铁氧化物对电化学活性微生物胞外聚合物的影响

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铁氧化物可以通过影响厌氧环境内微生物菌群的类型及丰度进而影响甲烷的产生。铁还原菌和产甲烷菌之间的电子传递可以通过赤铁矿和磁铁矿等导电性矿物完成。铁还原菌具有传递电子给铁氧化物的能力,但是产甲烷菌如何从铁氧化物获得电子尚未研究透彻。目前诸多学者研究表明具有电子传递能力的微生物胞外聚合物在微生物-矿物相互作用中扮演着重要的角色,胞外电子的传递过程与腐殖质等胞外聚合物有关,电化学活性微生物亦参与作用。但是,电化学活性微生物胞外分泌的代谢产物的组成性质如何以及其是否受导电性铁氧化物的调控尚未明晰。因此,本文选用典型电化学活性微生物枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis CGMCC1.4255)和典型铁还原微生物Shewanella oneidensis MR-1(S.oneidensis MR-1)为研究对象,探究半导体铁氧化物矿物(针铁矿、赤铁矿)对电化学活性微生物胞外分泌代谢产物的影响;研究添加两种铁氧化物的厌氧消化产甲烷体系,揭示产甲烷过程与电化学活性微生物胞外聚合物组成之间的相互关系。本研究可以为深入理解微生物与矿物之间相互作用关系提供一定的理论依据,为提高有机物厌氧消化产甲烷效率提供一定的技术支持。  (1)针铁矿和赤铁矿分别促进B.subtilis CGMCC1.4255微生物胞外聚合物蛋白含量提高了6.4%和6.1%,多糖含量分别提高了1.59%和2.86%。而对于S.oneidensis MR-1,针铁矿与赤铁矿分别促进其微生物胞外聚合物蛋白含量提高了7.94%和8.56%,多糖含量分别降低了0.17%和0.25%。三维荧光光谱分析结果表明,铁氧化物促进了B.subtilis CGMCC1.4255胞外聚合物中类富里酸的产生,而对S.oneidensis MR-1的作用体现在促进其胞外聚合物中类腐殖质和类富里酸的产生;电化学测试结果表明添加铁氧化物能够促进两株电化学活性微生物胞外聚合物的电子接受能力。  (2)厌氧消化产甲烷体系实验结果表明,针铁矿与赤铁矿分别促进厌氧产甲烷体系微生物胞外聚合物中蛋白含量提高4.56%和3.73%。另外,两种矿物分别使微生物胞外聚合物中多糖含量降低0.39%和0.87%。电化学测试结果表明两种矿物的添加分别使厌氧消化产甲烷体系微生物胞外聚合物电子接受能力提高58%和63%。三维荧光光谱结果表明铁氧化物可促进微生物胞外聚合物中类腐殖酸的生成,其中赤铁矿的添加更促进了微生物胞外聚合物中紫外区富里酸的生成。
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