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1、目录摘要1Abstract2第一章 绪论31.1研究背景31.2国内外研究现状及研究意义31.3 研究内容5第二章 Shewanella puterfaciens CN32及测试指标标线52.1 CN32菌准备52.1.1 收菌方法52.1.2测收菌后OD值62.1.3接菌62.2铁标线62.3菌体生长标准曲线72.4 SMP蛋白标准曲线8第三章 不同铁源及电材料对Fe(III)的还原效果的影响93.1引言93.2材料与方法103.2.1 培养基准备103.2.2 实验材料113.2.3仪器123.3 实验设计123.3.1 数据处理133.3.2 测定周期133.4实验分析方法133.4.1
2、分析指标133.4.2 Fe(II)浓度133.4.3黄素143.5 结果与讨论143.5.1 针铁矿及电材料对Fe(III)的还原效果的影响143.5.1.1 溶解态Fe(II)143.5.2 NTA-Fe及电材料对Fe(III)的还原效果的影响193.5.2.1 溶解态Fe(II)193.6 本章小结24第四章 不同条件下细菌分泌蛋白的差异264.1引言264.2材料与方法264.2.1 培养基准备264.2.2 实验材料274.2.3仪器274.3 实验设计284.3.1 数据处理294.3.2 测定周期294.4 实验分析294.4.1分析指标294.4.2菌体生长情况294.4.3分
3、泌蛋白浓度304.5结果与讨论304.5.1 菌体生长304.5.2 细菌分泌蛋白32第五章结论与展望345.1结论345.2展望34第六章 致谢35不同铁源及导电材料的添加对Shewanlla puterfaciens CN32铁还原过程的影响摘 要：异化铁还原菌还原Fe(III)是铁循环及能量流动的重要环节，在微生物的氧化还原反应中，铁氧化物充当电子载体，能够有效的加快微生物对有机物的降解。有研究表明通过补充外源微量元素可以有效提高厌氧微生物活性，铁元素便是外来元素之一。在自然界中有很多细菌可以通过还原矿物中的高价铁以获取能量，其中奥奈达湖希瓦氏菌Shewanella oneidensis
4、是研究最多的异化铁还原菌之一。所以本文以Shewanella puterfaciens CN32为微生物，研究的内容包括：1.考察了添加导电材料对Fe(III)还原效果的影响，结果显示：以针铁矿为铁源时，添加石墨及CNTs对Fe(III)还原有抑制作用。以NTA-Fe为铁源时，添加石墨及CNTs能够刺激Fe(III)还原。2.考察了不同铁源下对Fe(III)还原效果的影响，实验结果表明游离态NTA-Fe的Fe(III)还原效果较固定态针铁矿的还原效果好。3.考察了不同的条件下细菌分泌蛋白的差异，结果表明添加石墨对分泌蛋白有促进作用，添加CNTs对分泌蛋白有抑制作用。关键词：Shewanella
5、 puterfaciens CN32；Fe(III)还原；不同铁源；导电材料；分泌蛋白The impact of adding different types of iron and conductive material on Shewanlla puterfaciens CN32 iron reductionAbstract：Bacteria reduction of iron oxide Fe (III) is an important part of iron circulation and energy flow in the oxidation-reduction reaction
6、 of microorganisms, the iron oxide acts as an electron carrier, can effectively accelerate the microbial degradation of organic matter.it is shown that by supplementing exogenous trace elements can effectively improve the anaerobic microbial activity, iron is one of foreign elements.There are many b
7、acteria by reduction of ferric minerals for energy in nature, where the Oneida Lake Shewanella Shewanella oneidensis is one of the most studied alienation iron-reducing bacteria.So this paper use Shewanella putrefaciens CN32 as microorganisms, the study include:1.The effect of adding a conductive ma
8、terial to Fe (III) reduction effect, the results show: the goethite iron source, adding graphite and CNTs to Fe (III) reduction of inhibition. In NTA-Fe is iron source, adding graphite and CNTs can stimulate the Fe (III) reduction.2.The effects of different iron sources under on Fe (III) reduction e
9、ffect, the experimental results show that the free state NTA-Fe of Fe (III) reduction effect than the reduction effect of fixed goethite good.3.The effects of differences in bacterial secreted proteins under different conditions, the results showed that addition of graphite can promote secretion of
10、the protein, adding CNTs to inhibit the secretion of the protein.Keywords:Shewanella puterfaciens CN32;Fe (III) reduction;secreted proteins; different iron source; a conductive material第一章 绪论1.1研究背景 在土壤、沉积物及浅埋藏的环境中，存在着丰富的铁的氧化物（如水铁矿、赤铁矿及针铁矿等）1,2，这些铁的氧化物是地球表层中最重要的铁资源。控制了地表系统中的Fe(II)-Fe(III)的氧化还原就等于掌握了
11、铁循环过程及能量流动的重要环节3.4，其中含铁矿物的微生物氧化-还原作用越来越受到人们的关注4，5 。部分异养厌氧型微生物在进行呼吸作用的同时还可以通过还原 Fe(III)来获得能量，这种铁的异化还原能力在许多生物、地球及化学循环中都起着举足轻重作用6-10，也能显著影响重金属污染的生物修复、金属腐蚀的控制及生物质能转化等11-14 。所以，Fe(III)的还原是铁的生物、地球及化学循环过程的重要环节。 目前已经发现了自然界中有许多细菌可以通过还原矿物中的高价铁以获取能量 4 ，其中奥奈达湖希瓦氏菌Shewanella oneidensis是研究最多的异化铁还原菌之一15-19 。Shewan
12、ella属常见于土壤、沉积物、地表水和地下水，为革兰氏阴性异化金属还原菌，能利用氧气、高价金属以及变价无机盐类作为终端电子受体，获取生长所需能量 20-23。从细菌与针铁矿反应过程的研究中显示，在厌氧环境下 Shewanella puterfaciens在针铁矿表面的吸附远强于有氧条件，并且由于细菌表面的还原酶多，可促进电子由细菌向矿物的表面有效转移 24,25。对比针铁矿与 +3 价游离铁离子的微生物还原作用，发现细菌易于直接还原游离态的Fe 3+ 离子，而结晶态铁矿物的溶解还原则相对比较困难 26。有研究表明在蓝藻厌氧发酵产沼气是资源化的过程中,通过补充外源微量元素可以有效提高厌氧微生物活
13、性,铁元素便是外来元素之一28。亚铁子能够有效的提高产甲烷菌酶的活性,而且铁氧化物是自然界中一种广泛存在且价廉易得的矿物,可以作为一种外源添加物在蓝藻的厌氧发酵中使用。Kato S 研究认为,在微生物的氧化还原反应中,铁氧化物充当电子载体,能够有效的加快微生物对有机物的降解29。1.2国内外研究现状及研究意义在上世纪70年代国外就已经开始了有关异化Fe(III)还原的研究，研究Fe(III)还原菌的分类、分离、分子机制及极端环境条件下异化Fe(III)还原菌，在研究生命起源及进化中起到重要的意义，异化Fe(III)还原菌应用于放射性核素、石油等碳氢化合物和垃圾渗滤液污染的地下水的原位修复，异化
14、Fe(III)还原菌还在产生微生物燃料电池方面作了大量的原创性工作。虽然目前对Fe(III)还原菌的研究已经做了大量的工作，但是国内在这方面的研究还比较少；国外大多数是关注于海洋、湖泊和沼泽等生态系统的研究，对蓝藻中的Fe(III)还原菌研究却比较少。Fe(III)还原菌的形态多异，营养类型多样。但是目前还没有获得能够为Fe(III) 还原菌通用的功能性基因，这就极大的阻碍了Fe(III) 还原菌在生态系统中的原位研究；如果能够借助于日益先进的生物分子学技术找到功能性基因，这将会大大促进Fe(III)还原菌的研究和其在生物修复方面的应用。我国拥有大面积的湖泊资源，但很多湖泊及河流都受到了蓝藻的
15、污染，所以十分有必要深入了解蓝藻中的Fe(III)还原菌的多样性；且蓝藻是湖泊河流中的一种微生物，是由于大量氮、磷等营养元素的排入而产生的蓝藻爆发。Fe(III)还原菌既在生态系统中既是碳循环的驱动者，同时又是氮循环的参与者。Fe(III)还原菌如Geobacter除了参与还原铁氧化物外，还参与了NO3 、依赖型铁Fe(III)还原和Fe(III) - NH+4 很可能也具有与氧化还原耦合的关联。此外，Fe(III)还原菌(Geobacter)还具有固氮酶，而固氮菌（Clostridia）同时也是一种异化Fe(III)还原菌。总之，Fe(III)还原菌与C、N代谢有着密切的联系。深入的研究微生物介导的C-Fe-N耦合的机制，探究Fe(III)还原菌在生态系统中 C、N 代谢的生态意义将会推动整个生态系统的生物地球的化学循环30。Fe(III)还原菌在生物修复中有巨大的潜力，研究Fe(III)还原菌在生物修复中的应用,对开发出既经济又高效的修复途径在人类生态系统的健康发展方面具有重要时代意义。除了通过添加单一的电子供体来刺激Fe(III)还原菌的生长来提高污染物的去除率之外，添加导电材料在Fe(III)还原菌生物修复中的作
