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锰氧化物是土壤、沉积物的重要组成成分,广泛参与土壤中物质迁移转化,是土壤生态系统演化和物质循环的重要环节。许多微生物可强烈催化可溶的Mn(Ⅱ)氧化为锰氧化物而发生沉淀,Mn(Ⅳ)的生成率比非生物催化快得多(快至105倍)。因此锰氧化细菌参与的生物氧化被认为是控制环境中锰氧化物形成的主要因素。研究土壤中细菌锰氧化的过程及氧化机制对了解土壤生态系统演化和物质循环的过程有着重要的意义。本研究选择典型、含铁锰结核和铁锰胶膜丰富的黄褐土、棕壤或者铁锰结核,从中分离出47株具有锰氧化能力的细菌(锰氧化细菌)。以从山东崅屿棕壤水沟旁表层土(结核多)中分离到的Bacillus sp.J4142,山东泰安棕壤水沟底结核中分离到的Bacillus sp.T1122,武汉黄棕壤铁锰结核中分离到的菌株Bacillus sp.WH4以及实验室保存的B.thuringiensis serovar konkukian str.97-27作为研究对象,进行生理生化特性、锰氧化过程的分子生物学机理及酶学机制等方面的研究。从不同方面对四株芽胞杆菌锰氧化机制进行探讨：1)芽胞体外锰氧化实验结果显示纯化的Bacillus sp.J4142和Bacillus sp.T1122的芽胞对Mn(Ⅱ)没有明显的氧化能力；2)Bacillus sp.J4142和Bacillus sp.T1122的发酵上清液具有锰氧化能力,且高温处理及抑制剂的处理后仍具锰氧化活性,说明发酵上清液中并不存在锰氧化酶。超滤实验发现锰氧化活性物质小于10 kDa,推测上清液的锰氧化现象可能是由于细菌生长过程中产生的胞外过氧化物造成的；3)从四株菌中成功克隆到多铜氧化酶基因,并在Escherichia coli中成功表达,纯化得到Bacillus sp.WH4中的多铜氧化酶蛋白,在体外鉴定发现具有锰氧化活性和漆酶活性。多铜氧化酶在体外具有锰氧化活性是在锰氧化研究中首次报道。4) B.thurigensis BMB171在表达Bacillus sp.WH4中的多铜氧化酶基因后,也获得了锰氧化能力,证明了Bacillus sp.WH4的锰氧化是由多铜氧化酶的催化完成的。透明颤菌中血红蛋白(VHb)是一种来源于原核生物的氧结合蛋白,研究发现它能够提高菌体获取溶解氧的能力。本研究将透明颤菌中血红蛋白基因(vgb)表达于B.thurigensis BMB171,以提高菌株的锰氧化能力,为将Bacillus sp.WH4用于地下水除锰降低生产成本提供一个新的途径。研究发现VHb在B.thurigensis BMB171中表达以后,促进了菌体生长,但是对于芽胞杆菌的锰氧化活性并没有明显的促进作用,还有待于进一步的研究。