论文摘要
黄河三角洲湿地是由黄河携带的泥沙冲淤而成,铁氧化物是湿地中的重要金属氧化物。近年来,有研究发现以Fe3O4为代表的铁氧化物可加强微生物互营关系,如产电细菌与产甲烷古菌之间的种间直接电子传递。然而,相比于确定的纯培养体系,自然环境中的微生物群落和代谢途径丰富多样,其中的电子传递机制更加复杂多变,从电子输出率的角度量化Fe3O4对自然环境中微生物种间电子传递的影响,相关报道还较少。因而,第一部分探究了铁氧化物（Fe3O4）对湿地微生物电子输出率的影响。据已有的研究报道,梭菌属微生物与产甲烷菌之间存在潜在的种间直接电子传递关系。黄河三角洲含有丰富的梭菌属微生物,且越来越多的梭菌被证实是具有胞外电子传递能力的发酵型异化金属还原菌。因而,黄河三角洲中,梭菌的电子输出可能与变价金属氧化物之间存在紧密的联系。为进一步了解变价金属氧化物对微生物电子输出的影响及机制,第二部分以梭菌作为研究对象,探究铁锰氧化物对其电子输出的影响,该研究增加了我们对于发酵型异化金属还原菌与变价金属氧化物之间相互作用的认识,有利于初步评估变价金属氧化物对黄河三角洲中微生物电子输出的影响。研究结果如下:（1）探究了铁氧化物（Fe3O4）对湿地微生物电子输出率的影响。为了真实模拟自然环境,与以往研究中添加的单一碳源不同,本部分研究中以黄河三角洲地区的主要植物（芦苇）为碳源。结果显示,Fe3O4在“小时”级别里提高湿地土壤甲烷的产生速率。对乙酸、CO2、CH4等的化学计量关系分析以及电流密度测定表明,电子作为还原力驱动二氧化碳还原是甲烷产生的重要途径,导电性的Fe3O4加速了这一电子传递过程。进一步通过电子驱动二氧化碳还原的关系式,最终计算得Fe3O4将黄河三角洲湿地微生物电子输出率提升了202.67%。（2）探究了铁锰氧化物（Fe2O3和MnO2）对巴斯德梭菌DSM 525（Clostridium pasteurianum DSM 525）电子输出率的影响及机制。添加不同浓度Fe2O3和MnO2到以葡萄糖为代谢底物且接种DSM 525的发酵体系内,通过监测DSM 525代谢产物积累量,以此计算DSM 525发酵过程中的电子输出率。结果显示,接种DSM525的微生物燃料电池内可监测到电流产生,且最大电流密度达0.93 mA/m2;随着发酵的进行,发酵体系内Fe2+和Mn2+物质的量逐渐增多;添加Fe2O3和MnO2分别使体系的葡萄糖消耗量最大提高了9.4%和7.7%,同时,产乙酸量提高了37.5%和25%,产丁酸量提高了22.7%和6.8%,产氢气量提高了21.6%和9.8%,而总电子输出率提高了24.3%和10.8%;铁锰氧化物实验组的pH值相比对照组无明显差异。Fe2+/Mn2+对梭菌电子输出率的影响结果显示,1.35/2.55 mmol/L Fe2+的加入使梭菌电子输出率提高了14.6%/9.3%,Mn2+未表现出促进作用。随着Fe2+/Mn2+浓度的增加,梭菌的电子输出率逐渐降低。以上结果表明,DSM 525具有电化学活性,可厌氧还原Fe2O3和MnO2;铁锰氧化物通过增加葡萄糖消耗、缓冲pH值和微量元素释放提高微生物氢酶活性等方式提高DSM 525电子输出率。综上所述,本论文探索了铁锰氧化物对微生物电子传递的影响。Fe3O4促进湿地中微生物种间直接电子传递,该研究将种间直接电子传递的研究范围从确定的微生物培养物扩展到湿地土壤中,并进一步从电子输出率的角度量化了Fe3O4对自然环境中微生物电子输出的影响,拓展了我们对于铁氧化物（Fe3O4）在自然界中影响微生物电子输出的认知。另一部分研究中,铁锰氧化物（Fe2O3和MnO2）提高梭菌电子输出率,该研究增加了我们对于微生物与变价金属氧化物之间相互作用的认识。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 刘进超
导师: 刘芳华
关键词: 电子输出率,梭菌,铁锰氧化物,黄河三角洲,种间直接电子传递
来源: 中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所)
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 生物学
单位: 中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所)
分类号: Q935
总页数: 84
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标签：电子输出率论文; 梭菌论文; 铁锰氧化物论文; 黄河三角洲论文; 种间直接电子传递论文;