .vulgarisinoculatedsystems,onlyspectrumofsideriteandjarositeweredetectedwithoutthepresenceofAQDS.In
thepresenceofAQDS,jarositepeakswerereplacedbypeaksofsideriteandvivianite.Theelementalanalysisbyenergydispersivespectrometer(
EDS)coupledwithSEMalsoconfirmedthepresenceofsideriteinD .vulgarisinoculatedsystems.WeproposethatthehigherFe3+
reductionextentwithD .vulgarisresultedfromthepresenceofSO42- injarosite,whichcanbereducedtoH2SbyD
.vulgaris.H2S,astrongreductant,subsequentlyenhancedFe3+ reductionextent.Theobservationofvivianitemightresultfromthedegradationofyeastextractionwhichproducedphosphate.
Theresultsclearlydemonstratethehighpotentialofmicrobialreductionofjarositeunderneutral,
anaerobicandoligotrophicconditions.Attentionshouldbepaidtothemicrobialactivitiesandthesecondarymineralizationwhenconsideringjarositeasacandidatematerialtoremoveh
eavymetalsor
storetheradioactivehazards. |
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| Keywords: | jarosite acid mine drainage sulfate reducing bacteria dissimilatory iron reducing bacteria biogeochemistry cycel of iron environmental microbiology |
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