鐵還原細菌礦化產物及其對鐵建造沉積的指示意義

韓曉華 潘永信

表1 低溫環境和生物成因礦物中常見的含鐵礦物

20世紀初,人們對于自然界中Fe元素的地球化學循環過程仍局限于化學介導的方式。直到20世紀末,嗜中性鐵代謝微生物的發現和相關成果的發表使人們逐漸認識到了微生物介導Fe元素循環的重要性(Meltonetal., 2014)。微生物Fe代謝過程通常伴隨著Fe元素的生物礦化。鐵代謝微生物的礦化過程可以分為兩種:其一為生物控制礦化作用,比如趨磁細菌可以通過在細胞內礦化形成磁鐵礦或膠黃鐵礦顆粒,幫助其降低活性氧的毒性并沿磁力線運動到適合其生存的環境層位中(潘永信等, 2004; Linetal., 2020; Lietal., 2020);其二為生物誘導礦化作用,比如鐵還原細菌可以通過自身代謝改變周圍微環境,從而間接誘導礦物在細胞外礦化沉淀(Lovleyetal., 2004)。前人對鐵還原細菌-礦物電子轉移方式中的氧化-還原反應機制及其影響因素進行了系統的總結和分析(吳云當等, 2016; 邱軒和石良, 2017; 劉娟等, 2018; Liuetal., 2020),本文主要聚焦鐵還原細菌誘導的礦物轉變及其影響因素,結合前人工作探討鐵還原細菌的生物礦化過程及其對微生物參與鐵建造形成的啟示意義。

1 常見鐵還原細菌礦化過程及產物

與微生物控制礦化相比,微生物誘導礦化在細胞外進行,礦化規模大、產量多,對自然環境中含鐵礦物的富集、遷移、轉化和沉淀過程貢獻大,并可以直接影響著其他元素如C、N、O、S等的生物地球化學循環,其礦化形成的納米尺寸含鐵礦物通常具有較高的比表面積和高反應活性的官能團,使其成為自然環境中重金屬元素和有機質的天然吸附劑(Cornell and Schwertmann, 2003; Borchetal., 2010)。……