土壤中方铁锰矿生物形成机制及细菌氧化Mn（Ⅱ）的微量热研究
发布时间：2021-08-14 21:04
锰氧化物在环境中广泛存在,反应活性强,对有机物质降解及污染元素的迁移转化起着非常重要的作用。微生物强烈影响着锰氧化物的形成与转化。目前有关锰氧化物生物形成的研究主要以海相锰矿物为对象,用于研究锰氧化物生物形成的微生物也多来自海相和湖相系统,且陆相表生土壤中锰氧化物的形成比海相和湖相系统复杂得多；从微生物生长的热量变化角度探讨锰细菌氧化Mn（Ⅱ）功能的生物学意义的研究尚未报道。本研究综合运用微生物学、分子生物学、微量热和同步辐射等的理论与技术,从我国4种地带性土壤和结核中筛选锰氧化细菌,探讨了生物氧化锰的形成,并对生物形成的锰氧化物进行了表征和分析；应用基因突变和微量热技术研究了锰氧化物生物形成过程中细菌生长及热量释放特点,通过锰氧化菌催化形成生物氧化锰过程中的生长特点和能量利用效率的关系,探讨了锰细菌具有氧化功能的生物学意义。主要结果如下：1.从我国4种地带性土壤中分离到具有较高锰氧化活性的细菌共30株。其中棕壤分离得到20株、黄褐土和黄棕壤分别得到3和2株、红壤分离得到5株。通过对锰氧化菌16SrDNA序列分析和比对可知,30个菌株属于2个发育群,3个门,5个属,11个物种,其中厚壁...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
前言
1.1 土壤中的锰氧化物
1.1.1 水羟锰矿
1.1.2 水钠锰矿
1.1.3 布塞尔矿
1.1.4 钙锰矿
1.2 生物氧化锰
1.2.1 锰氧化微生物类型
1.2.2 生物氧化锰矿物
1.2.3 生物氧化锰形成的机制
1.2.4 生物锰氧化物的环境行为
1.2.5 我国土壤和铁锰结核中微生物的分类特点
1.3 锰氧化物生物形成的几种研究方法
1.3.1 等温滴定微量热技术
1.3.2 化学诱变法
1.3.3 X射线吸收精细结构光谱(XAFS)
1.4 研究目的和意义
第二章 锰氧化细菌的筛选和鉴定
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 样品的采集和前处理
2.2.2 培养基
2.2.3 锰氧化菌的复筛试验
2.3 生物氧化锰生成的影响因素
2.3.1 pH值对生物氧化锰生成的影响
2.3.2 不同培养基对生物氧化锰形成的影响
2.3.3 锰氧化细菌鉴定
2.4 结果与分析
2.4.1 锰氧化细菌的初筛
2.4.2 锰氧化细菌的复筛
2.4.3 不同培养基对细菌锰氧化能力及培养体系pH的影响
2.4.4 锰氧化菌种群分布
2.5 讨论
2.6 小结
第三章 生物氧化锰产物表征
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 培养基
3.2.2 锰氧化细菌
3.2.3 锰氧化活性测定
3.2.4 扫描电镜观察
3.2.5 透射电镜观察
3.2.6 粉晶X射线衍射分析
3.2.7 光电子能谱分析
3.2.8 X射线吸收光谱(XAS)
3.3 结果与分析
3.3.1 供试菌株及其培养物的电镜观察
3.3.2 培养不同时间锰氧化物浓度
3.3.3 透射电镜分析
3.3.4 粉晶X射线衍射
3.3.5 光电子能谱分析
3.3.6 Mn k-edge XANES分析
3.4 小结
第四章 生物氧化锰形成过程中MN(Ⅱ)、MN(Ⅲ)和MN(Ⅳ)含量变化
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 培养基
4.2.2 生物氧化锰制备
4.2.3 X射线光电子能谱分析
4.2.4 X射线吸收光谱实验
4.3 结果与分析
4.3.1 生物氧化锰浓度
4.3.2 光电子能谱分析
4.3.3 x射线吸收光谱分析
4.4 讨论
第五章 土壤锰氧化细菌生长与代谢过程的微量热研究
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 菌种制备
5.2.2 培养基
5.2.3 锰氧化菌mco基因的扩增与序列分析
5.2.4 生长曲线测定
5.2.5 等温微量热测定
5.2.6 在模拟微量热测定条件下,测定细菌的锰氧化活性
5.2.7 细菌计数
5.3 结果与分析
5.3.1 MB266菌株mco基因的扩增与序列分析
5.3.2 生长曲线和锰氧化活性
5.3.3 供试菌株及其培养物的电镜观察
5.4 讨论
5.4.1 细菌氧化Mn(Ⅱ)的影响
5.4.2 锰氧化菌生长过程中对Mn(Ⅱ)氧化所释放能量的利用计算
5.5 小结
第六章 结论
论文创新点
博士期间撰写与发表的文章
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]应用先进光谱技术研究无机离子的环境界面化学[J]. 李伟,罗磊,张淑贞. 化学进展. 2011(12)
[2]纳米二氧化锰的可控制备及其电化学储能机理研究[J]. 吴彻平,彭家惠. 功能材料. 2011(02)
[3]现代二氧化碳吸收工艺研究[J]. 张京亮,赵杉林,赵荣祥,李萍,曹祖宾,石薇薇. 当代化工. 2011(01)
[4]炭载二氧化锰的制备和锂离子超级电容器性能的研究[J]. 施萍萍,易丽丽. 化学学报. 2010(19)
[5]氧化锰矿物的生物成因及其性质的研究进展[J]. 刘凡,冯雄汉,陈秀华,邱国红,谭文峰,贺纪正. 地学前缘. 2008(06)
[6]我国几种亚热带上壤铁锰胶膜的微形貌和元素分布特征[J]. 黄丽,洪军,谭文峰,胡红青,刘凡. 自然科学进展. 2006(09)
[7]Oxidation of AsⅢ by Several Manganese Oxide Minerals in Absence and Presence of Goethite[J]. Huada Daniel RUAN. Acta Geologica Sinica（English Edition）. 2006(02)
[8]Pathways of birnessite formation in alkali medium[J]. FENG Xionghan1, TAN Wenfeng1, LIU Fan1, HUANG Qiaoyun1 & LIU Xiangwen2 1. College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2. Testing Center, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China. Science in China（Series D:Earth Sciences）. 2005(09)
[9]几种土壤中铁锰结核的重金属离子吸附与锰矿物类型[J]. 刘凡,谭文峰,刘桂秋,李学垣,贺纪正. 土壤学报. 2002(05)
[10]土壤中氧化锰矿物的类型及其与土壤环境条件的关系[J]. 刘凡,谭文峰,王贻俊. 土壤通报. 2002(03)
本文编号：3343184
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
前言
1.1 土壤中的锰氧化物
1.1.1 水羟锰矿
1.1.2 水钠锰矿
1.1.3 布塞尔矿
1.1.4 钙锰矿
1.2 生物氧化锰
1.2.1 锰氧化微生物类型
1.2.2 生物氧化锰矿物
1.2.3 生物氧化锰形成的机制
1.2.4 生物锰氧化物的环境行为
1.2.5 我国土壤和铁锰结核中微生物的分类特点
1.3 锰氧化物生物形成的几种研究方法
1.3.1 等温滴定微量热技术
1.3.2 化学诱变法
1.3.3 X射线吸收精细结构光谱(XAFS)
1.4 研究目的和意义
第二章 锰氧化细菌的筛选和鉴定
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 样品的采集和前处理
2.2.2 培养基
2.2.3 锰氧化菌的复筛试验
2.3 生物氧化锰生成的影响因素
2.3.1 pH值对生物氧化锰生成的影响
2.3.2 不同培养基对生物氧化锰形成的影响
2.3.3 锰氧化细菌鉴定
2.4 结果与分析
2.4.1 锰氧化细菌的初筛
2.4.2 锰氧化细菌的复筛
2.4.3 不同培养基对细菌锰氧化能力及培养体系pH的影响
2.4.4 锰氧化菌种群分布
2.5 讨论
2.6 小结
第三章 生物氧化锰产物表征
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 培养基
3.2.2 锰氧化细菌
3.2.3 锰氧化活性测定
3.2.4 扫描电镜观察
3.2.5 透射电镜观察
3.2.6 粉晶X射线衍射分析
3.2.7 光电子能谱分析
3.2.8 X射线吸收光谱(XAS)
3.3 结果与分析
3.3.1 供试菌株及其培养物的电镜观察
3.3.2 培养不同时间锰氧化物浓度
3.3.3 透射电镜分析
3.3.4 粉晶X射线衍射
3.3.5 光电子能谱分析
3.3.6 Mn k-edge XANES分析
3.4 小结
第四章 生物氧化锰形成过程中MN(Ⅱ)、MN(Ⅲ)和MN(Ⅳ)含量变化
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 培养基
4.2.2 生物氧化锰制备
4.2.3 X射线光电子能谱分析
4.2.4 X射线吸收光谱实验
4.3 结果与分析
4.3.1 生物氧化锰浓度
4.3.2 光电子能谱分析
4.3.3 x射线吸收光谱分析
4.4 讨论
第五章 土壤锰氧化细菌生长与代谢过程的微量热研究
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 菌种制备
5.2.2 培养基
5.2.3 锰氧化菌mco基因的扩增与序列分析
5.2.4 生长曲线测定
5.2.5 等温微量热测定
5.2.6 在模拟微量热测定条件下,测定细菌的锰氧化活性
5.2.7 细菌计数
5.3 结果与分析
5.3.1 MB266菌株mco基因的扩增与序列分析
5.3.2 生长曲线和锰氧化活性
5.3.3 供试菌株及其培养物的电镜观察
5.4 讨论
5.4.1 细菌氧化Mn(Ⅱ)的影响
5.4.2 锰氧化菌生长过程中对Mn(Ⅱ)氧化所释放能量的利用计算
5.5 小结
第六章 结论
论文创新点
博士期间撰写与发表的文章
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]应用先进光谱技术研究无机离子的环境界面化学[J]. 李伟,罗磊,张淑贞. 化学进展. 2011(12)
[2]纳米二氧化锰的可控制备及其电化学储能机理研究[J]. 吴彻平,彭家惠. 功能材料. 2011(02)
[3]现代二氧化碳吸收工艺研究[J]. 张京亮,赵杉林,赵荣祥,李萍,曹祖宾,石薇薇. 当代化工. 2011(01)
[4]炭载二氧化锰的制备和锂离子超级电容器性能的研究[J]. 施萍萍,易丽丽. 化学学报. 2010(19)
[5]氧化锰矿物的生物成因及其性质的研究进展[J]. 刘凡,冯雄汉,陈秀华,邱国红,谭文峰,贺纪正. 地学前缘. 2008(06)
[6]我国几种亚热带上壤铁锰胶膜的微形貌和元素分布特征[J]. 黄丽,洪军,谭文峰,胡红青,刘凡. 自然科学进展. 2006(09)
[7]Oxidation of AsⅢ by Several Manganese Oxide Minerals in Absence and Presence of Goethite[J]. Huada Daniel RUAN. Acta Geologica Sinica（English Edition）. 2006(02)
[8]Pathways of birnessite formation in alkali medium[J]. FENG Xionghan1, TAN Wenfeng1, LIU Fan1, HUANG Qiaoyun1 & LIU Xiangwen2 1. College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2. Testing Center, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China. Science in China（Series D:Earth Sciences）. 2005(09)
[9]几种土壤中铁锰结核的重金属离子吸附与锰矿物类型[J]. 刘凡,谭文峰,刘桂秋,李学垣,贺纪正. 土壤学报. 2002(05)
[10]土壤中氧化锰矿物的类型及其与土壤环境条件的关系[J]. 刘凡,谭文峰,王贻俊. 土壤通报. 2002(03)
本文编号：3343184
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