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：2016-08-03 11:19

本文关键词：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，由笔耕文化传播整理发布。

《华中农业大学》 2014年

赵昌松

【摘要】：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,其中厚壁菌门(G+)有19株,变形菌门(G-)10株,黄杆菌门1株(G-)。通过复筛实验得到变形菌门大肠杆菌属的一株高氧化活性菌MB266,作为生物氧化锰形成菌株进行深入研究。 2.MB266在含1mM Mn(Ⅱ)的Leptothrix培养基中生长5天,培养体系中生物氧化锰浓度达0.047mM,相当于4.7%的Mn(Ⅱ)被氧化。对冷冻干燥处理后的培养物进行X射线衍射图谱、透射电镜图谱及电子衍射分析,结果显示生物形成的锰氧化物与方铁锰矿Mn2O3(JCPDS00-002-0896)的特征峰吻合,但本实验所得生物氧化锰衍射峰强度较低,且峰形严重宽化。光电子能谱(XPS)和X射线吸收光谱(XANES)拟合结果显示所得的产物平均氧化度分别为2.76和2.61,这表明本实验得到的生物锰氧化物是弱晶质的三氧化二锰矿物。 3.对培养不同时间形成的生物氧化锰进行XPS和XANES拟合,实验中生物氧化锰的形成过程可能是：Mn(Ⅱ)在酶的催化氧化下生成Mn(Ⅲ),部分Mn(Ⅲ)直接沉淀；另外一部分Mn(Ⅲ)与有机物螯合成可溶的复合体,进一步被酶氧化到Mn(Ⅳ),所得的Mn(Ⅳ)氧化物还可以被Mn(Ⅱ)还原,在菌体表面继续生成Mn(Ⅲ)氧化物。 4.利用基因突变方法构建了失去锰氧化活性的MB266的突变株MB32,MB98,应用微量热技术,检测了MB266与突变菌株在Leptothrix培养基和含1mM Mn(Ⅱ)的Leptothrix培养基中的生长及热量释放特点,结合Mn(Ⅱ)的氧化量与微生物的生物量,探讨了锰氧化菌的生长特性和能量利用效能。结果表明：野生型菌株由于能够将Mn(Ⅱ)氧化为锰氧化物,降低了Mn(Ⅱ)对菌株的毒害作用,其生物量显著高于突变株；与此同时,Mn(Ⅱ)对野生菌株毒害作用下降,降低了菌株修复细胞内损伤的能量需要,从而降低了细胞的代谢强度,其热量释放显著小于突变株。通过对与Mn(Ⅱ)化学氧化释放的热量与系统释放总热量的比较表明,锰氧化菌在生长过程中主要利用了有机底物分解的能量进行生长,Mn(Ⅱ)氧化过程中释放的热量对锰氧化细菌生长的贡献很小。本实验所检测的锰氧化菌MB266多铜氧化酶基因并非唯一的催化Mn(Ⅱ)氧化的因子,细菌中还存在有其它未知的氧化因子。

【关键词】：
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S153;S154.3
【目录】：

下载全文更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 鲁安怀,卢晓英,任子平,韩丽荣,方勤方,韩勇;天然铁锰氧化物及氢氧化物环境矿物学研究[J];地学前缘;2000年02期

2 刘凡;冯雄汉;陈秀华;邱国红;谭文峰;贺纪正;;氧化锰矿物的生物成因及其性质的研究进展[J];地学前缘;2008年06期

3 陈建林,张富生,林承毅,史君贤,沈华悌,王基庆,马维林;太平洋中国开辟区锰结核生物成因研究[J];地质学报;2001年02期

4 Huada Daniel RUAN;;Oxidation of As~Ⅲ by Several Manganese Oxide Minerals in Absence and Presence of Goethite[J];Acta Geologica Sinica(English Edition);2006年02期

5 吴彻平;彭家惠;;纳米二氧化锰的可控制备及其电化学储能机理研究[J];功能材料;2011年02期

6 谭文峰,刘凡,李学垣,贺纪正,胡红青;几种土壤铁锰结核对Cr(Ⅲ)的氧化特性(Ⅰ)——氧化锰矿物类型与吸附态离子的影响[J];环境科学学报;2001年05期

7 李伟;罗磊;张淑贞;;应用先进光谱技术研究无机离子的环境界面化学[J];化学进展;2011年12期

8 施萍萍;易丽丽;;炭载二氧化锰的制备和锂离子超级电容器性能的研究[J];化学学报;2010年19期

9 ;Pathways of birnessite formation in alkali medium[J];Science in China(Series D:Earth Sciences);2005年09期

10 冉勇,傅家谟,R.J.Gilkes,R.W.Rate;氧化锰对金(Ⅰ)和金(Ⅲ)络和物的吸附[J];中国科学(D辑:地球科学);1998年06期

【共引文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 温华,魏世强;镉污染土壤植物萃取技术的研究进展[J];四川有色金属;2005年02期

2 羊依金;张雪乔;邹长武;;矿物材料在重金属废水处理中的应用[J];四川有色金属;2006年01期

3 柳絮;范仲学;张斌;毕玉平;;我国土壤镉污染及其修复研究[J];山东农业科学;2007年06期

4 周俊,朱江,胡礼军,秦颖;皖南青阳及周边地区农业地质背景[J];安徽地质;1999年02期

5 孙庆安,李全海,夏登彩;微肥“酥梨宝”研制试验[J];安徽地质;2000年02期

6 孙庆安,李全海,夏登彩;葡萄微肥“双增灵”优质丰产试验[J];安徽地质;2002年01期

7 芦长明;;安徽石台大山地区岩石—土壤地球化学特征[J];安徽地质;2010年02期

8 赵胜利;李章海;欧家林;宋泽民;周桃华;;植物钼素营养研究及其在烟草上的应用[J];安徽农学通报;2008年16期

9 田超;王米道;王家嘉;;土壤有机质与水土流失相关性研究[J];安徽农学通报;2008年19期

10 王新宣;张宇峰;;影响因素分析法在土壤吸附重金属上的研究进展[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年09期

中国重要会议论文全文数据库前10条

1 丁向华;王挺之;罗良伟;姜照勇;;基于生态学视角的土地整理生态效益评价研究——以成都市三河镇土地整理项目为例[A];发挥资源科技优势保障西部创新发展——中国自然资源学会2011年学术年会论文集（上册）[C];2011年

2 许建光;李淑仪;王荣萍;廖新荣;蓝佩玲;;硅减轻小白菜的铬胁迫效应及其机理的研究[A];广东省土壤学会第九次会员代表大会暨学术交流年会论文集[C];2006年

3 杜瑞英;聂呈荣;林初夏;;镉污染土壤对潜在能源植物生长的影响[A];中国环境科学学会2006年学术年会优秀论文集（下卷）[C];2006年

4 邱谨楠;张胜田;林玉锁;江希流;;我国土壤环境标准体系的现状及完善思路[A];2007中国环境科学学会学术年会优秀论文集（下卷）[C];2007年

5 张晓娟;;太谷县蔬菜及其相应土壤重金属污染调查与评价[A];2007中国环境科学学会学术年会优秀论文集（下卷）[C];2007年

6 李颖;伍丹丹;彭园;;土地法处理钻井废弃泥浆生物降解环境分析[A];福建省科协第六届学术年会节能与可再生能源分会专刊[C];2006年

7 刘应平;阚泽忠;金立新;李忠惠;;土地质量地球化学分等定级方法技术探讨[A];贯彻循环经济促进法开发固体废物资源研讨会论文集[C];2009年

8 陈洁;鲁安怀;赵谨;侯华丹;;天然褐铁矿处理含Hg(Ⅱ)废水的实验研究[A];第二届全国环境矿物学学术研讨会论文集[C];2004年

9 彭秀红;倪师军;张成江;刘璐;李光滔;薛燕妮;;成都市环境污染源初探[A];中国地质学会工程地质专业委员会、贵州省岩石力学与工程学会2005年学术年会暨“岩溶·工程·环境”学术论坛论文集[C];2005年

10 刘云;吴平霄;唐剑文;曾少雁;;聚羟基铝柱撑蒙脱石吸附重金属离子实验研究[A];2005年全国矿物科学与工程学术会议论文集[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库前10条

1 周骏;多孔介质中胶体行为及其影响效应研究[D];中国海洋大学;2010年

2 范喆;尕斯库勒湖泊钻孔记录的地球化学元素变化及古环境演化[D];兰州大学;2010年

3 杨亮;铜绿假单胞菌中RND外排泵基因表达调节和功能研究[D];西北大学;2010年

4 田生科;超积累东南景天（Sedum alfredii Hance）对重金属（Zn/Cd/Pb）的解毒机制[D];浙江大学;2010年

5 于明革;茶多酚对茶树铅生物有效性的调控作用机制[D];浙江大学;2010年

6 廖育林;长期施用化肥和稻草下红壤性水稻土钾素肥力演变规律的研究[D];湖南农业大学;2010年

7 于祎飞;土壤镉污染及农艺调控对苹果树体镉积累影响的研究[D];河北农业大学;2011年

8 唐建生;桂中岩溶区铁锰结核土的重金属富积特征及对旱地作物毒害研究[D];中国地质大学（北京）;2011年

9 陈坚;铵态氮在包气带介质中的吸附机制及转化去除研究[D];中国地质大学（北京）;2011年

10 姜倩倩;镉胁迫下平邑甜茶根系细胞死亡及其中介因素研究[D];山东农业大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库前10条

1 李倩;不同结构氧化锰矿物氧化硫化物动力学特点及影响因素[D];华中农业大学;2010年

2 曹星辉;不同结构水钠锰矿催化氧化对苯二酚腐殖化反应的特点[D];华中农业大学;2010年

3 张芬;不同氧化度的酸性水钠锰矿氧化Cr（Ⅲ）的动力学特性[D];华中农业大学;2010年

4 蔡志坚;γ-聚谷氨酸活化磷矿粉对Pb污染土壤铅形态及小白菜生长的影响[D];华中农业大学;2010年

5 刘乐乐;锰氧化细菌的筛选与芽胞杆菌WH_4发酵培养基的响应面法优化[D];华中农业大学;2010年

6 马江雁;锰氧化物改性沸石（MOCZ）对罗丹明B和4-氯苯酚的吸附研究[D];郑州大学;2010年

7 王林晓;郑州两区域土壤中重金属形态调查及铜、铬分析方法研究[D];郑州大学;2010年

8 李勇;臭氧与镉胁迫对冬小麦生理生态特征及品质的影响[D];山东农业大学;2010年

9 王富;水库水源涵养区不同生态修复措施的生态效益监测与评价[D];山东农业大学;2010年

10 贾朝佩;作物对外源硒的吸收效果及外源硒对作物生物量的影响研究[D];安徽农业大学;2010年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 殷金玲;张宝宏;孟祥利;蒲俊红;;插入型化合物作为超级电容器电极材料[J];材料导报;2006年S2期

2 高飞;李建玲;李文生;王新东;;活性炭/LiMn_2O_4超级电容器的性能[J];电池;2009年02期

3 孙有斌,周杰,安芷生;灵台风尘堆积中钙质结核的地球化学研究[J];地球化学;2000年03期

4 杨守业,李从先,李徐生,王爱萍;长江下游下蜀黄土化学风化的地球化学研究[J];地球化学;2001年04期

5 谭文峰,刘凡,李学垣;武汉黄棕壤中铁锰结核的环带构造、元素富集特点与环境变化意义[J];第四纪研究;2004年02期

6 鲁安怀,卢晓英,任子平,韩丽荣,方勤方,韩勇;天然铁锰氧化物及氢氧化物环境矿物学研究[J];地学前缘;2000年02期

7 鲁安怀;废水的矿物学处理[J];地学前缘;1996年01期

8 王力军;氧缺位磁铁矿直接转化SO_2为S的研究[J];环境科学与技术;1997年03期

9 周永洽,张喜全,贺进田,梁贤振,欧阳砥,胡天斗,谢亚宁;金属-血清白蛋白的结构研究(Ⅷ)──HSA和BSA中锌离子中心的荧光EXAFS研究[J];高等学校化学学报;1997年06期

10 陈玉红;唐致远;汪亮;;pH值对共沉淀制备的LiCo_(1/3)Ni_(1/3)Mn_(1/3)O_2结构与电化学性能的影响[J];功能材料;2007年02期

中国博士学位论文全文数据库前1条

1 谭文峰;我国几种土壤中铁锰结核的物质组成与表面化学性质[D];华中农业大学;2000年

【相似文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 ;风力、手摇两用水车[J];林业实用技术;1960年09期

2 ;电接锯[J];林业实用技术;1972年01期

3 ;利用莫合菸粉末土法制成菸精膏[J];新疆农业科学;1961年03期

4 阿比一时,岩本胜,陈敏才;树木根系在防止滑坡中的土力学作用[J];中国水土保持;1989年11期

5 杨宝君;松材线虫和尖尾伞滑刃线虫在木材和真菌上生长繁殖的研究[J];林业科学研究;1993年04期

6 庄秋贵;德化县水稻成本核算及技术评价总结报告[J];福建农业科技;1999年S1期

7 徐嫣;绿色明珠——鹅湖山[J];国土绿化;2002年05期

8 ;8～15马力手扶拖拉机价格行情[J];农村百事通;2007年15期

9 关地;农用水泵的故障排除[J];农家参谋;1995年04期

10 许应孝;螺栓巧扎“纸扇排”[J];林业实用技术;1976年Z1期

中国重要会议论文全文数据库前7条

1 苏宗岷;刘希余;任洪亮;;头部钝器损伤致伤方式分析4例[A];中国法医学最新科研与实践（二）——全国第七次法医学术交流会论文精选[C];2004年

2 韩嘉和;赵雪平;;反“绞杀战”斗争经验对渡海登岛作战夺取“制交通权”的几点启示[A];纪念抗美援朝战争胜利50周年论文集[C];2003年

3 叶震宇;;利用固有导轨进行垂直度测量的探讨[A];江苏省计量测试学会2006年论文集[C];2006年

4 ;中国民族学学会第六届理事会常务理事名单[A];中国民族学学会第七届学术研讨会专辑[C];2002年

5 冯永干;杨博;;反“绞杀战”战法对现代防空作战的几点启示[A];纪念抗美援朝战争胜利50周年论文集[C];2003年

6 张春;;论志愿军后勤系统的反“绞杀战”[A];纪念抗美援朝战争胜利50周年论文集[C];2003年

7 方铁;李云林;王慧;徐欣;栾国明;;外科治疗Sturge-Weber综合征一例并文献复习[A];中国医师协会神经外科医师分会第二届全国代表大会论文汇编[C];2007年

中国重要报纸全文数据库前10条

1 本报记者曹学海;[N];大众科技报;2004年

2 沈铁轩;[N];江苏经济报;2002年

3 记者赵嘉鸣;[N];人民日报;2003年

4 ;[N];通信产业报;2004年

5 疏王炀张珍龙兆春;[N];中国铁道建筑报;2002年

6 王红军;[N];中国矿业报;2004年

7 中联钢分析员杨冰;[N];中国工业报;2004年

8 本报记者杜争华;[N];沈阳日报;2008年

9 记者姚富昌;[N];运城日报;2007年

10 张春燕;[N];中华建筑报;2000年

中国博士学位论文全文数据库前1条

1 赵昌松;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[D];华中农业大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库前1条

1 黄小平;长春—双阳—烟筒山地方铁路建设项目经济评价研究[D];吉林大学;2004年

中国知网广告投放