【摘要】：微生物參與鐵氧化物礦物的還原性溶解是高砷地下水形成的關(guān)鍵過程,其中具有砷還原功能的微生物如何參與含水層砷釋放的生物地球化學(xué)過程亟待研究.利用從江漢平原典型高砷含水層中厭氧條件下分離出的四株細(xì)菌(Citrobacter sp.JH-1、Clostridium sp.JH-6、Exiguobacterium sp.JH-13、Paenibacillus sp.JH-33),通過室內(nèi)厭氧模擬培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),查明其砷、鐵還原能力,并通過分別與鐵氧化物礦物及原位沉積物共同培養(yǎng),探究原位含水層微生物參與的砷釋放機(jī)理.結(jié)果表明:四株細(xì)菌均具有厭氧條件下砷、鐵還原功能,Citrobacter sp.JH-1砷還原能力最強(qiáng),96h內(nèi)還原的As(V)濃度為2.22μmol/L.其中Citrobacter sp.JH-1不僅可在厭氧和有氧條件下還原溶液中的As(V),還可在厭氧條件下還原溶液中的Fe(III)和無定型的水鐵礦,在與含水層沉積物共培養(yǎng)12d后,沉積物中鐵與砷的釋放量分別為510mg/kg及1 150μg/kg.江漢平原含水層中的原位微生物兼具砷/鐵還原功能,在厭氧條件下可還原沉積物中的鐵氧化物礦物并促進(jìn)砷的釋放,為深入揭示高砷地下水成因機(jī)理與地下水砷污染的防控提供重要科學(xué)依據(jù).
【圖文】：

ｉｅｎｃｅ．ｎｅｔ第４２卷圖１江漢平原含水層原位分離的四株菌厭氧條件下砷還原能力Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆａｒｓｅｎｉｃｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｏｕｒｉｎ－ｓｉｔｕｂａｃｔｅｒｉａｌｓｔｒａｉｎｓｏｆＪｉａｎｇｈａｎｐｌａｉｎｕｎｄｅｒａｎａｅｒｏｂｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎａ．Ｅｘｉｇｕｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｓｐ．ＪＨ－１３；ｂ．Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓｓｐ．ＪＨ－３３；ｃ．Ｃｉｔｒｏｂａｃｔｅｒｓｐ．ＪＨ－１；ｄ．Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍｓｐ．ＪＨ－６圖２Ｃｉｔｒｏｂａｃｔｅｒｓｐ．ＪＨ－１好氧條件（ａ）和厭氧條件（ｂ）下砷還原能力Ｆｉｇ．２Ｔｈｅａｒｓｅｎｉｃ－ｒｅｄｕｃｉｎｇａｂｉｌｉｔｙｆｏｒＣｉｔｒｏｂａｃｔｅｒｓｐ．ＪＨ－１ｕｎｄｅｒｕｎｄｅｒａｅｒｏｂｉｃ（ａ）ａｎｄａｎａｅｒｏｂｉｃ（ｂ）ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ吸代謝機(jī)制的砷還原菌（受ａｒｒ基因調(diào)控）在厭氧條件下還原能力遠(yuǎn)勝于砷抗性代謝機(jī)制的砷還原菌（受ａｒｓＣ基因調(diào)控）（ＳａｌｔｉｋｏｖａｎｄＮｅｗｍａｎ，２００３；Ｃｈａｎｇｅｔａｌ．，，２００８；楊婧和朱永官，２００９；Ｌｉａｏｅｔａｌ．，２０１１）．因此本研究所用的四株菌砷還原機(jī)制可能均為砷抗性還原機(jī)制，在厭氧條件下還原能力較弱．四株菌中厭氧砷還原能力相對(duì)較強(qiáng)的Ｃｉｔｒｏｂａｃｔｅｒｓｐ．ＪＨ－１，在有氧及厭氧條件下均可還原Ａｓ（Ｖ）．其在有氧條件下９６ｈ還原Ａｓ（Ｖ）濃度為３３．５３μｍｏｌ／Ｌ，在厭氧條件下９６ｈ還原Ａｓ（Ｖ）濃度為２．２２μｍｏｌ／Ｌ（圖２）．Ｌ

地球科學(xué)ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈ－ｓｃｉｅｎｃｅ．ｎｅｔ第４２卷圖４Ｃｉｔｒｏｂａｃｔｅｒｓｐ．ＪＨ－１厭氧條件下對(duì)水鐵礦的還原能力Ｆｉｇ．４ＴｈｅｔｅｓｔａｂｏｕｔｔｈｅｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｉｒｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｆｏｒｆｅｒｒｉｈｙｄｒｉｔｅｏｆＣｉｔｒｏｂａｃｔｅｒｓｐ．ＪＨ－１ｕｎｄｅｒａｎａｅ－ｒｏｂｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎ３．４Ｃｉｔｒｏｂａｃｔｅｒｓｐ．ＪＨ－１對(duì)沉積物中砷釋放的研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，空白組的砷濃度和鐵濃度基本保持不變，而實(shí)驗(yàn)組總砷及亞鐵的濃度逐漸增加，直至實(shí)驗(yàn)?zāi)┢冢练e物中鐵與砷的釋放量分別為鐵５１０ｍｇ／ｋｇ，砷１１５０μｇ／ｋｇ（圖５）．Ａｓ（Ｖ）極易吸附在鐵的氧化物礦物表面，因此，微生物對(duì)吸附砷的鐵氧化物礦物的還原性溶解可引起砷的釋放（Ｉｓｌａｍｅｔａｌ．，２００４；張雪霞等，２００９；Ｒａｗｓｏｎｅｔａｌ．，２０１６）．在此過程中具有鐵還原功能的細(xì)菌表現(xiàn)十分活躍．在原位含水層中，溶解態(tài)鐵濃度的升高與鐵氧化物礦物的還原性相關(guān)．砷的釋放與土著鐵還原細(xì)菌對(duì)沉積物中鐵氧化物及鐵氫氧化物礦物的還原有非常重要的關(guān)系（郭華明等，２００７；Ｍｉｒｚａｅｔａｌ．，２０１４；Ｗａｎｇｅｔａｌ．，２０１６）．Ｃｕｍｍｉｎｇｓｅｔａｌ．（１９９９）從河口灣沉積物中分離出第一株異化鐵還原菌ＳｈｅｗａｎｅｌｌａａｌｇａＢｒＹ．，利用分離出的純菌，將其與沉積物通過室內(nèi)培養(yǎng)，結(jié)果表明它促進(jìn)了砷從沉積物中的釋放．此外，Ｍｉｒｚａｅｔａｌ．（２０１４）也進(jìn)行了室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)固液比為１０ｇ
【作者單位】： 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)調(diào)查研究院;中國(guó)地質(zhì)大學(xué)生物地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(Nos.12120114069301,121201001000150121) 國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(No.41572226) 中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金“搖籃計(jì)劃”(No.CUGL140412)
【分類號(hào)】：X523

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本文編號(hào)：2526805