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土壤中的氧化锰矿物是原生矿物风化和成土过程的产物,是最具反应活性的一类矿物,决定着环境中许多物质的形态、迁移和转化,在元素生物地球化学循环中起着重要的作用,其形成机制和环境效应倍受关注。有关锰氧化物生物成因及特性研究主要限于海相锰沉积物,而陆相表生的土壤环境不同于海洋,其锰氧化物的生物形成过程及机制不同于海洋。
本实验以采自武汉黄棕壤中铁锰结核为研究对象,将经过不同浓度次氯酸钠处理的铁锰结核风干后研磨,分别进行液体培养和固体培养基纯化分离,得到两株对培养基中二价锰离子有氧化能力的锰细菌,分别命名为菌A和菌B,并测定了不同Mn2+浓度培养时菌A和菌B的氧化能力;通过细菌染色和扫描电镜对细菌形态进行了观察;模拟土壤条件,以土壤中主要粘土矿物蒙脱石、高岭石为实验材料,以蔗糖密度梯度分离法研究了蒙脱石、高岭石对锰细菌的吸附特性,探讨了土壤粘土矿物和细菌的吸附过程中所需要的合适的矿物用量、细菌用量和最佳吸附时间,测定了不同条件下锰细菌与矿物的吸附量。
结果表明:1.菌A比菌B对二价锰离子的氧化能力强。2.革兰氏染色、芽孢染色及扫描电镜分析表明,菌A和菌B都是短杆状,有芽孢。3.对菌A进行16S rDNA序列分析表明,菌A属于短小芽孢杆菌。4.吸附体系中当细菌量恒定(150mg)时,吸附量随矿物量的增加而增加,在矿物量30-35mg时达到最大;当矿物量恒定(35mg)时,吸附量随菌量增加而增加,蒙脱石在菌量为150 mg时达饱和,高岭石在菌量为200 mg时达饱和;当矿物量为35mg、菌量为150mg时,蒙脱石与锰细菌吸附的最佳吸附时间为60 min;当矿物量为35mg、菌量为200mg时,高岭石与锰细菌吸附的最佳吸附时间为60min。本实验结果为进一步研究锰氧化物的生物形成及土壤矿物与锰氧化菌的吸附条件研究提供了初步的理论依据。