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基本信息

項(xiàng)目名稱：
渤海不同海區(qū)沉積物中異化鐵還原能力探討
小類：
能源化工
簡介：
本實(shí)驗(yàn)以采自渤海不同水質(zhì)海區(qū)的海底沉積物為供試材料，通過添加不同碳源的恒溫厭氧培養(yǎng)試驗(yàn)，測定了培養(yǎng)過程中Fe(II)濃度的變化，利用化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法探討了其鐵還原特征參數(shù)變化。
詳細(xì)介紹：
異化鐵還原過程對(duì)厭氧環(huán)境中有機(jī)物的代謝及一些無機(jī)物的形態(tài)轉(zhuǎn)化具有很強(qiáng)的影響，在受污染的含水土層中它們也可以作為污染物氧化的電子受體而使有機(jī)污染物降解，強(qiáng)化環(huán)境污染的生物修復(fù)。本實(shí)驗(yàn)以采自渤海不同水質(zhì)海區(qū)的海底沉積物為供試材料，通過添加不同碳源的恒溫厭氧培養(yǎng)試驗(yàn)，測定了培養(yǎng)過程中Fe(II)濃度的變化，利用化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法探討了其鐵還原特征參數(shù)變化。研究獲得以下主要結(jié)果：（1）渤海沉積物的微生物群落利用4種不同碳源時(shí)，其鐵還原能力表現(xiàn)為：葡萄糖＞丙酮酸鹽＞乳酸鹽＞乙酸鹽，葡萄糖和丙酮酸鹽可作為沉積物中鐵還原的優(yōu)勢碳源；（2）不同水質(zhì)海區(qū)的沉積物中微生物群落還原鐵的能力具有一定區(qū)別，I類~III類水質(zhì)海區(qū)沉積物的鐵還原速率較大，IV類水質(zhì)海區(qū)沉積物的反應(yīng)速率明顯減小；最大反應(yīng)速率對(duì)應(yīng)的時(shí)間表現(xiàn)為I類和II類海區(qū)沉積物中較小，而III類和IV類水質(zhì)海區(qū)沉積物變大；（3）在以葡萄糖為電子唯一供體進(jìn)行鐵還原培養(yǎng)時(shí)，其反應(yīng)體系內(nèi)的pH值隨著培養(yǎng)過程進(jìn)行有明顯的降低，而此時(shí)的鐵還原迅速。

作品圖片

  • 渤海不同海區(qū)沉積物中異化鐵還原能力探討
  • 渤海不同海區(qū)沉積物中異化鐵還原能力探討
  • 渤海不同海區(qū)沉積物中異化鐵還原能力探討
  • 渤海不同海區(qū)沉積物中異化鐵還原能力探討
  • 渤海不同海區(qū)沉積物中異化鐵還原能力探討

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

鑒于陸域水體污染可能對(duì)近海水質(zhì)產(chǎn)生影響，探討近海水體的自凈化能力已成為海洋環(huán)境保護(hù)的熱點(diǎn)之一。鐵還原微生物對(duì)厭氧沉積環(huán)境中無機(jī)及有機(jī)污染物的去毒和降解具有重要作用。通過研究海洋沉積物中鐵還原潛勢的變化，間接表征海洋水體對(duì)污染物的凈化功能。本研究以渤海不同水質(zhì)海區(qū)沉積物為供試材料，厭氧恒溫培養(yǎng)，對(duì)在不同碳源條件下微生物鐵還原能力進(jìn)行比較，說明不同水質(zhì)海區(qū)沉積物中鐵還原微生物鐵還原活性變化特征。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本研究的科學(xué)性體現(xiàn)在通過對(duì)渤海不同水質(zhì)海區(qū)沉積物中異化鐵還原能力的比較，進(jìn)一步明確水質(zhì)狀況與沉積物中異化鐵還原的關(guān)系。研究的特色表現(xiàn)為采用微生物鐵還原能力作為判別水體污染修復(fù)能力的指標(biāo)，抓住了厭氧沉積環(huán)境中生物學(xué)變化過程的典型問題。另外，通過對(duì)不同碳源利用條件（葡萄糖、丙酮酸鹽、乳酸鹽和乙酸鹽作為惟一碳源）下鐵的微生物還原特征分析，可以為沉積物中鐵還原微生物的碳源利用潛能提供必要的理論依據(jù)。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

厭氧環(huán)境，鐵氧化物的還原是很重要的生物學(xué)過程，具有重要地球化學(xué)意義。其具有強(qiáng)大的代謝能力，可還原多種有害金屬、類金屬以及放射性核素，并可利用許多有機(jī)污染物，在環(huán)境的生物修復(fù)中表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。而且其在開發(fā)新生物電池中具有很大潛力。系統(tǒng)開展鐵還原微生物特性的研究，對(duì)于闡明海底沉積物中氧化鐵的微生物還原機(jī)理、認(rèn)識(shí)異化鐵還原在生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用，促進(jìn)污染物的轉(zhuǎn)化與修復(fù)具有重要的理論和實(shí)際意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

異化鐵還原過程對(duì)厭氧環(huán)境中有機(jī)物的代謝及一些無機(jī)物的形態(tài)轉(zhuǎn)化具有很強(qiáng)的影響，在受污染的含水土層中它們也可以作為污染物氧化的電子受體而使有機(jī)污染物降解，強(qiáng)化環(huán)境污染的生物修復(fù)。本研究以采自渤海不同水質(zhì)海區(qū)的海底沉積物為供試材料，通過添加不同碳源的恒溫厭氧培養(yǎng)試驗(yàn)，測定了培養(yǎng)過程中Fe(II)濃度的變化，利用化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法探討了其鐵還原特征參數(shù)變化。研究獲得以下主要結(jié)果：（1）渤海沉積物的微生物群落利用4種不同碳源時(shí)，其鐵還原能力表現(xiàn)為：葡萄糖＞丙酮酸鹽＞乳酸鹽＞乙酸鹽，葡萄糖和丙酮酸鹽可作為沉積物中鐵還原的優(yōu)勢碳源；（2）不同水質(zhì)海區(qū)的沉積物中微生物群落還原鐵的能力具有一定區(qū)別，I類-III類水質(zhì)海區(qū)沉積物的鐵還原速率較大，IV類水質(zhì)海區(qū)沉積物的反應(yīng)速率明顯減??；最大反應(yīng)速率對(duì)應(yīng)的時(shí)間表現(xiàn)為I類和II類海區(qū)沉積物中較小，而III類和IV類水質(zhì)海區(qū)沉積物變大；（3）在以葡萄糖為電子唯一供體進(jìn)行鐵還原培養(yǎng)時(shí)，其反應(yīng)體系內(nèi)的pH值隨著培養(yǎng)過程進(jìn)行有明顯的降低，而此時(shí)的鐵還原迅速。

獲獎(jiǎng)情況

作品于2010年獲得“西北農(nóng)林科技大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新校級(jí)一般項(xiàng)目優(yōu)秀項(xiàng)目”稱號(hào) 作品于2011年獲得“西北農(nóng)林科技大學(xué)挑戰(zhàn)杯”校級(jí)二等獎(jiǎng)

鑒定結(jié)果

情況屬實(shí)

參考文獻(xiàn)

Mc Kay DS, Gibson EK, Thomas Keprta T Jr, et al. Search for past life on Mars: possible reliobiogenic activity in martian meteorite ALH84001.Science, 1996, 273:924-930. 易維潔,賀江舟,曲東. 不同水稻土微生物群落利用有機(jī)酸的鐵還原特征.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2008，36(6): 940 - 945. 趙佳佳，易維潔，曲東. 渤海沉積物中氧化鐵的異化還原特征. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（9）：1789-1794 Cornell R M, Schwertmann U.2003.The iron oxides: structures, properties, reactions, occurrences and uses, weinheim: Wiley-VCH.703.

同類課題研究水平概述

有關(guān)鐵的微生物還原在國外研究的比較早，在二十世紀(jì)80年代后期到90年代出現(xiàn)了大量有關(guān)鐵還原微生物分離純化的研究綜述?，F(xiàn)階段對(duì)鐵還原微生物的分離、純化、鑒定以及生理代謝和鐵還原機(jī)理的研究一直是異化鐵還原研究中的熱點(diǎn)。目前針對(duì)異化Fe(III)還原微生物的分離和培養(yǎng)，國外已經(jīng)有比較成熟的方法，加之分子生物學(xué)方法和技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得對(duì)異化Fe(III)還原微生物的認(rèn)識(shí)越來越清晰，異化Fe(III)還原微生物的系統(tǒng)分類也逐漸開始完善。迄今，研究人員從各種厭氧環(huán)境中分離得到了種類不同的異化Fe(III)還原微生物。有關(guān)異化Fe(III)還原的研究，國外從20世紀(jì)70—80年代已經(jīng)開始，至今在Fe(III)還原微生物的分離、分類、生理代謝、以及系統(tǒng)進(jìn)化方面做了大量有影響的原創(chuàng)性工作，而這些研究成果多數(shù)出自于Lovley實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室目前將異化Fe(III)還原的研究定位在微生物基因組及系統(tǒng)生物學(xué)、微生物電池、生物修復(fù)及極端微生物4個(gè)方面，注重的是基礎(chǔ)研究，以及在能源、環(huán)境等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值的前沿性研究。國內(nèi)對(duì)于研究異化鐵還原的進(jìn)展比較緩慢，主要一些關(guān)于水稻土中的異化鐵的機(jī)制的研究。曲東等人發(fā)現(xiàn)，向厭氧培養(yǎng)的水稻土中添加外源水鐵礦可促進(jìn)Cr(VI)的還原解毒，在這一過程中Cr(VI)的還原是由Fe(II)提供電子的。此外曲東發(fā)現(xiàn)向水稻土中添加Fe(III)氧化物可強(qiáng)烈抑制甲烷的產(chǎn)生，不同F(xiàn)e(II)氧化物對(duì)產(chǎn)甲烷的抑制程度不同，這和它們被微生物還原的難易程度有關(guān)。2007年王偉民，曲東等人對(duì)水稻土中鐵還原菌進(jìn)行分離純化，比較不同培養(yǎng)基的分離效果，研究不同菌株的鐵還原特征。國內(nèi)有關(guān)異化Fe(III)還原的研究，從2000年前后才開始，處于起步階段。有關(guān)異化鐵還原過程的研究一直較少，主要集中在水稻土模式系統(tǒng)上。主要圍繞著污染環(huán)境的生物修復(fù)，研究了Fe(III)還原抑制甲烷氣體產(chǎn)生的機(jī)理，F(xiàn)e(III)還原對(duì)水稻土中磷素形態(tài)的影響，并針對(duì)Fe(III)還原的調(diào)控做了一些工作。研究內(nèi)容涉及到水稻土中異化鐵還原的潛勢和特征，水稻土中異化鐵還原過程中碳的代謝特征，異化鐵還原對(duì)甲烷生成的抑制機(jī)理，異化鐵還原對(duì)水稻土中營養(yǎng)元素有效性及變價(jià)重金屬元素（Cr、As）形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響等方面?？傮w上研究水平仍處在起步階段，從理論上還亟待進(jìn)一步深入。
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