產甲烷過程對磷酸鹽存在條件下水鐵礦生物成礦過程的響應機制.pdf

1、鐵氧化物是土壤的主要礦物，其存在形態(tài)多樣，如無定形的氫氧化鐵和水鐵礦、高結晶度的針鐵礦、赤鐵礦和磁鐵礦等。已有研究表明不同結晶度和導電性的鐵氧化物對厭氧環(huán)境中微生物產甲烷活動具有不同的影響效應：比如易微生物還原的水鐵礦強烈抑制產甲烷過程，而磁鐵礦或赤鐵礦顯著促進產甲烷過程。鐵氧化物反應活性高，在自然環(huán)境中隨著時間的推移，鐵氧化物晶型轉變的總體規(guī)律是形成熱力學上更穩(wěn)定的晶質態(tài)鐵氧化物（即非晶態(tài)向晶態(tài)方向轉化），這就意味著土壤鐵氧化物成礦過

2、程帶來的礦物性質的改變會影響其與產甲烷過程之間的關系，目前有關產甲烷過程對水鐵礦成礦過程的響應研究未見報道。
　　本論文以華南紅壤水稻土為研究對象，探討水鐵礦成礦過程對有機物互營產甲烷的影響及微生物機制，通過磷酸鹽的濃度調控水鐵礦不同成礦途徑，通過分析產甲烷速率及微生物群落結構，了解不同水鐵礦生物成礦過程對厭氧土壤產甲烷活動的影響，闡明不同水鐵礦成礦產物與產甲烷過程以及產甲烷微生物之間的關系；同時以土壤中典型的鐵還原菌（ Geob

3、acter sulfurreducens/Geobacter metallireducens）和產甲烷菌（Methanosarcina barkeri）為研究對象，建立共培養(yǎng)體系研究水鐵礦微生物成礦過程對產甲烷過程的影響機制，為揭示不同成礦產物與產甲烷過程之間的聯(lián)系提供直接證據(jù)。論文主要結論如下：
　　1、磷酸鹽是影響水鐵礦生物成礦的重要環(huán)境因素之一，當厭氧富集體系中有磷酸鹽時水鐵礦生物成礦產物為藍鐵礦，而體系中無磷酸鹽時水鐵礦生

4、物成礦產物為磁鐵礦。具有導電性的磁鐵礦對乙酸產甲烷過程和丙酸產甲烷過程都有明顯促進效應，與無鐵礦的對照處理相比，產甲烷速率提高27.4％（乙酸）和25.8%（丙酸），這種促進效應是因為磁鐵礦作為電子導體激發(fā)了乙酸互營氧化菌（ Clostridiaceae）/丙酸互營氧化菌（ Anaerolineaceae）與產甲烷菌（Methanosarcinaceae）之間的直接電子傳遞，促進了有機質互營氧化產甲烷過程。而不具導電性的成礦產物藍鐵礦對

5、乙酸產甲烷過程和丙酸產甲烷過程都沒有影響。
　　2、純菌共培養(yǎng)實驗結果與稻田土壤厭氧培養(yǎng)實驗結果一致，在無磷酸鹽體系中，Geobacter sulfurreducens以乙酸為電子供體還原水鐵礦的二次成礦產物為納米磁鐵礦，Geobacter metallireducens以乙醇為電子供體還原水鐵礦的二次成礦產物也為磁鐵礦。而在含磷酸鹽體系中，Geobacter還原水鐵礦的二次成礦產物都為藍鐵礦。導電性磁鐵礦顯著促進了Geobact

6、er sulfurreducens/Methanosarcina barkeri共培養(yǎng)體系中乙酸互營氧化產甲烷過程，以及Geobacter metallireducens/Methanosarcina barkeri共培養(yǎng)體系中乙醇互營氧化產甲烷過程。我們認為微生物納米磁鐵礦在產生過程中分散分布在Geobacter鞭毛上，并具有與細胞色素c相似的功能促進了Geobacter與Methanosarcina間的直接電子傳遞過程，加速互營產甲